沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪設(shè)計(jì)及制造關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、水電能源行業(yè)在國(guó)家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中占有重要地位，高水頭水力發(fā)電必須采用沖擊式水輪機(jī)組，其中的關(guān)鍵部件水斗轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)及整體數(shù)控加工技術(shù)目前在我國(guó)上尚不完善，其存在的問(wèn)題如下：如何在保證水斗水力性能的前提下實(shí)現(xiàn)水斗的整體數(shù)控加工；如何進(jìn)行水斗插銑加工穩(wěn)定性預(yù)測(cè)進(jìn)而優(yōu)化銑削參數(shù)；如何解決水斗插銑過(guò)程超長(zhǎng)刀柄（長(zhǎng)徑比最高可達(dá)1:20）的加工顫振問(wèn)題進(jìn)而提高水斗加工效率和質(zhì)量，本文針對(duì)這些問(wèn)題開(kāi)展了如下研究。
　　為實(shí)現(xiàn)面向制造的水

2、斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化，針對(duì)斗型線與射流相互作用展開(kāi)了基于 CFD（計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)）的數(shù)值模擬分析，優(yōu)化了水斗的水力性能。同時(shí)，也展開(kāi)了水斗型面及水斗根部曲率均勻度、斗根深度和斗根厚度的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得水斗設(shè)計(jì)即滿足水力性能和強(qiáng)度特性，同時(shí)又能具有較好的數(shù)控加工工藝性。通過(guò)全部水斗根部結(jié)構(gòu)優(yōu)化，水斗綜合應(yīng)力、交變應(yīng)力都有了大幅度降低。
　　針對(duì)水斗插銑加工時(shí)刀具長(zhǎng)徑比大易產(chǎn)生切削振動(dòng)問(wèn)題，進(jìn)行了切削力預(yù)報(bào)及切削動(dòng)力學(xué)方面的研究?；谇邢髟?/p>

3、建立了插銑切削力預(yù)測(cè)模型，通過(guò)與有限元分析結(jié)果比對(duì)和實(shí)際切削驗(yàn)證，該模型具有較高的預(yù)測(cè)精度；基于振動(dòng)理論建立了插銑加工顫振三維穩(wěn)定域方程，得到了影響水斗插銑加工過(guò)程各因素對(duì)加工穩(wěn)定性的影響規(guī)律，上述工作為水斗的插銑加工工藝的優(yōu)化提供了手段。
　　根據(jù)水斗結(jié)構(gòu)和插銑加工工藝性特點(diǎn)，建立了刀柄振動(dòng)解析模型，采用有限元方法研究了刀柄幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)、帶孔及錐柄結(jié)構(gòu)、刀柄材料等因素對(duì)刀柄變形和振動(dòng)影響規(guī)律，研制了新型結(jié)構(gòu)的抑振刀柄，經(jīng)實(shí)際切削

4、加工應(yīng)用證明該刀柄具有較好的抑振效果，此項(xiàng)工作對(duì)大長(zhǎng)徑比切削加工及其刀具設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)意義。
　　通過(guò)對(duì)水斗插銑過(guò)程中切削厚度的解析計(jì)算，從加工效率優(yōu)先的角度實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪數(shù)控加工的區(qū)域規(guī)劃。針對(duì)沖擊式水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪在整體加工過(guò)程中的關(guān)鍵工藝問(wèn)題提出了優(yōu)化的解決方案。實(shí)際加工效果表明，采用此工藝加工出的水斗質(zhì)量和效率都處于領(lǐng)先水平，此研究結(jié)果可為整體轉(zhuǎn)輪數(shù)控加工產(chǎn)業(yè)化提供了重要的技術(shù)支撐。
　　通過(guò)綜合考慮水斗轉(zhuǎn)輪的設(shè)計(jì)與制造的關(guān)