水輪發(fā)電機(jī)軸結(jié)構(gòu)與加工撓度控制

1、<p>　　水輪發(fā)電機(jī)軸結(jié)構(gòu)與加工撓度控制</p><p>　　摘要：立式水輪發(fā)電機(jī)的普遍應(yīng)用，使得當(dāng)前水電站的發(fā)電效率和質(zhì)量都得到了大幅度提升，立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的機(jī)械加工能力、水平，也因?yàn)榻Y(jié)合了當(dāng)前一些國外的先進(jìn)技術(shù)而得到了空前的發(fā)展。本文通過對立式水輪發(fā)電機(jī)各種軸結(jié)構(gòu)工件加工工藝的研究、總結(jié)，初步形成了獨(dú)特的、具有自主創(chuàng)新的加工工藝，為水輪發(fā)電機(jī)的加工、制造提供一定的技術(shù)參考。 </p&

2、gt;<p>　　關(guān)鍵詞： 水輪發(fā)電機(jī) 主軸結(jié)構(gòu) 加工工藝 撓度控制 </p><p>　　水力發(fā)電是我國當(dāng)前最主要的發(fā)電方式，立式水輪發(fā)電機(jī)是當(dāng)前發(fā)電站中一種常見的發(fā)電機(jī)，它不僅提高繼承了傳統(tǒng)水輪機(jī)的所有優(yōu)點(diǎn)， 而且還使的其發(fā)電效率和質(zhì)量都有了大幅度提升。 </p><p>　　一般立式水輪發(fā)電機(jī)的主軸是發(fā)電設(shè)備的關(guān)鍵組成部件，它上聯(lián)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子和頂軸、下接水輪機(jī)。水輪機(jī)、主

3、軸、發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子、頂軸自下而上通過螺栓順序聯(lián)接起來，構(gòu)成了發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)動部分。由于其結(jié)構(gòu)、具體受力情況比較復(fù)雜，主要用于傳遞扭矩，承受機(jī)組部分的重量和水推力產(chǎn)生的軸向力，以及定、轉(zhuǎn)子氣隙不均勻引起的單邊磁拉力和轉(zhuǎn)子機(jī)械不平衡力等，并且還要承受事故狀態(tài)下的非正常力矩。因此，水輪發(fā)電機(jī)的軸除了具有一定的強(qiáng)度和剛度外還具有很高的尺寸和形位公差要求。 </p><p>　　所以在立式水輪發(fā)電機(jī)軸結(jié)構(gòu)的加工過程中，加工難度非常

4、大，只有嚴(yán)格按照設(shè)計要求和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，才能確保立式水輪發(fā)電機(jī)軸結(jié)構(gòu)加工的質(zhì)量。 </p><p>　　一、水輪發(fā)電機(jī)軸的一般加工 </p><p>　　1、主軸材質(zhì)及質(zhì)量 </p><p>　　主軸機(jī)械加工前需要對主軸材質(zhì)進(jìn)行化學(xué)成分和機(jī)械性能復(fù)驗(yàn)，作超聲波無損探傷檢查，在臥式車床上，先粗車全軸，表面粗糙度Ra3.2，然后再對主軸進(jìn)行超聲波無損探傷檢查。

5、</p><p>　　2、主軸機(jī)械加工步驟與流程 </p><p>　　鏜加工→ 實(shí)測主軸內(nèi)圓止口尺寸→ 車加工→ 劃滑轉(zhuǎn)子上孔線→ 鏜加工→ 車加工→ 裝焊→ 車加工→鏜加工→ 焊縫煤油滲漏試驗(yàn)→ 修磨焊縫。 </p><p>　　一根主軸加工成品要經(jīng)過30多個工位、近百道工序才能完成，機(jī)組型號、容量、結(jié)構(gòu)不同，主軸結(jié)構(gòu)也會不同，其加工工藝也不同，但大致如上述加工

6、過程。 </p><p>　　3、加工的關(guān)鍵點(diǎn)： </p><p>　?、?文件見證與現(xiàn)場見證的監(jiān)造。 </p><p>　?、?關(guān)鍵尺寸、關(guān)鍵部位粗糙度、全部形位公差都是監(jiān)造要點(diǎn)。 </p><p>　?、?主軸加工成品，工位、工序很多，要用幾種機(jī)床加工，加工時間較長，關(guān)鍵部位的粗糙度、形位公差不是一次完成的，每完成一處或幾處，就需要進(jìn)行質(zhì)

7、量檢查。 </p><p>　　二、軸的加工難度原因及解決 </p><p>　　1. 困難原因：一是由于主軸的形位公差過小，二是由于它本身的結(jié)構(gòu)特殊，從結(jié)構(gòu)上看，主軸毛坯是鍛造實(shí)心軸，而且水導(dǎo)軸承檔內(nèi)腔要進(jìn)行端面槽加工，難度大，軸承檔外圓孔勢必造成加工過程中的斷續(xù)切削力，并影響工件的表面質(zhì)量，從材料上看，試棒實(shí)測力學(xué)性能硬度偏高。 </p><p><b&g

