轉輪體

轉輪體是指軸流、斜流與貫流式水輪機安裝葉片的圓柱形構件。是水輪機的重要部件，大型水輪機轉輪體的重量大，尺寸形狀複雜，欲獲得高技術要求的優質鑄件，其設計結構是否具有良好的鑄造工藝性，鑄造工藝設計是否合理，兩者都至關重要。

基本介紹

• 中文名：轉輪體
• 外文名：The wheel body
• 學科：電力工程
• 領域：能源
• 範圍：電力系統
• 釋義：水輪機的重要部件

簡介

轉輪體是水輪機的重要部件，大型水輪機轉輪體的重量大，尺寸形狀複雜，欲獲得高技術要求的優質鑄件，其設計結構是否具有良好的鑄造工藝性，鑄造工藝設計是否合理，兩者都至關重要。轉輪體部件有兩種不同的基本結構形式。兩種結構形式，其部件的功能、總尺寸、重量和零件數不變，只是改變零件的分開聯接面的相對位置，結果兩種結構給鑄造工藝性帶來顯著的差異。其中轉輪體結構形式屬於工藝性強的設計結構，它將給鑄造增加很大困難，它對機械加工也不利。

水輪機組的轉輪體結構形式

對於鑄造來說，結構形式結構合 理，製造工藝性強。它有利於冒口的設定，有利於鑄件順序凝固與補縮；有利於操作。其中170MW水輪機組轉輪體，設計還採納了鑄造工藝技術人員的意見與建議，構成適當的壁厚差變化，有利鑄件補縮，保證內部質量。特別是鑄造工藝性先天不良，對冒口的設定、鑄件補縮都十分不利，這不僅增加了工藝設計難度，操作的困難，而且還常常出現這樣或那樣的鑄造質量問題，使質量波動不穩，影響生產周期和經濟效益。

當設計結構工藝性不良，又不能再改變設計結構時，欲獲得優質鑄件，這個重任就主要靠鑄造工藝設計去承擔。鑄造工作者需要加倍努力，採取有效的工藝技術措施去克服設計結構的先天不足。通過多年努力，不斷總結改進提高，如冒口數量，形狀尺寸，泥芯的結構尺寸等等都作了多次改進。最佳化工藝設計，從而解決了鑄造質量問題，取得了轉輪體鑄造成功經驗。

主要質量問題及其原因分析

系統總結不同階段生產的幾種轉輪體的質量，其中具有普遍性、代表性的問題有縮孔縮松、裂紋、尺寸超差等三類。

1.縮孔縮松

轉輪體的加工部位，主要受力部位都不允許有縮孔縮松，一旦發現，都必須認真清除並補焊好。冒口下曾多次發生過較大縮孔，大的達幾百毫米，為補焊縮孔消耗不少焊條。另外，由於內冷鐵布置非連續性，破壞了順序凝固與補縮通道，遠離冒口的部位也偶而發生過局部縮孔縮松。轉輪體產生縮孔縮松的主要直接原因有：

(1)冒口模數小，工藝計算的鑄件模數值不符客觀實際，又不掌握在不同條件下K的取值，即冒口大小界限是隨客觀條件(保溫、增肉、補澆、內外冷鐵等)的變化而變化。

(2)冒口下鑄件熱節沒有伸出。

(3)內冷鐵的配合布置不當。

(4)未控制好補澆的時間和鋼水量。

2.裂紋

裂紋是不允許存在的，轉輪體常發生的巨觀裂紋主要有兩種:一是內澆口旁的熱裂紋，二是冒口切割裂紋。內澆口旁熱裂紋是由於澆往時間長，鋼水過流量太大，局部過熱，內澆口與鑄件連線圓角小，應力集中等原因產生。這種裂紋一般較短而淺，容易粗處理，問題不大。主要問題是冒口切割裂紋，當不注意或控制不當，一旦發生就較麻煩。嚴重的裂紋曾發生過長達數百毫米，要保證質量，處理好這種裂紋須認真對待，採取有效措施。

轉輪體產生冒口切割裂紋的主要原因有：

(1)切割工藝參數(切割溫度、速度、保溫等)控制不當，或違反工藝紀律。

(2)冒口根部存在縮孔縮松和嚴重的成分偏析等鑄造缺陷。

3.尺寸超差

鑄件毛坯尺寸情度是評價鑄件質量高低的重要指標之一，轉輪體的尺寸超差包括鑄件毛坯尺寸超差與粗加工尺寸超差兩個方面。

轉輪體的尺寸和壁厚差都較大，其結構形狀屬半開口結構，鑄造線收縮和砂型阻礙各向差異大，因此，轉輪體易於變形產生鑄造毛坯尺寸超差。

轉輪體產生鑄造毛坯尺寸超差的主要直接原因有:

(1)半開口端壁薄，砂型阻力大，變形大，即實際線收縮小。

(2)工藝沒有掌握鑄件不同結構各部的線收縮規律，未能區別對待。

(3)模型、砂型的製作偏差。

不該發生的粗加工尺寸超差再次發生，而且相當嚴重，造成S∅4300球面及∅1380內孔圓面大面積補焊。其直接原因是工藝、劃線人員沒有掌握轉輪體必須具備靜平衡和動平衡的技術特性。

鑄造工藝的最佳化設計

最佳化的目的首先是保證質量，滿足技術要求，並獲得最佳的經濟效益，有利於操作和縮短生產周期。在多次實踐中認識到：

(1)冒口大小要適中，並採用冒口補澆一次或部份內外冷鐵控制，其工藝先進合理，不僅能解決縮孔問題，而且有利冒口切割，防止裂紋，提高經濟效益。

(2)鑄件內部質量，位於冒口補縮區較近的熱節必須伸出，較遠易產生縮孔的部位，採用內外冷鐵控制。

(3)熱切割冒口是防止大型冒口切割裂紋的有效措施。大型冒口(>∅850mm )偏析大、切割熱應力大，一般控制在200-300 C連續切割並保溫緩冷就能有效地防止裂紋。

(4)影響尺寸精度的因素很多，主要從下列幾個方面最佳化控制：

1)參照同類鑄件的實際線收縮率，並結合具體結構、造型材料的變化來調整確定工藝線收縮率，使其符合實際。

2)加工餘量同工藝線收縮率協調配合。

3)不同結構部位、收縮阻力大的半開口端，區別設不同的工藝線收縮率，或設工藝補增量。

4)嚴格工藝紀律，本模、砂型、精整各工序都要實現各自工序的尺寸精度要求。

5)設計、工藝技術人員進行技術交底，讓工藝和操作者掌握轉輪體的平衡特性，劃線以內腔非加工面作為基準面，儘量找正夕使其粗加工後的鑄件壁厚達到四周均稱，這樣就能滿足尺寸精度和平衡的要求。

6)加強工藝、造型材料、操作的控制，提高鑄件毛坯表面的平整度，為加工劃線、平衡提供良好基礎。