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机器人技术在水轮机制造与修复中的应用进展

2013/5/25    来源:万方数据    作者:程广福  王辉亭  魏松  李长虹      
关键字:机器人技术  水轮机焊接喷涂修复  
随着机器人技术的不断发展,其在装备制造业中的推广应用越来越受到科研人员和企业的重视。在水轮机制造与修复领域,机器人技术已经被成功应用于水轮机转轮的焊接生产,水轮机过流部件的表面喷涂防护以及水轮机过流部件磨蚀破坏的检测与修复过程中。机器人技术的应用有效地推动了水轮机转轮制造与修复技术的发展,提高了生产效率与产品质量,有力地推动了水轮机制造行业的发展。

0 前言

    工业机器人作为现代制造业主要的自动化装备,已广泛应用于汽车、摩托车、工程机械、电子信息、家电、化工等行业。随着机器人技术的发展,机器人技术已经被应用到水轮机转轮焊接生产与水轮机过流部件的防护、磨蚀检测及修复过程中。机器人的应用,不但改善了劳动环境、减轻劳动强度、提高生产效率、降低生产成本,而且有效地提高了水轮机制造及修复质量,提高了水轮机使用寿命和运行质量,有力的推动了水轮机制造行业的发展。

1 水轮机转轮的机器人焊接

    转轮是水轮机最重要的部件,同时又是最复杂的部件,它的叶片具有三维空间多变断面的特点,尤其是大型混流式水轮机,叶片较长,考虑运输,转轮采用分半结构,更增加制造难度。在水轮机转轮焊接生产过程中,为降低接头的裂纹倾向,需在较高的预热温度下施焊。同时焊接过程中产生大量烟尘和有害气体,工作环境恶劣,严重影响操作人员的健康。而且,焊接工人经常会受到心理、生理条件变化以及周围环境的干扰,在恶劣的焊接条件下,操作工人容易疲劳,难以较长时间保持焊接工作稳定性和一致性,进而影响焊接质量和焊接效率。

    针对大型混流式转轮,日本研发了配备焊缝跟踪及检测装置的焊接机器人系统,系统由以下几部分组成:激光器、摄像机、状态输入,图像处理、传感、机械手、数据处理、控制器、焊枪、屏幕显示等装置。机器人能自行掌握已焊及在焊坡口和焊缝的形状,从而实现了转轮多层多道焊接过程。

    哈尔滨电机厂有限责任公司已经成功将机器人焊接技术应用于三峡机组转轮的焊接,转轮焊接工作量的40%是由瑞典和英国开发研制的埋弧焊接机器人完成。机器人自动焊接设备包括具有转位和顶起功能的变位机、埋弧焊机器人及相应软件等。为了控制焊接变形,采用2台机器人在转轮上相隔180°对称分布的2片叶片上同时施焊,焊接机器人的应用可以减轻劳动强度,提高焊接效率和质量。与此同时,在焊接过程中,工件始终处于120℃预热状态,有效的降低接头的裂纹倾向,对提高转轮的质量有重要意义。

2 水轮机过流部件的机器人喷涂

    我国河流泥沙含量大,目前已经运行的100多座大中型水电站中,有严重泥沙磨损的约占40%,水轮机过流部件的泥沙磨蚀非常严重,造成设备运行效率低下、寿命缩短,严重影响机组的稳定和安全运行。国内外的研究表明:WC-Co,WC-Co-Cr系列涂层对低能和高能的粒子冲击磨损有着良好的抗磨蚀性能,为解决过流部件的泥沙磨损问题提供了合适的解决方案,目前已成为国内外普遍采用的耐泥沙磨损工艺。

    高速火焰喷涂过程可以由机器人自动控制完成,也可人工手动操作。然而在手工喷涂过程中,不但需要严格掌握喷涂的速度、温度等技术参数,还要配合必要的噪声、粉尘防护措施,因此,不但喷涂质量难于控制,而且工作环境恶劣,严重影响操作人员的健康。

    福伊特西门子等水电设备制造公司已经将机器人喷涂技术成功应用于水轮机过流部件的喷涂防护过程,图l为水轮机转轮叶片及喷针的机器人喷涂过程。机组大修时,一般把叶片、导叶拆下,运到专门的喷涂公司,采用机器人完成喷涂修复。机器人超音速火焰喷涂具有喷涂工艺精良,生产效率及喷涂粉末利用率高的特点,适合于车间内施工,对于噪音防止也比较容易。

水轮机过流部件的机器人喷涂

    图1 水轮机过流部件的机器人喷涂

责任编辑:程玥
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