[發明專利]一種沖擊式水輪機轉輪的改造方法

在審

• 申請號: 202011210539.1
• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112372247A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 程廣福;呂曉強;金殿彪;李景
• 申請（專利權）人: 哈動國家水力發電設備工程技術研究中心有限公司;哈爾濱電機廠有限責任公司
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 牟永林

一種沖擊式水輪機轉輪的改造方法，它涉及水輪機轉輪制造技術領域。本發明為解決現有水輪機轉輪水力性能優化制造過程中，周期長、成本高的問題。改造方法包括切除原始外斗；規劃焊接路徑；增材制造；銑削加工；拋光。本發明用于沖擊式水輪機轉輪的改造。

技術領域

本發明涉及水輪機轉輪制造技術領域，具體涉及一種沖擊式水輪機轉輪的改造方法。

背景技術

水輪機轉輪是水電站發電機組的核心部件，其制造質量和壽命直接決定了電站的運行效率、安全性和穩定性。其中，沖擊式水輪機轉輪是應用比較廣泛的轉輪。隨著水力設計的不斷進步，新型水斗的水力性能不斷優化，效率不斷提高，電站為了追求更高的經濟效益，由此產生了對原有轉輪的更換升級的需求。在這些轉輪中，有大量轉輪只需要對外斗的型線進行優化就可以獲得很好的改造效果，而對其輪轂和斗根均不需要發生變化，原有的方法為重新制造一個新的轉輪，而將原有轉輪報廢，這不但造成了浪費，而且重新制造需要很長的周期。由此，提出了能夠利用原有輪轂和斗根，僅對外斗進行重新制造的設想與需求。

增材制造技術(又稱3D打印技術)，是基于材料堆積法的一種新型制造技術，可以根據零件或物體的三維模型數據，以材料累加的方式制成實物。電弧增材制造技術是以電弧為載能束，采用逐層堆焊的方式制造金屬實體構件，零件由全焊縫構成，化學成分均勻、致密度高，開放的成形環境對成形件尺寸無限制，成形速率高，主要應用于大尺寸復雜構件的低成本、高效快速近凈成形。其中，冷金屬過渡技術CMT(cool metal transfer)具有低熱輸入、變形小、無飛濺等特點，而且，其送絲運動與熔滴過渡過程可進行數字化協調，可操控性高，十分適用于電弧增材制造過程。CMT技術與機器人的結合應用可以完美的實現金屬部件的增材制造和修復。相關的實驗證明，CMT增材制造的轉輪用0Cr13Ni5Mo材質，其HAZ僅在熔合區附近，范圍極小，對部件的性能弱化作用非常小，同時，其疲勞性能明顯優于鍛件，而與0Cr13Ni5Mo基材結合界面處的性能與基材相當，因此，其與機器人的結合是沖擊式水輪機轉輪外斗改型優化水力性能改造的理想方法。

發明內容

本發明為了解決現有水輪機轉輪水力性能優化制造過程中，周期長、成本高的問題，進而提出一種沖擊式水輪機轉輪的改造方法。

本發明為解決上述技術問題采取的技術方案是：

一種沖擊式水輪機轉輪的改造方法包括如下步驟：

步驟一：切除原始外斗2：以轉輪1的中心3為圓心，沿圓周4的方向切除原始外斗2，在斗根5上形成切面6；

步驟二：規劃焊接路徑：將新增外斗7的三維數學模型導入模擬軟件，以切面6為增材制造基礎，對新增外斗7進行切片8和焊接路徑9規劃；

步驟三：增材制造：將規劃好的焊接路徑轉化成自動焊接機器人控制程序，自動焊接機器人對新增外斗7進行堆焊增材制造；

步驟四：銑削加工：在數控機床上對新增外斗7進行銑削精加工至圖紙尺寸；

步驟五：拋光：對新增外斗7進行打磨拋光，完成轉輪1的改造。

本發明與現有技術相比包含的有益效果是：

水輪機轉輪是水電站發電機組的核心部件，其制造質量和壽命直接決定了電站的運行效率、安全性和穩定性。采用基于原有轉輪的輪轂和斗根，僅對外斗進行重新設計和制造，在實現電站效率提升的同時，實現了低成本、高效率的轉輪綠色優化改造。由本發明提出了一種機器人控制的CMT外斗增材制造轉輪性能優化改造方法，充分利用機器人操縱CMT技術可以制造高質量增材的特點，實現轉輪的優化改造，使得改型增材制造部分外斗的性能優于原有轉輪本身，同時，結合界面處的性能極其接近于基材，是一種高性能、低成本、高效率的轉輪優化改造方法。

附圖說明

圖1是原始沖擊式水輪機轉輪的結構示意圖；