（东芝水电设备（杭州）有限公司浙江桐庐311500）
摘要：本文主要介绍了混流机模型转轮的整体加工技术，在模型转轮开发过程中，通常是先利用CFD解析技术对转轮进行性能预测和优化，之后在CFD解析结果的基础上加工制造模型转轮。通过模型试验对其性能进行测试后，根据试验结果对转轮叶片进行修型加工，从而进一步优化转轮的各项性能，然后再次进行试验测试，直至得到满足各项性能要求的转轮。谈起转轮整体加工就离不开五轴数控机床，而五轴联动数控机床是目前世界上最先进的机床设备之一。精密加工技术是五轴机床的一项关键技术，现代数控机床的加工精度较传统机床的精度提高了数十倍甚至上百倍。从前的0.01mm精度已经被提升到目前的0.001mm。
关键词：混流式转轮；五轴数控机床；加工刀具；制造工艺；转轮修行；
1、前言
混流式转轮模型水轮机的开发，对于国民经济的发展，具备特别的意义。一方面，目前梯级电站开发过程中，有不少水轮机采用混流式结构，此类机组由于由于转轮内部空间扭曲大，流动复杂，效率，空化、脉动特性要同时满足客户要求是项艰巨的任务。另一方面，从世界范围来看此类混流式水轮机组，很多已经运行多年，他们多基于当时的技术进行开发、设计并制造。随着近年来水轮机模型开发技术得到飞速的提高、采用新技术对老机组进行改造，从而保证机组稳定性、安全性的同时，提高效率，出力，或者减少由于空化，非设计工况等引起的过流过流部件的损伤，是目前各大设备制造厂家关心的课题。
水轮机中的转轮是水力发电机组能量转换的重要部件，可以说具有核心地位。从其结构力学特点和性能来看，可以直接影响水电站机组的运行安全可靠性及其经济性。对于水轮机转轮而言，其结构力学特点主要包括了刚度、强度以及模态分析等内容，长期以来一直是水轮机数字化优化设计的关键技术。从水轮机转轮叶片构成来看，主要是由一种较为复杂的曲面体构成，而且转轮运行条件非常的复杂，传统模式下的研究主要利用简化理论分析法结合模型试验进行研究。混流式水轮机转轮的上端有上冠法兰与轴下法兰相互连接，转轮侧面以及四周被导水部件和坐环等紧紧的包围起来，而且坐环的上端装有一个顶盖，可以将转轮牢靠的盖住。在座环的下端，经基础环连接尾水管，并且将转轮下端牢固的包围起来。在运行过程中，因供电质量要求相对较高，转轮等速进行转动，所有转动时的重量均通过主轴传给机组推力轴承，由后者承受；其他部分除导水部件能动作外，都是固定不动的。在安装以及检修过程中，转轮置于基础环之上，对于混流式水轮机转轮而言，因其采用的水头、流量存在区别，所以形状差异较大。实践中可以看到，随着现代科技水平的不断提高，虽然混流式水轮机转轮的结构外形存在着一定的差异，但是其组成结构上基本都是由上冠下环、叶片、止漏环以及减压装置和泄水锥等构成。
近年来，随着水力事业的快速发展，发电机组正在朝着巨型化方向发展，同时也对水轮机结构以及转轮整体加工技术提出了更高的要求。近年来，随着国内数值模拟技术以及现代计算机技术的快速发展，国内水力发电设备制造业正在努力探索将基于有限元法的结构分析仿真技术开发应用于转轮结构优化设计，从而提高设计安全可靠性。从国内现状来看，新中国水轮机行业经过六十多年的发展，创造了令人瞩目的成绩，不同时期的开发、设计、制造的机组，体现了当时的技术水平，从水电站的经济性来讲，国内很多通过转轮等关键部件的有效改造，能够更有效利用水能，扩大有效的运行范围，通过改善转轮型线能大大提高机组在空化、腐蚀以及水压脉动等方面的特性，对电站本身的经济效益，电网供电保证，以及当地经济发展具有重要的意义。
2、研究方法
混论式水轮机有诸如上述多优点，制造出性能优越的模型机是关键。转轮式模型机中最重要的部件。能够通过机床加工出与CFD解析结果一样的模型是我们的最终目标。混流式转轮由上冠、下环、叶片组成。将水流的能量转换为转轴上的旋转机械能，转轮是水轮机上的关键部件。他决定了水轮机的过流能力，水力效率，空化空蚀、运行稳定等性能。水力开发用混流式模型机由于流道叶片和叶片之间间隙非常小，曲率大，且叶片非常薄，如果焊接的话非常困难，且容易变形，如果叶片上冠、下环、叶片利用机床整体加工出来；所以转轮的整体加工技术就显得非常必要。
3、刀具选择
作为转轮整体加工过程中最核心的刀具：
由于该类模型流道狭窄，流道叶片不规则，曲率大，经过多次模拟试验加工最终选择该种刀具。这种类型刀具分为很多种型号，根据流道的大小来选择，可以装夹不同直径的球头铣刀，一般根据使用需要：分为SLSA型和SLSB型，其中SLSA型是做精加工用的，因为装夹刀杆的壁比较薄，刚性较差；SLSB型的稳定性相比较SLSA型要好很多。因为整个刀杆材料比较厚，强度更好；在加工过程中使用哪种型号还要取决于流道的大小等因数，如图示一。
5、转轮修型
转轮修行是根据试验得到的数据进行分析，得到新的转轮数据，然后再进行加工。此方法的优点是可以解决成本、又可以节省很多时间。
转轮具体的做法为根据新的模型数据来判断需要修型的部位，然后用同类型的铜材焊丝对要再次加工的部位进行焊接处理。补焊时要特别注意，采用多次焊接，尽量把控叶片变形量确保成品品质。
工件装夹到机床上，校圆校水平，由于是修型，编程时注意每次的吃刀量，不宜过大，因为加工好的叶片都比较薄，特别容易变形。
6结论
当前水轮机无论在单机容量,还是在结构尺寸方面都朝着巨型化方向发展,转轮作为水轮机能量转换的核心部件,无论是水力性能,还是结构性能方面都是行业中研究的关键问题"转轮是水轮机转换能量的水下旋转部件,但同时也是最容易因为设计不当或运行不合理等原因而在各种电站事故中遭到破坏的部件之一"水轮机的运行稳定性是十分重要的问题I.j,一方面,它承受载荷较大,而且自身的空间形状复杂,混流式水轮机转轮是由十几个叶片和上冠及下环构成的空间薄壁机构,同时由于工况的变化,使其受力状况复杂。
本文阐述了混流机转轮整体加工技术的主要方法。模型机水力效率，空化空蚀、运行稳定等性能的好坏是制造真机的基础，根据目前先进的CFD流体解析技术和优化方法，得到所需的主要部件的水力模型转轮经过五轴数控机床高精度的加工，为了下一步进入模型试验验证和原型机制造打好坚实的基础。不断的保证向客户提供稳定、可靠、高效的水轮机的迈进坚实一步。
参考文献
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