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摘要：本文主要介绍了公司为缅甸邦朗电站设计制造的水轮机座环平面打磨设备的设计原理、结构型式及设备的重要作用。
关键词：水轮机 座环 打磨 磨头
一、前言
在缅甸邦朗电站工地组装水轮机的部件中，安装座环是一道非常重要的工序。该座环最大外圆直径φ4120mm，总重量80多吨，在制造厂内分两半制造，运往工地后在机坑内用螺栓把合并在分瓣处进行整体组合焊接，座环的圆周方向挂装蜗壳再焊接，最后灌制混凝土，使座环和蜗壳成为牢固的一体。在经过这些复杂的焊接工艺过程之后，座环上的三个装配平面都不可避免的产生一些变形，最大变形可达2mm，为了消除这些变形，使座环达到原机加工的质量要求和保证导水机构的装配精度，需要一台打磨设备，在工地机坑内对变形的座环平面进行打磨。该设备为国外机组使用，尤其重要，并成为缅甸邦朗机组成功招标的重要设备之一。
二、研究的内容及方法
缅甸邦朗电站的水轮机座环要求打磨平面的直径为φ4120mm ～φ2600mm，被打磨圆周平面度为0.04mm/m，上平面与下平面的平行度为0.1mm/m，表面粗糙度为Ra3.2μm。
按照中、缅双方提出的技术要求，我们进行了技术分析与综合论证。根据邦朗电站座环的结构特点及基本尺寸的特点，确定了打磨设备的基本结构方案。打磨设备的总体结构如图1所示。
该设备在工地的机坑内使用，安装及使用空间受到了极大的限制，这就要求打磨设备的结构必须紧凑，又要便于安装和使用，根据邦朗机组的这些特点，与有关专家和工艺人员的多方论证，采用了适合邦朗机组使用的打磨设备，其具体结构如下：
1.打磨设备采用单柱立式结构。中心主轴与底座通过轴承联在一起，为了保证设备的平稳性，采用四条支腿支撑，四条支腿与底座把合在一起，支撑着主轴和底座并落在座环固定导叶中间的支脚上，通过调整水平螺杆和垂直螺杆，使主轴与座环同心并可调整好水平。设备实现准确定位后，将支脚与座环的下环接触处点焊，保证设备稳固固定，完成夹紧要求。
2.采用双转臂打磨。邦朗机组座环需要打磨三个平面，上、下被打磨平面相距1054mm，只有采用双臂的结构型式才能完成工艺要求。上转臂和下转臂通过键和主轴联在一起设备一次定位完成可加工三个面，上、下转臂同时和主轴一起围绕底座中心作水平回转运动来实现对各加工面的磨削。
3.底座与中心主轴采用圆锥滚子轴承支撑。轴承型号为D7172，底座的上、下两端各一个，选用这种轴承的目的就是充分利用承载能力大、消除间隙后可获得理想的刚度、结构简单及调整方便等优点。两轴承的支撑距离为620mm，通过使用这样一对轴承，确保了该打磨设备的精度，能够达到工艺要求的被加工面平面度0.04mm/m，平行度0.1mm/m。
4.为了使设备在工作状态下保持平衡，在两转臂各相对一侧配置了配重体，这样可使主轴轴承在垂直方向上受力均匀、运转平稳。
5.磨头。在转臂的前端装有一套独立的磨头系统。磨头是整个设备的关键部件，应具有较高的要求，它不但要有足够的功率和扭矩，还要有可靠的传动平稳性，以保证被加工工件的精度要求。该磨头采用立式结构，上端拖动电机通过柱销联轴器与磨头主轴直联，为防止拖动电机产生的振动直接传给主轴，在设计联轴器是采用了尼龙柱销弹性连轴轴节，振动在传递过程中利用尼龙柱销这种非金属弹性材料的滞后作用，吸收振动、缓和冲击和阻尼衰振，从而保证磨头主轴运动平穩。为了防止磨削工作时引起振动，在设计时采取了以下措施：
（1）.立式磨削方式。其特点是磨头主轴主要承受轴向力，本身不产生变形；
（2）.合理地制定的支撑跨距与悬伸量，使主轴的几何尺寸处于最佳状态；