8、t;　　2. 解決方案： </b></p><p>　?、?加工基本條件：盡量消除機(jī)床本身的誤差（如機(jī)床振動，尾部頂尖誤差） </p><p>　?、?刀具選擇：刀具選擇抗沖擊，耐磨性好。在加工過程中刀子伸出較長，剛性差，且平面槽又不利于排屑的順暢，需要把白鋼刀磨成左，中，右三把切槽刀鑲焊在刀桿上，輪流車削，順利完成軸承檔端面槽的加工。 </p><p>

9、;　?、?切削參數(shù)選擇恰當(dāng)，避開形成切屑瘤的切削速度，最后一刀的切速，切深，進(jìn)刀量二者匹配關(guān)系。 </p><p>　?、?工藝的合理性：劈兩端中心孔及半精車內(nèi)止口后，再精車轉(zhuǎn)輪端法蘭外舌平面及止口，然后校正主軸轉(zhuǎn)輪端法蘭，外圓及平面，控制跳動在0.01mm以內(nèi)，再精車內(nèi)止口及軸身各檔尺寸。 </p><p><b>　　三、主軸加工分類 </b></p>

10、<p>　　轉(zhuǎn)軸因?yàn)闄C(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)械強(qiáng)度和剛度的要求以及加工制造、安裝運(yùn)輸?shù)榷喾矫嬉蛩?，其采用的結(jié)構(gòu)型式也不同，主要有兩種：一根軸和分段軸。 </p><p><b>　　1. 一根軸結(jié)構(gòu) </b></p><p><b>　?、? 結(jié)構(gòu)說明 </b></p><p>　　一根軸結(jié)構(gòu)是指發(fā)電機(jī)端從上到下轉(zhuǎn)軸

11、不分段，即發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子與水輪機(jī)兩軸直接聯(lián)接的結(jié)構(gòu)形式。其徑向尺寸相對較小，屬于細(xì)長軸結(jié)構(gòu)，極容易產(chǎn)生撓度，再加上與之配合的部件較多，配合面形位公差要求高，因此加工工藝復(fù)雜。 </p><p>　　一根軸結(jié)構(gòu)適用于中、小容量水輪發(fā)電機(jī)和大容量懸式水輪發(fā)電機(jī)，因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)簡單、減小了整機(jī)高度，機(jī)組更加緊密，機(jī)組整體性好，軸線易調(diào)整。在這種結(jié)構(gòu)中，發(fā)電機(jī)的扭力矩是通過軸與輪轂之間的鍵，或軸與輪轂的過盈配合傳遞的。中、小容量水

12、輪發(fā)電機(jī)的力矩較小，加工鍵槽較方便，故常用鍵結(jié)構(gòu)傳遞力矩；而大容量水輪發(fā)電機(jī)多采用轉(zhuǎn)軸與輪轂熱套結(jié)構(gòu)，借助配合緊量傳遞力矩。 </p><p>　?、? 一根軸加工工藝特點(diǎn) </p><p>　　由于立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，因此，在立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的加工過程中，必須嚴(yán)格按照設(shè)計要求和其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行加工，從而才能夠確保立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)加工的質(zhì)量。在立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

13、的加工過程中，轉(zhuǎn)軸為一根軸結(jié)構(gòu)時，配車尺寸多，加工找正精度及形位公差要求高。特別是加工過程中軸身的撓度難以控制：。 </p><p>　?、?由于轉(zhuǎn)軸軸身細(xì)長，軸身的撓度難以控制。 </p><p>　　在加工過程中需要確定出軸身上正確的裝夾位置。當(dāng)轉(zhuǎn)軸與轉(zhuǎn)子支架、導(dǎo)軸承滑轉(zhuǎn)子為熱套結(jié)構(gòu)時，通過對內(nèi)孔的找正來確定轉(zhuǎn)軸兩端的中心架子口，每次調(diào)換裝夾方向后需重新修復(fù)轉(zhuǎn)軸兩端的架子口以消除架子口

14、的誤差，以架子口為找正基準(zhǔn)對上導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圓，轉(zhuǎn)子支架配合段，下導(dǎo)滑轉(zhuǎn)子外圓及主軸法蘭等在一次裝卡下加工完成， 保證發(fā)電機(jī)端各轉(zhuǎn)動部件配合面同軸， 實(shí)現(xiàn)機(jī)組安裝擺度最小。 </p><p>　?、?由于轉(zhuǎn)軸的重量集中在中間段，軸身的重量不均衡，造成軸身的撓度難以控制。 </p><p>　　當(dāng)轉(zhuǎn)子支架（或磁軛）與主軸鍛成一體時，此時磁軛圈的外緣設(shè)有鴿尾形槽（或T 尾形槽），用以安裝磁極。這種

15、結(jié)構(gòu)造成了轉(zhuǎn)軸中間段重量過于集中。 </p><p>　　為減少撓度給加工帶來的影響，加工時需計算并確定出正確支撐位置，并且車序加工盡量在單件中完成。在加工磁軛圈上鴿尾槽（或T 尾槽）時應(yīng)注意保證鴿尾槽（T 尾槽）平行度、圓周分布及槽型尺寸。除了根據(jù)槽型及設(shè)備情況提制相應(yīng)參數(shù)的成形銑刀外還要制作特殊樣板，保證加工后能夠一次性達(dá)到圖紙要求。對于磁軛圈外圓的多邊形則利用數(shù)控鏜床尾座的分度盤進(jìn)行正確劃分。同一根軸上各外

