附带叶片根部轮毂的轴流式转轮及制作方法技术

附带叶片根部轮毂的轴流式转轮及制作方法。在叶片的拼焊过程中，存在着叶片装配的误差，小型转轮受到空间限制，操作可达性差，影响焊接质量，为避免应力集中，叶片根部需要留较大的焊脚，焊接量大，而叶片根部部位是转轮运行时受力和扭矩最大的部位，易发生疲劳开裂。本发明专利技术组成包括：是由轮毂2、叶片根部3和外部叶片4三部分组成；所述的轮毂2和所述的叶片根部由一件坯料制造，所述的叶片根部3的端面5外围加装外托6。本发明专利技术用于附带叶片根部轮毂的轴流式转轮。轴流式转轮。轴流式转轮。

【技术实现步骤摘要】
附带叶片根部轮毂的轴流式转轮及制作方法
[0001]
：本专利技术涉及一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮及制作方法。
[0002]
技术介绍
：水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。转轮是水轮发电机的核心部件之一，在受到水流冲击时，将水流动能和势能转化为旋转的机械能。本专利技术所涉及的轴流定桨转轮，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的低水头电站。
[0003]该类转轮的传统制造工艺是将成型的叶片组焊到轮毂上，后续再经过整体热处理、机械加工、铲磨和抛光等工序完成转轮的制造。其中，叶片由铸造的方式制造，制造过程包括木模制造、砂型制造、钢水炼制、浇注、热处理、机械加工等一系列的工艺过程，其传统的制造工艺工序多，能耗大，污染大，参与工人多，劳动强度大。在叶片的拼焊过程中，存在着叶片装配的误差，小型转轮受到空间限制，操作可达性差，影响焊接质量，为避免应力集中，叶片根部需要留较大的焊脚，焊接量大，而叶片根部部位是转轮运行时受力和扭矩最大的部位，易发生疲劳开裂，焊接残余应力和缺陷的存在影响后续运行时转轮的使用寿命。此外，受限于叶片的尺寸和叶片的相互干涉，叶片根部圆角无法采用机械加工的方法加工，或者加工难度极大，后续只能通过人工铲磨的方式进行加工，加工精度难于保证，进一步影响了转轮流道型线，并容易形成局部的应力集中，影响转轮的疲劳寿命。而以上所有对转轮精度带来影响的问题，最终都会对转轮的运行效率带来不利影响，影响电站的经济效益。
[0004]
技术实现思路
：本专利技术的目的是解决上述存在的问题，提供一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮及制作方法。
[0005]上述的目的通过以下的技术方案实现：一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮，所述的转轮是由轮毂、叶片根部和外部叶片三部分组成；所述的轮毂和所述的叶片根部由一件坯料制造，所述的叶片根部的端面外围加装外托。
[0006]一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮的制作方法，该方法包括如下步骤：（1）首先将距离叶片根部圆角最高处10mm，以转轮轴线为轴心的圆柱面将转轮的数学模型分割为两部分，内部的轮毂和叶片根部采用整块坯料，并用数控加工中心进行机械加工制造，加工保留1mm的余量；（2）将分割端面作为外部叶片增材制造的基础面，然后，采用人工点焊的方式将5mm
×
5mm的方型截面的钢条沿着端面焊接到叶片根部上，环绕一周形成外托；（3）以与端面平行的空间圆柱面阵列为切面，曲面间距3mm，对外部叶片的数模进行切片，形成每层增材厚度为3mm的片层；（4）对每个片层进行机器人焊接路径规划，外部叶片增材制造完成后，进行去应力
热处理；（5）使用数控加工中心对外部叶片进行加工，对转轮的整体和装配部分进行精加工，叶片和过流面保留0.5mm加工余量；（6）分别采用风动砂轮和抛光轮对精加工后的转轮的叶片和过流面进行打磨和抛光，完后转轮的制造。
[0007]所述的附带叶片根部轮毂的轴流式转轮的制作方法，所述的对每个片层进行机器人焊接路径规划进行外部叶片增材制造的具体过程为：采用与每个切面圆弧平行的S型焊道，相邻焊道距离为2.7mm,单边保留3mm焊接余量，焊接方法为CMT，焊接电流120A，电压25V，焊接速度为10mm/s，层间温度控制在80℃，焊接完成1层后，更换起收弧位置进行下一层焊接，对所有叶片增材焊接完成一层后，进行下一层焊接，焊接时采用对称焊接叶片的方式。
