黃龍灘電廠智能化鏡板研磨機(jī)的設(shè)計(jì)與研發(fā)

宋偉慶

(國(guó)網(wǎng)湖北黃龍灘電廠運(yùn)行分場(chǎng)，湖北 十堰 442000)

鏡板是水輪發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分間的連接部件,其作用是將機(jī)組軸向負(fù)荷傳遞到推力瓦上,與推力瓦及其支撐部件組成推力軸承，起到承受整臺(tái)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部份的重量和水推力的作用。由于鏡板在推力瓦面上以相當(dāng)高的線速度作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),如果鏡面有傷痕或粗糙度下降,就有可能出現(xiàn)研瓦、燒瓦現(xiàn)象,危及機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行,所以發(fā)電機(jī)組經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后,在擴(kuò)大性大修期間需要對(duì)鏡面作研磨處理，是水輪發(fā)電機(jī)組檢修工作中的一道重要工序[1]。

在過(guò)去全國(guó)大中型水電廠采用的鏡板研磨方式主要是依靠人工完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，工藝水平憑經(jīng)驗(yàn)控制。近年來(lái)一些大型水電廠陸續(xù)采用了電動(dòng)研磨的方式，雖然相比人工來(lái)說(shuō)，效率有了一定的提升，但不夠智能化，需人工配合完成，研磨工藝也還有較大的提升空間。黃龍灘電廠與外委單位合作研發(fā)出的智能化全自動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)推力軸承鏡板研磨機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)人工智能控制加工過(guò)程及工藝效果，設(shè)備操作簡(jiǎn)便，巧妙的三軸一心式磨盤(pán)設(shè)計(jì)研磨效率高，將原有的人工研磨鏡需要10～15 d縮短到智能化研磨只需3～5 d。并有效減少打研磨過(guò)程中產(chǎn)生的同心圓劃痕，提高了拋光質(zhì)量。此項(xiàng)目的研發(fā)促進(jìn)了水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，同時(shí)也提高了黃龍灘水電廠設(shè)備檢修裝備水平[2]。

1 智能化鏡板研磨機(jī)的功能設(shè)計(jì)[3]

1)鏡板研磨機(jī)的智能化控制設(shè)計(jì)。智能化研磨機(jī)應(yīng)具有人機(jī)交互、自診斷功能，研磨方式分為自動(dòng)和手動(dòng)控制，并在研磨前有開(kāi)機(jī)條件判斷、開(kāi)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)指示燈等功能。自動(dòng)方式下，可完成清掃、調(diào)配研磨溶液、噴酒研磨溶液、粗磨完成后自動(dòng)轉(zhuǎn)入精磨運(yùn)行、鏡面光滑度自動(dòng)檢測(cè)等研磨全過(guò)程的自動(dòng)控制。手動(dòng)方式下，可人工控制每道工序完成研磨。

2)鏡板研磨機(jī)的機(jī)械工作原理設(shè)計(jì)。機(jī)械零部件結(jié)構(gòu)及工作原理上利用3個(gè)研磨盤(pán)圍繞中間1個(gè)固定齒輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)。固定齒輪盤(pán)起到定位作用，引導(dǎo)3個(gè)小磨盤(pán)產(chǎn)生同步自旋轉(zhuǎn)和公旋轉(zhuǎn)，使得研磨效果更均勻，有效減少同心圓劃痕。

3)鏡板研磨機(jī)的適用要求。智能化研磨機(jī)的機(jī)械支架有調(diào)節(jié)性，能夠適用于黃龍灘電廠4臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)不同尺寸的推力軸承鏡板的研磨需要，研磨質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

2 研發(fā)中的主要技術(shù)難點(diǎn)和解決方法[4]

在設(shè)計(jì)方面，不論電氣還是機(jī)械方面都相對(duì)合理完善，在成品制作過(guò)程中，受加工成本、技術(shù)等方面的限制，在智能化控制系統(tǒng)流程的設(shè)計(jì)、鏡板粗糙度的自動(dòng)檢測(cè)及機(jī)器的機(jī)械構(gòu)造等方面存在著技術(shù)難點(diǎn)問(wèn)題，但通過(guò)優(yōu)化調(diào)整，基本都滿足了使用要求。

