黄龙滩电厂智能化镜板研磨机的设计与研发

宋伟庆

(国网湖北黄龙滩电厂运行分场，湖北 十堰 442000)

镜板是水轮发电机组转动部分与固定部分间的连接部件,其作用是将机组轴向负荷传递到推力瓦上,与推力瓦及其支撑部件组成推力轴承，起到承受整台机组转动部份的重量和水推力的作用。由于镜板在推力瓦面上以相当高的线速度作旋转运动,如果镜面有伤痕或粗糙度下降,就有可能出现研瓦、烧瓦现象,危及机组的安全和稳定运行,所以发电机组经过长期运行后,在扩大性大修期间需要对镜面作研磨处理，是水轮发电机组检修工作中的一道重要工序[1]。

在过去全国大中型水电厂采用的镜板研磨方式主要是依靠人工完成，费时费力，工艺水平凭经验控制。近年来一些大型水电厂陆续采用了电动研磨的方式，虽然相比人工来说，效率有了一定的提升，但不够智能化，需人工配合完成，研磨工艺也还有较大的提升空间。黄龙滩电厂与外委单位合作研发出的智能化全自动水轮发电机推力轴承镜板研磨机，能够实现人工智能控制加工过程及工艺效果，设备操作简便，巧妙的三轴一心式磨盘设计研磨效率高，将原有的人工研磨镜需要10～15 d缩短到智能化研磨只需3～5 d。并有效减少打研磨过程中产生的同心圆划痕，提高了抛光质量。此项目的研发促进了水轮发电机组的安全稳定运行，同时也提高了黄龙滩水电厂设备检修装备水平[2]。

1 智能化镜板研磨机的功能设计[3]

1)镜板研磨机的智能化控制设计。智能化研磨机应具有人机交互、自诊断功能，研磨方式分为自动和手动控制，并在研磨前有开机条件判断、开机运行状态指示灯等功能。自动方式下，可完成清扫、调配研磨溶液、喷酒研磨溶液、粗磨完成后自动转入精磨运行、镜面光滑度自动检测等研磨全过程的自动控制。手动方式下，可人工控制每道工序完成研磨。

2)镜板研磨机的机械工作原理设计。机械零部件结构及工作原理上利用3个研磨盘围绕中间1个固定齿轮盘旋转。固定齿轮盘起到定位作用，引导3个小磨盘产生同步自旋转和公旋转，使得研磨效果更均匀，有效减少同心圆划痕。

3)镜板研磨机的适用要求。智能化研磨机的机械支架有调节性，能够适用于黄龙滩电厂4台水轮发电机不同尺寸的推力轴承镜板的研磨需要，研磨质量符合标准要求。

2 研发中的主要技术难点和解决方法[4]

在设计方面，不论电气还是机械方面都相对合理完善，在成品制作过程中，受加工成本、技术等方面的限制，在智能化控制系统流程的设计、镜板粗糙度的自动检测及机器的机械构造等方面存在着技术难点问题，但通过优化调整，基本都满足了使用要求。

1)智能化控制系统流程问题。镜板研磨本身是一项包括研磨、溶液调配、清洗、检测、工序转换等多道工序且工艺要求高的复杂性工作，在进行智能化模拟整个研磨工序和控制研磨质量方面有着较大的难度，特别是在确保每个功能和工艺的实现上需要有严谨、逻辑性强的完善设计。在设计和加工制作的过程中，黄龙滩水电厂通过企业内经验丰富的生产职工和加工单位一起参与设计讨论、现场调研，把现场实际的每一道工序和质量控制都分解成了可实现自动控制执行的流程。

2)镜板粗糙度自动检测问题。受市场上的激光式粗糙度检测传感器成本高，而普通型的传感器又检测精度低的限制，造成镜板粗糙度的在线自动检测反馈功能不足，需要人工进行检测，研磨机无法根据检测反馈来判断和控制研磨过程。即使是成本昂贵的高精度传感器也会因为镜板上的研磨溶液有一定的粘性不能保证完全清除，并且镜板在旋转状态，会造成粗糙度的检测不准确。在经过多方沟通改进，将粗糙度的检测恢复为人工判断，对研磨机的自动控制转换和自动启停控制暂时改为定时限的方式加上人工辅助检查粗糙度来进行判断控制。对原粗糙度检测传感器的检测可考虑在镜板研磨时增加停止检测流程，使传感器在镜板静止的状态下完成检测，以保证数据的准确性。此构想将在后续的研制改进中进一步探讨和实际验证。