[0008]有益效果：1.本专利技术利用机器人操控的焊接系统，直接在轮毂的叶根上打印制造叶片。增材制造技术的应用省掉了叶片的制造过程，大幅缩短和简化制造流程。而且能够避免叶片与轮毂组焊时的装配误差，另外增材制造叶片的质量要比铸造质量更高，转轮的制造效率，精度和质量均得以提升。实现了产品制造过程的智能化，绿色化，少人无人化。
[0009]2.本专利技术的外部叶片的增材制造基础为带有叶片根部的轮毂，在外部叶片增材制造前，首先完成带有叶片根部的轮毂的制造，叶片根部部位与轮毂一体，由同一坯料制造，不存在材料差异和制造缺陷，而且，由于其高度很低，可以很容易实现叶片根部的机械加工，保证了根部的精确性。此外，后续的增材制造的焊接过程在叶片根部以上，由原有的焊接应力较大的角焊缝形式变成了应力较小的对接形式，焊接热影响区远离了叶片根部，进而避免了焊接残余应力对叶片根部的影响，以上优势决定了转轮的制造精度更高，制造质量更好，可以有效提高转轮的运行效率和运行寿命。
[0010]附图说明：附图1是本专利技术的结构示意图；附图2是叶片根部及外托示意图；图中：1、轴流式水轮机转轮；2、轮毂；3、叶片根部；4、外部叶片；5、端面；6、外托。
[0011]具体实施方式：实施例1：一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮，所述的转轮是由轮毂2、叶片根部3和外部叶片4三部分组成；轮毂2和叶片根部3由一件坯料制造，采用机械加工的方法制造，在叶片根部3的端面5外围加装外托6，外部叶片4以叶片根部3的端面为增材制造基础，采用电弧增材制造方法制造，形成近净成型的外部叶片4；在数控机床上对完成增材制造外部叶片和外托6进行机械加工；对转轮整体进行精加工和抛光，完成轴流式转轮1的制造。
[0012]实施例2：一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮的制作方法，该方法包括如下步骤：（1）首先将距离叶片根部圆角最高处10mm，以转轮轴线为轴心的圆柱面将转轮的数学模型分割为两部分，内部的轮毂和叶片根部采用整块坯料，并用数控加工中心进行机
械加工制造，加工保留1mm的余量；（2）将分割端面作为外部叶片增材制造的基础面，然后，采用人工点焊的方式将5mm
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5mm的方型截面的钢条沿着端面焊接到叶片根部上，环绕一周形成外托；（3）以与端面平行的空间圆柱面阵列为切面，曲面间距3mm，对外部叶片的数模进行切片，形成每层增材厚度为3mm的片层；（4）对每个片层进行机器人焊接路径规划，采用与每个切面圆弧平行的S型焊道，相邻焊道距离为2.7mm,单边保留3mm焊接余量，焊接方法为CMT，焊接电流120A，电压25V，焊接速度为10mm/s，层间温度控制在80℃，焊接完成1层后，更换起收弧位置进行下一层焊接，对所有叶片增材焊接完成一层后，进行下一层焊接，焊接时尽量采用对称焊接叶片的方式，外部叶片增材制造完成后，进行去应力热处理；（5）使用数控加工中心对外部叶片进行加工，对转轮的整体和装配部分进行精加工，叶片和过流面保留0.5mm加工余量；（6）分别采用风动砂轮和抛光轮对精加工后的转轮的叶片和过流面进行打磨和抛光，完后转轮的制造。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种附带叶片根部轮毂的轴流式转轮，其特征是：所述的转轮是由轮毂、叶片根部和外部叶片三部分组成；所述的轮毂和所述的叶片根部由一件坯料制造，所述的叶片根部的端面外围加装外托。2.一种权利要求1所述的附带叶片根部轮毂的轴流式转轮的制作方法，其特征是：该方法包括如下步骤：（1）首先将距离叶片根部圆角最高处10mm，以转轮轴线为轴心的圆柱面将转轮的数学模型分割为两部分，内部的轮毂和叶片根部采用整块坯料，并用数控加工中心进行机械加工制造，加工保留1mm的余量；（2）将分割端面作为外部叶片增材制造的基础面，然后，采用人工点焊的方式将5mm
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5mm的方型截面的钢条沿着端面焊接到叶片根部上，环绕一周形成外托；（3）以与端面平行的空间圆柱面阵列为切面，曲面间距3mm，对外部叶片的数模进行切片，形成每层增材厚度为3mm的片层；...

【专利技术属性】
技术研发人员：程广福，代海燕，任志远，贺怀志，车鹏程，周竞超，吴思远，逄慧，
申请(专利权)人：哈尔滨能创数字科技有限公司，
类型：发明
国别省市：