|
1 引言 近年来,我国电力工业迅速发展,为保证汽轮发电机组安全正常运行,电力系统对汽轮机、发电机转子的检查工作极为重视。转子内孔为非配合的次要表面,加工比较粗糙,有明显刀痕。在役转子运行一定时间后,孔的内壁将附着大量油垢和锈蚀,不但影响探伤的准确性,还是表面裂纹萌生的根源。因此,采取措施对转子内孔表面进行清理和打磨,是一项极为重要和必要的工作。
一般汽轮发电机转子长达6 m,而内孔直径较小,仅为80 mm～120 mm。并且检查时不拆卸(在机检测),故清理和打磨工作需要在现场进行。打磨后的内孔必须满足表面检查和探伤的要求,同时还能达到消除表面缺陷的目的。这些是一般机械设备难以完成的,需要设计和研制一种专用的打磨机。 2 设计原理及方案分析 2.1 设计原理
根据在役转子内孔的特点及打磨要求,需先清理、后打磨。用具有一定弹性的钢丝轮高速旋转清理内孔表面,再用带有浮动打磨砂瓦的磨头打磨。
打磨时,磨头在孔内高速旋转并轴向送进,浮动的打磨砂瓦在离心力作用下紧压孔壁,并对表面进行打磨。
2.2 方案分析
根据转子的特点、转子内孔打磨的要求及现场检测的需要,打磨机必须工作安全可靠、便携、重量轻,能打磨不同直径（80mm～120mm）的内孔,兼有清理和打磨功能,且行程长（6m以上）。
(1)磨头 应能方便地更换钢丝轮、打磨砂瓦及附件,以便清理和打磨不同直径的内孔。为简化结构,将80mm～120mm孔径分为5档,即80、90、100、110、120(mm),每档各用一套钢丝轮、砂瓦及附件。
本文设计的磨头结构如图1所示,通过更换钢丝轮(图中未画出,在砂瓦位置)、砂瓦18、异形套3、导向环7,可实现不同直径内孔的清理和打磨。 
图1 磨头
(2)无级变速机 为适应较大的工作范围,磨头转速由无级变速机调节和控制,选用MB转背行星式无级变速机。该机结构紧凑、性能可靠、操作方便、传动平稳、承载能力强、造型新颖、外形美观。其变速范围为200r／min～1000r／min。
(3)打磨机(图2)主要由磨头、软轴、软管、无级变速机、电机和小车等组成。 
图2 打磨机的组成
1．磨头 2．砂瓦 3．导向环 4．软管接头 5．软管 6．小车
7．软管支架 8．软轴 9．无级变速机 10．电机 11．电器盒
清理和打磨时,由人工完成送进工作。 3 主要参数的确定 3.1 砂瓦的参数及规格
3.1.1 砂瓦几何形状及其参数
打磨时三块砂瓦为一组。砂瓦采用扇形,如图3所示。砂瓦的圆弧面为磨削表面,圆弧的曲率半径R由被打磨孔孔径决定,具体参数见表1。 表1 砂瓦磨削表面的曲率半径被打磨孔孔径φ（mm）80～120110～120砂瓦磨削表面曲率半径
R（mm）3540
砂瓦厚度h可用下式计算(图3): 
图3 砂瓦几何参数计算图
h＝CF＝OG－OC－FG
式中:OG——被打磨孔半径,OG＝φ／2（mm）；
OC——异型套轮毂半径,OC＝15 mm；
FG——预留间隙,取FG＝2 mm。
打磨不同孔径内孔时,砂瓦厚度h值见表2。 表2 砂瓦厚度h被打磨孔孔径φ（mm）8090100110120砂瓦厚度h（mm）2328333843
砂瓦扇形角度为120°,砂瓦长度为60φmm。
砂瓦扇形底部宽度b可用下式计算(图3):
b＜AB＝2（OC－DE／cos30°）．tg60°
式中:OC——异型套轮毂半径,OC＝15mm；
DE——异型套幅板厚度之半,DE＝5mm。
计算得:AB＝31．96mm
所以,确定砂瓦扇形底宽b＝30mm。
3.1.2 砂瓦的特性
磨料:白刚玉（WA）；
粒度:粗磨选46＃，光磨选80＃；
结合剂:选陶瓷结合剂（V）；
硬度:考虑到砂瓦圆周速度vs较低,选中2（N）；
组织:按磨粒率考虑,粗磨时组织稍松些,选10＃，光磨时组织宜紧密些,选6＃。
故砂瓦特性确定为:
粗磨:WA46NV10；
光磨:WA80NV6。
3．2 打磨压力——砂瓦离心力的估算
将砂瓦扇形近似地看成绕中心回转扇形的一部分,其离心力Fgn可按下式计算:
 （N）
式中:m——砂瓦质量（kg）；
ω——砂瓦角速度（rad／s）；
R——被打磨孔半径（m）；
r——砂瓦最小回转半径,r＝1．7×10－2（m）。
不同规格的砂瓦在相应转速下的离心力随转速变化的曲线如图4所示。 
图4 砂瓦离心力与转速的关系
4 试用效果 该打磨机对某发电厂7＃机组汽轮机转子内孔进行了清理与打磨,机组转子内孔存在较多油垢及锈斑,并有少量深度约为0．5mm的腐蚀坑。转子长6m,中心孔直径100mm。
清理时n≈500r／min,送进速度按公式vf＝（5～10）n×10－3m／min，选定vf≈4 m／min。
打磨时送进速度按vf＝（20～30）n×10－3m／min选取。粗磨n≈500r／min，选定vf≈15m／min；光磨n≈600r／min，选定vf≈12m／min。
清理后,孔内油垢和锈斑明显去除。粗磨和光磨后,内孔表面光亮,无明显磨痕,基本消除腐蚀坑,完全达到表面内窥镜检查、涡流探伤、磁粉探伤及超声波探伤的要求。 5 结论 经现场试用证明,该打磨机设计思想新颖,设计原理正确,结构合理、性能可靠、操作简单、携带方便。它不仅能满足汽轮机、发电机转子检查前内孔现场清理和打磨的要求,还可以完成对其他机械设备重要长轴检查前内孔的清理及打磨工作。 作者单位：宋力宏 吴振勇(天津大学机械工程学院 天津 300072)
于立达(天津市电力公司技术中心) 参考文献 1 诸兴华.磨削原理.北京:机械工业出版社,1988,6
2 成大先等.机械设计手册(第三版,第2卷).北京:化学工业出版社,1993,5
3 孟少农等.机械加工工艺手册(第2、3卷).北京:机械工业出版社,1991,9;1992,1
4 张克昌等.机械工程手册,第二版,8:机械制造工艺及设备(二).北京:机械工业出版社,1997,7 |