（3）.合理地选用配置轴承。轴承是磨头系统中最重要的部件，它的类型、配置、精度和调整等因素都直接影响主轴系统的工作性能，主轴的旋转精度在很大程度上由轴承所决定。设计中我们选用的是滚动轴承，靠近磨削端配置一个较高级的C3182108圆锥双列向心短圆柱滚动轴承，这种轴承其内圈有标准锥度1：12的锥孔，与主轴相同的外锥度轴径相配，两排直径和长度相等的短圆柱滚子交错排列，达到载荷均布。轴向调整内圈的位置，可消除轴承内的间隙并产生预加载荷，最终获得满意的刚度，同时磨削中产生的径向力也由此轴承来承受。靠近电极端配置D36108向心推力球轴承，背对背装配，以承受两个不同方向的轴向力，两个轴承中间加上止推隔套，一方面加大了支撑宽度而提高刚度，另一方面调整止推隔套的轴向尺寸，可使两轴承同时产生预加载荷，也相应地提高了主轴系统的刚度。
磨头系统中的磨具选用的是杯形砂轮，砂轮直接装在主轴的输出端，拖动电机驱动主轴，同时也带动砂轮高速旋转，配合径向和轴向进给使整个设备完成平面磨削。
磨头的径向和轴向进给及锁紧机构均由手动操纵，方便灵活、结构简单、成本较低。
三、主要技术数据
四、使用预期及作用
邦朗电站打磨设备已制造完毕，安装已结束，经过调试和测试，完全能够达到工艺要求。
打磨设备的使用，将改变从前落后的手工打磨方法，与传统方法相比，工件的精度将有根本改变，工作效率会大幅度提高，机组安装工期将缩短15天，折算成经济效益将极为可观。同时，座环的平面经打磨后，导水机构的装配精度有了可靠的保证，可使水轮机导水机构的装配质量提高。随着今后水电机组的等级提高，也需要机组部件质量不断提高，使用打磨设备去保证水轮机座环的各项精度指标是必不可少的一道环节。
打磨设备不仅用在座环的平面磨削上，同时还可推广到大型机组其他环件表面的磨削，如基础环，对解决大部件减少在生产厂内的加工、分体运输及在工地完成最终加工等一系列问题具有非常重要的意义。
关键词：水轮机 座环 打磨 磨头
一、前言
在缅甸邦朗电站工地组装水轮机的部件中，安装座环是一道非常重要的工序。该座环最大外圆直径φ4120mm，总重量80多吨，在制造厂内分两半制造，运往工地后在机坑内用螺栓把合并在分瓣处进行整体组合焊接，座环的圆周方向挂装蜗壳再焊接，最后灌制混凝土，使座环和蜗壳成为牢固的一体。在经过这些复杂的焊接工艺过程之后，座环上的三个装配平面都不可避免的产生一些变形，最大变形可达2mm，为了消除这些变形，使座环达到原机加工的质量要求和保证导水机构的装配精度，需要一台打磨设备，在工地机坑内对变形的座环平面进行打磨。该设备为国外机组使用，尤其重要，并成为缅甸邦朗机组成功招标的重要设备之一。
二、研究的内容及方法
缅甸邦朗电站的水轮机座环要求打磨平面的直径为φ4120mm ～φ2600mm，被打磨圆周平面度为0.04mm/m，上平面与下平面的平行度为0.1mm/m，表面粗糙度为Ra3.2μm。
按照中、缅双方提出的技术要求，我们进行了技术分析与综合论证。根据邦朗电站座环的结构特点及基本尺寸的特点，确定了打磨设备的基本结构方案。打磨设备的总体结构如图1所示。
该设备在工地的机坑内使用，安装及使用空间受到了极大的限制，这就要求打磨设备的结构必须紧凑，又要便于安装和使用，根据邦朗机组的这些特点，与有关专家和工艺人员的多方论证，采用了适合邦朗机组使用的打磨设备，其具体结构如下：
1.打磨设备采用单柱立式结构。中心主轴与底座通过轴承联在一起，为了保证设备的平稳性，采用四条支腿支撑，四条支腿与底座把合在一起，支撑着主轴和底座并落在座环固定导叶中间的支脚上，通过调整水平螺杆和垂直螺杆，使主轴与座环同心并可调整好水平。设备实现准确定位后，将支脚与座环的下环接触处点焊，保证设备稳固固定，完成夹紧要求。
