PDF《大型轴流式水轮机叶片 五轴联动数控加工技术》

收稿日期: !% 受国家自然科学基金会和机械工业发展基金会联合资助项目.

!! 毕业于华中理工大学,%'

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$( 年获工学硕士学位,现为华中理工大学在职博士生.从事 水轮机水力设计、及数控技术应用研究与开发,多个项目获科技进步奖,发表论文 ! 多篇. 大型轴流式水轮机叶片 五轴联动数控加工技术 !% 华中理工大学 赖喜德!! 东方电机股份有限公司 王贞凯 摘要 介绍东方电机股份有限公司开发的采用五轴联动数控加工大型轴流式水轮机转轮叶片的数控加工工艺,叶片的三 维造型及计算机仿真加工编程、工装、刀具及金属切削技术,以及叶片三维测量等关键技术.该加工技术已成功地应用 于直径为!&

.$/ 的高坝洲电站轴流式机组的整机全套叶片加工,为国内制造厂首次整机和整个电站水轮机叶片全部采用 数控加工. 关键词 水轮机叶片 数控加工 计算机仿真 五轴联动 % 引言 水轮机转轮是水轮发电机组的心脏,其 转轮叶片的制造技术和制造质量直接影响机 组运行的水力性能和机组的可靠性.水轮机 转轮叶片是非常复杂的雕塑曲面体零件,在 大中型机组制造工艺上,长期以来采用的 砂型铸造―砂轮铲磨―立体样板检测 的 制造工艺,不仅生产效率低,叶片型面精度 难以保证,而且手工砂轮铲磨的劳动强度 大,工作环境恶劣,已不能满足技术进步的 要求,也不能有效地保证叶片型面准确性和 制造质量,更不能满足当今发电设备市场竞 争的要求.大型水轮机叶片的五轴联动数控 加工工艺技术是当今世界发电设备制造业中 的关键技术之一,也是当今机械加工技术中 的尖端技术.它涉及到计算机辅助产品的三 维造型、计算机仿真模拟加工、五轴联动 )0) 技术、复杂的金属切削技术、三维曲面 型面测量及定位技术以及毛坯制造等.国外 一流的发电设备制造公司,在$ 年代就开 始投入了大量的人力和财力进行相关的研究 与开发.因技术难度较大,现仅有几家公司 掌握了该技术,并极为保密,以此作为市场 竞争的有力技术手段,也是保证水轮机水力 性能的有效技术手段之一.随着举世瞩目的 三峡工程兴建,大型水轮机叶片数控加工技 术的研究与开发,也作为三峡机组制造技术 中非常关键的项目之一,经过严格的评审, 被纳入国家自然科学基金会、机械工业发展 基金会联合资助的重大项目,成为其中的内 容之一,受到两基金会的资助.同时也是国 务院三峡建设委员会委派的三峡机组攻关项 目.研究开发大型水轮机叶片五轴联动数控 加工工艺技术,对三峡机组制造,对整个水 第%&

卷第 ! 期! % 年1月东方电气评论 +2034*03 +5*065

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?.! % 轮机制造行业的技术进步,对提高我国水电 设备制造业的市场竞争力都有着重要的意 义.东电公司针对大型叶片数控加工中的相 关技术进行了研究与开发,并成功地用于高 坝洲电站大型轴流式水轮机叶片制造.此为 国内首次整机全部采用数控加工叶片.其关 键在于成功地应用了计算机仿真加工技术. ! 大型轴流式水轮机叶片的结 构特点 高坝洲机组是一个高水头轴流式机组, 其水轮机转轮直径为! #$%.叶片从进水边 到出水边扭曲度大,叶片背面轮缘带有外裙 边,叶片轮毂侧带有很大的内裙边.内裙边 在法兰球面区为恒 !(正面 背面过渡曲面,从法兰球面区至 进、出水边的曲面 ! 沿空间曲线变化过渡 到零.叶片法兰至外缘直径为!))$(%%. 由于该叶片与一般轴流式叶片在结构上相比 有一些特殊性,这给加工工艺和仿真加工编 程造成了更大的难度.高坝洲水轮机叶片如 图)所示. 图)叶片设计示意图 '