1)智能化控制系統(tǒng)流程問(wèn)題。鏡板研磨本身是一項(xiàng)包括研磨、溶液調(diào)配、清洗、檢測(cè)、工序轉(zhuǎn)換等多道工序且工藝要求高的復(fù)雜性工作，在進(jìn)行智能化模擬整個(gè)研磨工序和控制研磨質(zhì)量方面有著較大的難度，特別是在確保每個(gè)功能和工藝的實(shí)現(xiàn)上需要有嚴(yán)謹(jǐn)、邏輯性強(qiáng)的完善設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)和加工制作的過(guò)程中，黃龍灘水電廠通過(guò)企業(yè)內(nèi)經(jīng)驗(yàn)豐富的生產(chǎn)職工和加工單位一起參與設(shè)計(jì)討論、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，把現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際的每一道工序和質(zhì)量控制都分解成了可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制執(zhí)行的流程。

2)鏡板粗糙度自動(dòng)檢測(cè)問(wèn)題。受市場(chǎng)上的激光式粗糙度檢測(cè)傳感器成本高，而普通型的傳感器又檢測(cè)精度低的限制，造成鏡板粗糙度的在線自動(dòng)檢測(cè)反饋功能不足，需要人工進(jìn)行檢測(cè)，研磨機(jī)無(wú)法根據(jù)檢測(cè)反饋來(lái)判斷和控制研磨過(guò)程。即使是成本昂貴的高精度傳感器也會(huì)因?yàn)殓R板上的研磨溶液有一定的粘性不能保證完全清除，并且鏡板在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，會(huì)造成粗糙度的檢測(cè)不準(zhǔn)確。在經(jīng)過(guò)多方溝通改進(jìn)，將粗糙度的檢測(cè)恢復(fù)為人工判斷，對(duì)研磨機(jī)的自動(dòng)控制轉(zhuǎn)換和自動(dòng)啟?？刂茣簳r(shí)改為定時(shí)限的方式加上人工輔助檢查粗糙度來(lái)進(jìn)行判斷控制。對(duì)原粗糙度檢測(cè)傳感器的檢測(cè)可考慮在鏡板研磨時(shí)增加停止檢測(cè)流程，使傳感器在鏡板靜止的狀態(tài)下完成檢測(cè)，以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。此構(gòu)想將在后續(xù)的研制改進(jìn)中進(jìn)一步探討和實(shí)際驗(yàn)證。

3)研磨機(jī)的機(jī)械構(gòu)造問(wèn)題。黃龍灘電廠職工自行設(shè)計(jì)并制作出了電動(dòng)研磨樣機(jī)，并經(jīng)過(guò)驗(yàn)證能夠可靠完成鏡板研磨工作。在加工智能化控制噴灑溶液和清掃廢液方面發(fā)生一些技術(shù)難題，一方面要考慮防止管路的堵塞問(wèn)題，且研磨溶液噴頭的安裝位置和噴灑時(shí)間要合理，避免將溶液噴灑在旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)上。另一方面廢液的清理由于溶液本身有一定的粘性，會(huì)吸附在光滑的鏡板表面，刮刷無(wú)法清理干凈，且刮刷是隨磨盤(pán)一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的，它的自動(dòng)收放控制構(gòu)件較復(fù)雜。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)分析探討，選擇了在管路上加裝吹掃接口裝置，在研磨機(jī)使用后通過(guò)吹掃管路中殘留的溶液防止堵塞。對(duì)于安裝位置選擇盡量靠近鏡板的位置，并在下方安置收集盒，防止溶液滴落至地面。同時(shí)可設(shè)定噴灑的動(dòng)作時(shí)間，以避開(kāi)旋轉(zhuǎn)的磨盤(pán)。刮刷用橡膠材料制成，以手動(dòng)方式進(jìn)行收放，在以后的研制改進(jìn)中再完善自動(dòng)收放功能。