16、圓表面的跳動度需控制在0.03mm 以內(nèi)，以保證整根軸的同軸度。（水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸加工現(xiàn)場示意圖） 　　⑶. 一根軸結(jié)構(gòu)統(tǒng)計 </p><p>　　我們在一組典型水輪發(fā)電機(jī)一根軸結(jié)構(gòu)的設(shè)計數(shù)據(jù)中，對其統(tǒng)計分析后發(fā)現(xiàn)，一根軸的徑向與軸向尺寸比例大，軸身形位公差在機(jī)床加工過程中，其控制難度十分大。如表1 </p><p><b>　　2 分段軸結(jié)構(gòu) </b></p&

17、gt;<p><b>　?、? 結(jié)構(gòu)說明 </b></p><p>　　分段軸結(jié)構(gòu)是指在轉(zhuǎn)子支架中心體的上部裝有上端軸（_一般又稱頂軸），在轉(zhuǎn)子中心體的下部裝有下端軸（一般又稱主軸）。由于中間一段是轉(zhuǎn)子支架的中心體，，沒有軸，，所以又被稱為" 無軸結(jié)構(gòu)" 。根據(jù)廠房高度情況和機(jī)組整體布置需要有的機(jī)組還將發(fā)電機(jī)的下端軸與水輪機(jī)軸合為一根軸，可降低機(jī)組高度，又可

18、保證軸的加工同軸度，減少軸線擺度，從而提高安裝和運(yùn)行質(zhì)量。這種結(jié)構(gòu)還具有轉(zhuǎn)軸便于鍛造、運(yùn)輸，以及不需熱套輪轂的優(yōu)點(diǎn)。中、低速大容量傘式水輪發(fā)電機(jī)廣泛采用分段軸結(jié)構(gòu)。 </p><p>　　⑵. 加工工藝特點(diǎn) </p><p>　　主軸加工時，發(fā)電機(jī)端法蘭止口與水輪機(jī)端法蘭止口必須在一次裝卡下加工完成。另外，分段軸結(jié)構(gòu)中頂軸與主軸分別用螺栓與轉(zhuǎn)子支架中心體連接，而主軸與轉(zhuǎn)子中心體之間多采用銷

19、釘或鍵來傳遞扭矩。若采用銷釘結(jié)構(gòu)，主軸與轉(zhuǎn)子支架中心體連成一體，在軸線調(diào)整合格后同鉆、鉸孔。若采用鍵結(jié)構(gòu)，通過研配鍵和鍵槽達(dá)到設(shè)計要求。 </p><p>　　頂軸與主軸外圓表面加工常采用" 一夾一頂"的方式，，通過配車軸堵確定軸身架子口位置，保證軸身的同軸度。當(dāng)頂軸具有引線槽時，軸身外圓無法車架子口，為便于加工需要提供特殊工具，滿足支撐需要。思林機(jī)組的頂軸在臥車上全部粗加工。 </p&

20、gt;<p>　　滑轉(zhuǎn)子配合面加工到要求后包繞預(yù)防軸電流絕緣， 固化后加工絕緣部分， 然后熱套滑轉(zhuǎn)子，最后在臥車上精加工配合面。為保證集電環(huán)配合段及滑轉(zhuǎn)子外圓與法蘭止口同心，這些部位必須在一次裝卡下完成。頂軸與轉(zhuǎn)子支架上圓板靠止口定位， 不需同鉸聯(lián)軸螺栓孔。三峽機(jī)組的頂軸。 </p><p>　　⑶ 典型分段式轉(zhuǎn)軸統(tǒng)計 </p><p>　　根據(jù)對典型水輪發(fā)電機(jī)分段式轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)

21、的設(shè)計數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析， 我們可以總結(jié)出分段軸由于本身重量較大， 給起吊、調(diào)換方向、軸端法蘭孔位置度找正及孔的同鉆鉸帶來一定的難度，為此，在制定合理的加工工藝方法中應(yīng)盡量綜合考慮加工過程中出現(xiàn)的各種因素， 為后期機(jī)組總裝打下良好的質(zhì)量基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　四、結(jié)束語 </b></p><p>　　主軸是水輪發(fā)電機(jī)的的關(guān)鍵組成部件，無論是一根軸還是分段軸結(jié)

22、構(gòu)型式，因其機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸、機(jī)械強(qiáng)度和剛度的要求，其加工難度大、誤差率及尺寸精度歷來是水輪機(jī)加工中一個難題。如何讓立式水輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的制造工藝更加成熟，加工穩(wěn)定達(dá)到設(shè)計數(shù)據(jù)要求，加工工期縮短等需要進(jìn)一步解決。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　【1】 李梁.大型水輪發(fā)電機(jī)定子機(jī)座加工及鐵心疊片工藝探討[J].東方電機(jī) </p&

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