[科普中国]-转轮体

转轮体是指轴流、斜流与贯流式水轮机安装叶片的圆柱形构件。是水轮机的重要部件，大型水轮机转轮体的重量大，尺寸形状复杂，欲获得高技术要求的优质铸件，其设计结构是否具有良好的铸造工艺性，铸造工艺设计是否合理，两者都至关重要。

简介转轮体是水轮机的重要部件，大型水轮机转轮体的重量大，尺寸形状复杂，欲获得高技术要求的优质铸件，其设计结构是否具有良好的铸造工艺性，铸造工艺设计是否合理，两者都至关重要。转轮体部件有两种不同的基本结构形式。两种结构形式，其部件的功能、总尺寸、重量和零件数不变，只是改变零件的分开联接面的相对位置，结果两种结构给铸造工艺性带来显著的差异。其中转轮体结构形式属于工艺性强的设计结构，它将给铸造增加很大困难，它对机械加工也不利1。

水轮机组的转轮体结构形式对于铸造来说，结构形式结构合 理，制造工艺性强。它有利于冒口的设置，有利于铸件顺序凝固与补缩；有利于操作。其中170MW水轮机组转轮体，设计还采纳了铸造工艺技术人员的意见与建议，构成适当的壁厚差变化，有利铸件补缩，保证内部质量。特别是铸造工艺性先天不良，对冒口的设置、铸件补缩都十分不利，这不仅增加了工艺设计难度，操作的困难，而且还常常出现这样或那样的铸造质量问题，使质量波动不稳，影响生产周期和经济效益。

当设计结构工艺性不良，又不能再改变设计结构时，欲获得优质铸件，这个重任就主要靠铸造工艺设计去承担。铸造工作者需要加倍努力，采取有效的工艺技术措施去克服设计结构的先天不足。通过多年努力，不断总结改进提高，如冒口数量，形状尺寸，泥芯的结构尺寸等等都作了多次改进。优化工艺设计，从而解决了铸造质量问题，取得了转轮体铸造成功经验2。

主要质量问题及其原因分析系统总结不同阶段生产的几种转轮体的质量，其中具有普遍性、代表性的问题有缩孔缩松、裂纹、尺寸超差等三类。

1.缩孔缩松

转轮体的加工部位，主要受力部位都不允许有缩孔缩松，一旦发现，都必须认真清除并补焊好。冒口下曾多次发生过较大缩孔，大的达几百毫米，为补焊缩孔消耗不少焊条。另外，由于内冷铁布置非连续性，破坏了顺序凝固与补缩通道，远离冒口的部位也偶而发生过局部缩孔缩松。转轮体产生缩孔缩松的主要直接原因有：

(1)冒口模数小，工艺计算的铸件模数值不符客观实际，又不掌握在不同条件下K的取值，即冒口大小界限是随客观条件(保温、增肉、补浇、内外冷铁等)的变化而变化。

(2)冒口下铸件热节没有伸出。

(3)内冷铁的配合布置不当。

(4)未控制好补浇的时间和钢水量。

2.裂纹

裂纹是不允许存在的，转轮体常发生的宏观裂纹主要有两种:一是内浇口旁的热裂纹，二是冒口切割裂纹。内浇口旁热裂纹是由于浇往时间长，钢水过流量太大，局部过热，内浇口与铸件连接圆角小，应力集中等原因产生。这种裂纹一般较短而浅，容易粗处理，问题不大。主要问题是冒口切割裂纹，当不注意或控制不当，一旦发生就较麻烦。严重的裂纹曾发生过长达数百毫米，要保证质量，处理好这种裂纹须认真对待，采取有效措施。

转轮体产生冒口切割裂纹的主要原因有：

(1)切割工艺参数(切割温度、速度、保温等)控制不当，或违反工艺纪律。

(2)冒口根部存在缩孔缩松和严重的成分偏析等铸造缺陷。

3.尺寸超差

铸件毛坯尺寸情度是评价铸件质量高低的重要指标之一，转轮体的尺寸超差包括铸件毛坯尺寸超差与粗加工尺寸超差两个方面。

转轮体的尺寸和壁厚差都较大，其结构形状属半开口结构，铸造线收缩和砂型阻碍各向差异大，因此，转轮体易于变形产生铸造毛坯尺寸超差。

转轮体产生铸造毛坯尺寸超差的主要直接原因有:

(1)半开口端壁薄，砂型阻力大，变形大，即实际线收缩小。

(2)工艺没有掌握铸件不同结构各部的线收缩规律，未能区别对待。

(3)模型、砂型的制作偏差。

不该发生的粗加工尺寸超差再次发生，而且相当严重，造成S∅4300球面及∅1380内孔圆面大面积补焊。其直接原因是工艺、划线人员没有掌握转轮体必须具备静平衡和动平衡的技术特性2。

铸造工艺的优化设计优化的目的首先是保证质量，满足技术要求，并获得最佳的经济效益，有利于操作和缩短生产周期。在多次实践中认识到：

(1)冒口大小要适中，并采用冒口补浇一次或部份内外冷铁控制，其工艺先进合理，不仅能解决缩孔问题，而且有利冒口切割，防止裂纹，提高经济效益。

(2)铸件内部质量，位于冒口补缩区较近的热节必须伸出，较远易产生缩孔的部位，采用内外冷铁控制。

(3)热切割冒口是防止大型冒口切割裂纹的有效措施。大型冒口(>∅850mm )偏析大、切割热应力大，一般控制在200-300 C连续切割并保温缓冷就能有效地防止裂纹。

(4)影响尺寸精度的因素很多，主要从下列几个方面优化控制：

1)参照同类铸件的实际线收缩率，并结合具体结构、造型材料的变化来调整确定工艺线收缩率，使其符合实际。

2)加工余量同工艺线收缩率协调配合。

3)不同结构部位、收缩阻力大的半开口端，区别设不同的工艺线收缩率，或设工艺补增量。

4)严格工艺纪律，本模、砂型、精整各工序都要实现各自工序的尺寸精度要求。

5)设计、工艺技术人员进行技术交底，让工艺和操作者掌握转轮体的平衡特性，划线以内腔非加工面作为基准面，尽量找正夕使其粗加工后的铸件壁厚达到四周均称，这样就能满足尺寸精度和平衡的要求。

6)加强工艺、造型材料、操作的控制，提高铸件毛坯表面的平整度，为加工划线、平衡提供良好基础1。

本词条内容贡献者为:

徐恒山 - 讲师 - 西北农林科技大学