3 創(chuàng)新亮點(diǎn)

1)智能化全自動(dòng)控制完成所有生產(chǎn)流程，人機(jī)交互式。裝置具有粗磨和細(xì)(精)磨流程自動(dòng)轉(zhuǎn)換、研磨溶液噴灑、廢液自動(dòng)清除等功能，可實(shí)現(xiàn)全過(guò)程自動(dòng)控制。通過(guò)觸摸屏可進(jìn)行精磨的光滑度、研磨時(shí)間、光滑度檢測(cè)時(shí)間等參數(shù)設(shè)置。裝置還具有聲音報(bào)警及文字提示功能，也有歷史信息查詢(xún)等功能。通過(guò)對(duì)每一道工序的分解和控制設(shè)計(jì)，能夠完全替代人工完成每一個(gè)研磨步驟[5]。

2)機(jī)械零部件及工作原理具有結(jié)構(gòu)性改進(jìn)，3個(gè)研磨盤(pán)圍繞中間1個(gè)固定齒輪盤(pán)旋轉(zhuǎn)。3個(gè)研磨盤(pán)靠自沉重量貼在鏡板之上，而固定齒輪盤(pán)起到定位作用，引導(dǎo)3個(gè)小磨盤(pán)產(chǎn)生同步自旋轉(zhuǎn)和公旋轉(zhuǎn)，有效減少了同心圓劃痕，使得研磨效果更均勻。

3)裝置在細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)更加合理，方便使用。在裝置頂部安裝有運(yùn)行狀態(tài)指示燈，也方便照明。裝置底部安裝有收納盒，可放置用于鏡板調(diào)整、固定、修理、測(cè)量等各類(lèi)工具，也可存放細(xì)毛氈、機(jī)油、研磨劑、毛巾等。

4)放置鏡板的支架高度、寬度可以調(diào)節(jié)和固定，適用于各種尺寸的鏡板。支撐架腿下部裝有可調(diào)節(jié)高度絲桿。支臂上安裝有水平尺可調(diào)節(jié)水平，保證研磨效果。

4 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)多方積極溝通合作、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試改進(jìn)，研制出的智能化水輪發(fā)電機(jī)推力軸承鏡板研磨機(jī)，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)鏡板進(jìn)行粗磨、細(xì)磨、精磨的自動(dòng)研磨，研磨機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中機(jī)械部件運(yùn)行平穩(wěn)，電氣控制操作簡(jiǎn)便，研磨工藝效果滿足要求。將原有的靠人力研磨需用時(shí)10～15 d縮短到智能化電動(dòng)研磨只需用時(shí)3～5 d完成，有效提高水輪發(fā)電機(jī)推力軸承鏡板研磨效率和工藝質(zhì)量。

在研制的過(guò)程中，雖然不斷會(huì)遇到技術(shù)難題，但由于多方技術(shù)力量以負(fù)責(zé)任的態(tài)度全程通力協(xié)作，不僅找出了解決策略，反而使裝置有了更完善的構(gòu)造和創(chuàng)新點(diǎn)，也使得本項(xiàng)目研制的智能化自動(dòng)研磨機(jī)在國(guó)內(nèi)屬于前列的技術(shù)成品，目前已獲得實(shí)用新型專(zhuān)利的授權(quán)，發(fā)明專(zhuān)利已進(jìn)入公布后的復(fù)審階段。僅存在的一些人工輔助，如粗糙度的人工檢測(cè)和刮刷的手動(dòng)收放功能不影響研磨運(yùn)行，但是后續(xù)會(huì)再進(jìn)一步探索，實(shí)現(xiàn)一鍵式控制。在研制的過(guò)程中，得到一些啟示，好的研究項(xiàng)目離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)的精誠(chéng)合作和集中技術(shù)力量在現(xiàn)場(chǎng)找答案的解決方式。接下來(lái)，也希望本項(xiàng)目能夠乘著企業(yè)建設(shè)智慧水電廠的步伐，爭(zhēng)取應(yīng)用推廣和更加功能完善。