水轮机叶片水力型线面变形快速检测.pdf

第59 卷第2 期Vol.59 No.2中国铸造装备与技术CHINAFOUNDRY MACHINERY&TECHNOLOGY2024年3月Mar.2024水轮机叶片水力型线面变形快速检测马金鑫，李文定，马马进，查明，沙学录，张（共享铸钢有限公司，宁夏银川7 50 0 2 1）摘要：本文涉及铸钢件变形检测技术领域，尤其涉及一种铸件曲面变形检测工具及铸件曲面变形检测方法。通过设计一种快速检测工具，经调整测量螺杆至与铸件的曲面接触并标记，将曲面的型线状况复制到长卡板的测量螺杆上，叶片在经过工艺要求处理后，再将该检测工具按照标记的位置放置在铸件曲面上，测量螺杆与曲面之间的间隙距离，便可得知铸件的变形情况。解决了大型水轮机叶片无法在铸造生产现场随时随地快速测量的问题，并为水轮机叶片在各生产工序的尺寸变形量及变形规律分析提供依据，通过测量数据的分析，制定相应的控制预防措施，减少叶片在铸造生产过程中的变形量，从而降低其在生产过程中的质量返修及控制成本，提高生产效率。关键词：叶片；尺寸；曲面变形；快速检测中图分类号：TG247文献标识码：AD0I:10.3969/j.issn.1006-9658.2024.02.0170前言大型铸钢件铸造生产过程中的技术难点之一是形状尺寸的变形控制。燃气轮机缸体、蒸汽轮机缸体、水力发电机组中的水轮机叶片等大型铸钢件在铸造生产过程中均存在变形情况，尤其是一些薄壁且尺寸形状不规则的大尺寸产品，在铸造生产过程中尺寸变形的测量及控制，对质量成本控制及生产效率提高尤为重要。快速测量铸件曲面变形量，常规测量手段如卷尺、直尺等对不规则曲面形状进行测量均无法实现。水电机组水轮机转轮由叶片、上冠、下环等部件组成，很多关键部件均需要单独铸造，然后进行加工装配。叶片就是其中一个非常重要的部件，单独铸造生产叶片的技术难点之一就是叶片的型线尺寸控制，由于叶片自身的型线设计，翘曲不规则，再加上壁厚变化较大,最薄处变形量非常大,因此铸造过程中的尺寸控制非常关键。收稿日期：2 0 2 3-0 9-2 5；修订日期：2 0 2 3-11-11作者简介：马金鑫（19 8 4一），男，工程师，负责公司大型铸钢件质量无损检测工作。E-mail:长磊，张长蒙，李磊文章编号：10 0 6-9 6 58(2 0 2 4)0 2-0 0 7 7-0 3水轮机叶片在铸造生产过程中经历打箱、冒口切割预热、冒口切割、质量热处理、缺陷补焊等会导致其变形的工序，水轮机叶片在经历这些工序的过程中,经过每个工序后的变形量是多少,经过哪个工序后变形量最大，常规方法是将叶片转运至专门的尺寸测量区域，比如尺寸测量平台，然后进行尺寸检测，对铸件生产周期和生产成本影响非常大。如何用一种最便捷的方法快速测量并准确判断铸件曲面变形量，解决水轮机叶片曲面在生产过程中变形量无法快速测量的问题，提高铸件曲面变形检测效率，降低铸件过程尺寸检测成本显得尤为重要。1叶片曲面变形快速测量方案设计思路为了节约生产周期和成本，需要设计一种快速测量方法，不限制场地，能跟随叶片所在的铸造生产场地进行监控测量。要想知道叶片在各个工序的变形情况，首先要想办法测量叶片在经历此工序前的型线尺寸状况，将叶片在经历此工序前后的型线尺寸进行对比，便可得知叶片在此工序-.77-第59 卷是否变形及变形量的大小。设计一种可调节的卡板，可以使卡板根据叶片型面实际尺寸进行调整，调整后进行固定，便将叶片经历此工序前的型线状况复制到卡板上，工序完成后再将卡板卡于原位，便可得知叶片变形情况，识别出影响水轮机叶片变形最大的工序节点，便于后期分析及改进措施的实施。2设计方案实施2.1叶片曲面测量卡板制作按照以上思路，需要根据叶片正负压面对角长度选取两根方钢，根据叶片正负压面曲率高低变化情况准备多根长短不一的螺杆，准备两倍于螺杆数量的螺母和垫片。在方钢上均匀钻孔(孔间距50 0 10 0 0 mm范围均可，根据实际测量范围确定），孔直径必须和选取的螺杆直径相符。将已经准备好的螺杆穿过方钢上已经钻好的孔，螺杆两侧各拧人螺母和垫片，将螺杆固定，使其无法移动。卡板螺杆安装示意图如图1所示。中国铸造装备与技术及尖角，（其他产品卡板检测过程中也必须将卡板位置覆盖壁薄易变形区域);第二步：四根螺杆上下调整使其完全和叶片表面接触无间隙，然后将两侧螺母拧紧固定；第三步：将卡板横向的两根螺杆上下调整使其完全和叶片表面接触无间隙，螺母拧紧固定（横向螺杆主要用于控制卡板横向倾斜角度，控制卡板前后卡于相同位置保持角度不变）；第四步：将所有螺杆和叶片型线面的接触点样冲标记位置，这样便记录了叶片型线面上和螺杆接触的四个点的相对高度及卡板位置。将卡板取下并放置于固定区域，待冒口切割后检测其是否变形并测量变形量。打箱、热处理、焊补等其他工序测量方法相同。卡板检测叶片变形示意图如图2 所示。4图1卡板螺杆安装示意图1一螺杆2 一螺母3一垫片4一方钢2.2卡板及螺杆编号将已经制作好的卡板上的每个螺杆进行编号，以便后续测量时记录此螺杆的位置及此螺杆与叶片型线面间隙的大小。2.3各工序开始前叶片曲面变形测量以打箱后叶片为例，叶片打箱后将要经历冒口切割预热和切割。第一步：将两个卡板分别放在叶片正压面或负压面对角方向。