2.采用双转臂打磨。邦朗机组座环需要打磨三个平面，上、下被打磨平面相距1054mm，只有采用双臂的结构型式才能完成工艺要求。上转臂和下转臂通过键和主轴联在一起设备一次定位完成可加工三个面，上、下转臂同时和主轴一起围绕底座中心作水平回转运动来实现对各加工面的磨削。
3.底座与中心主轴采用圆锥滚子轴承支撑。轴承型号为D7172，底座的上、下两端各一个，选用这种轴承的目的就是充分利用承载能力大、消除间隙后可获得理想的刚度、结构简单及调整方便等优点。两轴承的支撑距离为620mm，通过使用这样一对轴承，确保了该打磨设备的精度，能够达到工艺要求的被加工面平面度0.04mm/m，平行度0.1mm/m。
4.为了使设备在工作状态下保持平衡，在两转臂各相对一侧配置了配重体，这样可使主轴轴承在垂直方向上受力均匀、运转平稳。
5.磨头。在转臂的前端装有一套独立的磨头系统。磨头是整个设备的关键部件，应具有较高的要求，它不但要有足够的功率和扭矩，还要有可靠的传动平稳性，以保证被加工工件的精度要求。该磨头采用立式结构，上端拖动电机通过柱销联轴器与磨头主轴直联，为防止拖动电机产生的振动直接传给主轴，在设计联轴器是采用了尼龙柱销弹性连轴轴节，振动在传递过程中利用尼龙柱销这种非金属弹性材料的滞后作用，吸收振动、缓和冲击和阻尼衰振，从而保证磨头主轴运动平穩。为了防止磨削工作时引起振动，在设计时采取了以下措施：
（1）.立式磨削方式。其特点是磨头主轴主要承受轴向力，本身不产生变形；
（2）.合理地制定的支撑跨距与悬伸量，使主轴的几何尺寸处于最佳状态；
（3）.合理地选用配置轴承。轴承是磨头系统中最重要的部件，它的类型、配置、精度和调整等因素都直接影响主轴系统的工作性能，主轴的旋转精度在很大程度上由轴承所决定。设计中我们选用的是滚动轴承，靠近磨削端配置一个较高级的C3182108圆锥双列向心短圆柱滚动轴承，这种轴承其内圈有标准锥度1：12的锥孔，与主轴相同的外锥度轴径相配，两排直径和长度相等的短圆柱滚子交错排列，达到载荷均布。轴向调整内圈的位置，可消除轴承内的间隙并产生预加载荷，最终获得满意的刚度，同时磨削中产生的径向力也由此轴承来承受。靠近电极端配置D36108向心推力球轴承，背对背装配，以承受两个不同方向的轴向力，两个轴承中间加上止推隔套，一方面加大了支撑宽度而提高刚度，另一方面调整止推隔套的轴向尺寸，可使两轴承同时产生预加载荷，也相应地提高了主轴系统的刚度。
磨头系统中的磨具选用的是杯形砂轮，砂轮直接装在主轴的输出端，拖动电机驱动主轴，同时也带动砂轮高速旋转，配合径向和轴向进给使整个设备完成平面磨削。
磨头的径向和轴向进给及锁紧机构均由手动操纵，方便灵活、结构简单、成本较低。
三、主要技术数据
四、使用预期及作用
邦朗电站打磨设备已制造完毕，安装已结束，经过调试和测试，完全能够达到工艺要求。
打磨设备的使用，将改变从前落后的手工打磨方法，与传统方法相比，工件的精度将有根本改变，工作效率会大幅度提高，机组安装工期将缩短15天，折算成经济效益将极为可观。同时，座环的平面经打磨后，导水机构的装配精度有了可靠的保证，可使水轮机导水机构的装配质量提高。随着今后水电机组的等级提高，也需要机组部件质量不断提高，使用打磨设备去保证水轮机座环的各项精度指标是必不可少的一道环节。
打磨设备不仅用在座环的平面磨削上，同时还可推广到大型机组其他环件表面的磨削，如基础环，对解决大部件减少在生产厂内的加工、分体运输及在工地完成最终加工等一系列问题具有非常重要的意义。