3)研磨机的机械构造问题。黄龙滩电厂职工自行设计并制作出了电动研磨样机，并经过验证能够可靠完成镜板研磨工作。在加工智能化控制喷洒溶液和清扫废液方面发生一些技术难题，一方面要考虑防止管路的堵塞问题，且研磨溶液喷头的安装位置和喷洒时间要合理，避免将溶液喷洒在旋转的磨盘上。另一方面废液的清理由于溶液本身有一定的粘性，会吸附在光滑的镜板表面，刮刷无法清理干净，且刮刷是随磨盘一起旋转运动的，它的自动收放控制构件较复杂。通过现场分析探讨，选择了在管路上加装吹扫接口装置，在研磨机使用后通过吹扫管路中残留的溶液防止堵塞。对于安装位置选择尽量靠近镜板的位置，并在下方安置收集盒，防止溶液滴落至地面。同时可设定喷洒的动作时间，以避开旋转的磨盘。刮刷用橡胶材料制成，以手动方式进行收放，在以后的研制改进中再完善自动收放功能。

3 创新亮点

1)智能化全自动控制完成所有生产流程，人机交互式。装置具有粗磨和细(精)磨流程自动转换、研磨溶液喷洒、废液自动清除等功能，可实现全过程自动控制。通过触摸屏可进行精磨的光滑度、研磨时间、光滑度检测时间等参数设置。装置还具有声音报警及文字提示功能，也有历史信息查询等功能。通过对每一道工序的分解和控制设计，能够完全替代人工完成每一个研磨步骤[5]。

2)机械零部件及工作原理具有结构性改进，3个研磨盘围绕中间1个固定齿轮盘旋转。3个研磨盘靠自沉重量贴在镜板之上，而固定齿轮盘起到定位作用，引导3个小磨盘产生同步自旋转和公旋转，有效减少了同心圆划痕，使得研磨效果更均匀。

3)装置在细节设计更加合理，方便使用。在装置顶部安装有运行状态指示灯，也方便照明。装置底部安装有收纳盒，可放置用于镜板调整、固定、修理、测量等各类工具，也可存放细毛毡、机油、研磨剂、毛巾等。

4)放置镜板的支架高度、宽度可以调节和固定，适用于各种尺寸的镜板。支撑架腿下部装有可调节高度丝杆。支臂上安装有水平尺可调节水平，保证研磨效果。

4 结 语

通过多方积极沟通合作、现场调试改进，研制出的智能化水轮发电机推力轴承镜板研磨机，能够实现对镜板进行粗磨、细磨、精磨的自动研磨，研磨机在运转过程中机械部件运行平稳，电气控制操作简便，研磨工艺效果满足要求。将原有的靠人力研磨需用时10～15 d缩短到智能化电动研磨只需用时3～5 d完成，有效提高水轮发电机推力轴承镜板研磨效率和工艺质量。

在研制的过程中，虽然不断会遇到技术难题，但由于多方技术力量以负责任的态度全程通力协作，不仅找出了解决策略，反而使装置有了更完善的构造和创新点，也使得本项目研制的智能化自动研磨机在国内属于前列的技术成品，目前已获得实用新型专利的授权，发明专利已进入公布后的复审阶段。仅存在的一些人工辅助，如粗糙度的人工检测和刮刷的手动收放功能不影响研磨运行，但是后续会再进一步探索，实现一键式控制。在研制的过程中，得到一些启示，好的研究项目离不开团队的精诚合作和集中技术力量在现场找答案的解决方式。接下来，也希望本项目能够乘着企业建设智慧水电厂的步伐，争取应用推广和更加功能完善。