[发明专利]一种冲击式水轮机转轮中斗叶的制造方法

说明书

一种冲击式水轮机转轮中斗叶的制造方法，属于水轮机转轮制造领域，本发明解决现有水轮机转轮中斗叶在加工时容易产生断裂、加工困难、制作成本高和制作周期长的问题，本发明的主要技术方案是通过对水轮结构进行有效的分割，将整体加工改变为分块加工，在保证加工精度的同时，简化了加工方法，提高了加工的速度，本发明主要用于对水轮机转轮中斗叶的制造。

技术领域

本发明属于水轮机转轮制造领域，具体涉及一种冲击式水轮机转轮中斗叶的制造方法。

背景技术

水轮机转轮是水电站发电机组的核心部件，其制造质量和寿命直接决定了电站的运行效率、安全性和稳定性。其中，冲击式水轮机转轮是应用比较广泛的转轮。目前，这种转轮主要采用铸造毛坯+机械加工和锻造圆坯+整体机加两种方式制造。其中，铸造毛坯+机械加工的方法获得的转轮材料性能较差，转轮运行过程中容易发生断斗的事故；而对于锻造圆坯+整体机加的方法，这种方法虽然可以获得高质量的转轮，但由于加工量大，加工深度大，斗叶的干涉等原因，不但需要高级别的数控机床，而且机械加工时刀柄伸出过长，限制了加工的进刀量，影响加工效率，同时大伸长引起的刀具抖动，无法保证加工质量，加工成本加高。

除以上两种方法之外，安德里茨公司研发了以机器人操控的微铸（Micro Guss）技术用于转轮的制造。该方法的增材制造部分为转轮的外斗，尽管在增材部位设计时尽量避免了薄弱区域（增材部分与基体的熔合区和热影响区）位于转轮运行时的高应力区，但该部分仍然位于转轮做功的主要区域，而且，薄弱区域和增材方向与冲击转轮运行时的水流冲击方向和高速旋转时的离心力方向相同，增材的切片方向与转轮运行时受水流冲击的方向垂直，该方法制造的转轮在运行时仍然存在外斗断裂的危险。此外，为了避开高应力区，部分增材制造外斗也在机械加工的干涉区内，增加了制造成本和制造周期。同时，对于小型的冲击转轮上，由于转轮尺寸小，外斗较密，空间较小，增材制造和加工困难，限制了该方法在这类转轮上的应用。

因此研发一种冲击式水轮机转轮中斗叶的制造方法解决上述问题是十分具有实际意义的。

发明内容

本发明为了解决现有水轮机转轮中斗叶在加工时容易产生断裂、加工困难、制作成本高和制作周期长的问题，进而提供了一种冲击式水轮机转轮中斗叶的制造方法；

一种冲击式水轮机转轮中斗叶的制造方法，所述方法是通过如下步骤实现的：

步骤一：制作中心外斗，将转轮半成品坯料装卡在数控中心中，并利用铣削的方式沿转轮半成品坯料的周向等距加工N个中心外斗，N为正整数；

步骤二：制作两侧侧斗，并将两侧侧斗固定在中心外斗上形成斗叶；

步骤三：磨削斗叶，将加工有斗叶的转轮半成品中每个斗叶磨削至成品尺寸；

步骤四：斗叶抛光，将每个斗叶进行抛光处理；

步骤五：加工完成，检测成品；

进一步地，所述步骤一中所用数控中心为五轴数控加工中心，所用刀具为高速钢，采用进给速度为20m/min-40m/min，主轴转速为650r/min-800r/min，加工余量为1mm；

进一步地，所述步骤一中转轮半成品坯料为锻造圆坯、铸造圆坯或圆形钢板；

进一步地，所述步骤二中制作侧斗分为两步骤：

步骤A：将两侧侧斗三维数学模型导入模拟软件中，并以中心外斗中切面的截面为增材制造基础，并对侧斗过流面增加2.0mm的加工余量，对侧斗数学模型沿切面垂直方向生成切片和焊接路径规划；