叶片出水边壁厚较薄，卡板放置区域必须覆盖出水边易变形边缘图2 卡板检测叶片变形示意图1一径向测量卡板2 一横向固定倾斜螺杆2.4各工序完成后铸件变形测量冒口切割完成后，按照先前的标记位置将卡板再次放置于型线面上，检查标记的四个接触点是否有间隙。如果有间隙,用量具测量间隙尺寸，得出铸件在此工序的变形量。打箱、热处理、焊补等其他工序测量方法相同。根据测量得到的变形量，分析叶片在铸造生产各工序的变形量大小，铸造凝固收缩是否变形，变形量多大，可根据卡板测量的实际数据设计叶片反变形工艺贴量进行解决；性能热处理是否变形，变形量是多少，根据卡板测量的实际数据调整性能热处理支垫角度和方式，增加防变形拉筋或工装达到使其变形量减小的目的。-78一马金鑫，等：水轮机叶片水力型线面变形快速检测3结论解决了铸件曲面在生产过程中无法快速测量变形量的问题，改变了以往不规则曲面在生产过程中必须依靠激光跟踪仪、测量臂以及摄影测量系统等仪器测量铸件尺寸的现状。整个生产工序叶片单件需测量3次，单件转运到专用测量平台需耗时1h,每件次叶片测量时长3h,且平均测量贴点耗材2 0 元，单件叶片可节约测量时长12h，测量成本6 0 元，目前全年生产叶片150 片左右。从长期看，卡板快速测量对生产效率提升和测量成本降低会产生非常明显的改善效果，助力公司提质降本增效，为铸件生产过程中的变形控制分析研究提供有效依据，提高铸件过程质量控制及铸件防变形设计能力。第2 期参考文献：1】衣薇.铸造技术标准手册 M,北京：中国物资出版社,2 0 0 4.2】袁晓玲.生铁铁合金及其他钢铁产品标准汇编 MI北京：中国标准出版社,2 0 0 2.3】陈国桢。铸件缺陷和对策手册 M.北京：机械工业出版社，2003.4】杜鹏，赵树文，司鹏飞,等.大型水轮机转轮分瓣下环尺寸测量控制方法中国铸造装备与技术,2 0 2 1(0 5）：47-48.Rapid detection of hydraulic linear surface deformation of hydraulic turbine bladesMA Jinxin,LI Wending,MA Jin,ZHA Ming,SHA Xuelu,ZHANG Lei,ZHANG Meng,LI Lei(Kocel steel foundry Co.,Ltd.,Yinchuan 750021,Ningxia China)Abstract:This paper involves the technical field of steel casting deformation detection,especially a cast-ing surface deformation detection tool and casting surface deformation detection method.By designing arapid detection tool,the measuring screw is adjusted to contact with the surface of the casting andmarked,the profile condition of the surface is copied to the measuring screw of the long cardboard,theblade is processed according to the process requirements,and then the detection tool is placed on thesurface of the casting according to the marked position,and the gap distance between the screw and thesurface is measured,and the deformation of the casting can be obtained.It solves the problem that largeturbine blades can not be quickly measured at any time and anywhere at the casting production site,and provides a basis for the analysis of the size deformation and deformation law of the turbine bladesin each production process,and formulates corresponding control and preventive measures through theanalysis of measurement data,so as to reduce the deformation of the blade in the casting productionprocess,thereby reducing its quality repair and control cost in the production process,and improvingproduction efficiency.Key words:Blade;Dimension;Surface deformation;Rapid detection79