方钢支撑架用于水轮机叶片包装的实践

刘 军，郭小强，郭小利

（共享铸钢有限公司，宁夏 银川 750021）

叶片是水轮机转轮上的重要部件之一，承受着水流的冲击而带动转轮转动，其性能直接影响整台机组的运行。水轮机叶片形状不规则，厚度及曲率变化大，叶片壁厚整体较薄，叶片的包装运输过程对叶片外观质量可能造成影响，要求严格，尤其是大型水轮机叶片的包装运输更是生产厂家关注的问题。一般大容量、高参数水轮机组叶片都是要求足够高的强度，以及良好的塑性、韧性配合，所以叶片的材料一般都是合金材料，并且都是铸造成型的。

大型水轮机叶片通常采用支撑架进行包装，现有技术中支撑架呈井字形，由方木料搭接而成，方木料之间使用螺栓固定，与叶片接触。一面随叶片的形状制作，叶片直接放置在支撑架上，如图1 所示。这种支撑架由于随叶片的形状而制作，难度较大，人工成本较高，木料使用量大，材料费用较高；叶片直接放置在支撑架，运输途中易晃动，不平稳，尤其当叶片轮廓体积较大、结构复杂，使用方木料支撑架，运输过程易发生变形，支撑架稳定度不高，从而影响产品发运安全。同时，由于木料易变形，一旦支撑架产生变形，对叶片的支撑作用减小，也可能导致叶片在运输过程产生变形。钢材相对木材具有较高的强度，在受力时不易发生变形，钢材具有良好的焊接性能，对于加固支撑工装，组装可提供便利。

图1 现有技术的包装示意图

1 技术介绍

本文在设计过程中考虑到叶片钢结构支撑架设计具有结构形状特殊并且不规则的特征，首先要明确叶片的重心，其次根据重心去设定支垫位置。

本文设计的支撑架由方钢焊接而成，如图2 所示，包括由若干方钢垂直焊接而成的井字形支撑4，竖直焊接在支撑4 上的若干的支垫1，支撑4 与支垫1 之间焊接的肋板5，与支垫1 交叉焊接的若干支点2，及焊接在支撑4 上的吊把3.

图2 方钢支撑架示意图

本技术方案主要用于水轮机叶片包装，先根据叶片形状、大小、重量计算需要的支撑架强度，选择4 支以上方钢垂直焊接成井字形支撑，在支撑上确定4 个以上的位置竖直焊接支垫，支垫的长度根据叶片形状确定，焊接完成后，把叶片放置在支垫上，由于叶片不规则，放置时不会与支垫完全接触，此时要根据放置后的位置设计支点位置及用于焊接支点的方钢长度，使叶片更加稳固地放置在支撑架上，并且在运输过程中不会晃动，最后焊接吊把。叶片放置在支撑架上如图3 所示。

图3 叶片包装示意图

2 现有木料支撑架和改进型方钢支撑架对比分析

2.1 两种支撑架的材质结构分析

现有方木料支撑架结构呈井字形，根据叶片的形状、大小、重量，计算需要的方木料支撑架强度，使用合适强度的方木料搭接而成，方木料之间使用M20×30 的螺栓与M20 的螺母固定，与叶片接触的一面方木料支撑架需跟随叶片的形状再次制作，制作完成后将叶片直接放置在支撑架上。

这类方木料支撑架结构简单，但方木料支撑架由于要根据叶片的形状而重新制作，难度较高；同时需要将产品叶片直接放置在支撑架上，运输极易晃动，平稳性较差；轮廓结构复杂且体积较大的产品，使用现有方木料支撑架支撑，运输过程容易变形，支撑架稳定性较差，从而直接影响产品发运安全。同时，因方木料材质容易变形，一旦支撑架产生变形，就会造成支撑点或面的支撑力不均匀，从而会导致叶片从方木料支撑架上滑落的风险，造成质量安全事故。

改进型方钢支撑架，材质使用方钢焊接，钢材相对木材具有较高的强度，在受力时不易发生变形，保证了产品发运的安全。且钢材具有良好的焊接性能，对于加固支撑工装，组装能够提供木材所不能提供的便利，焊接完成后，将产品叶片放置在支垫上，叶片与支撑工装接触部位可用胶皮垫至，以防机损叶片。由于叶片不规则，放置时不会与支垫完全接触，保证产品叶片运输中的稳定性，避免发生安全质量事故。

2.2 两种支架成本比较

方钢支撑架稳定性高，且不易变形，在后续与该铸件相同质量的叶片中可重复循环再利用，成本大幅下降。两种支架价格比较如表1 所示。

表1 胶合方木和方钢价格比对表

3 结论

与现有技术的木支撑架相比，该种方钢强度高，在受力时不易发生变形，水轮机叶片在运输过程中平稳安全，不会发生变形现象。由于钢材具有良好的焊接性能，制作本发明的支撑架，操作简单，人工费也相应降低，同时与木材相比，方钢成本低。支撑架可根据实际情况增加支垫和支点，对于需要加固的支撑架工装，具有木支撑架所不能提供的便利。支撑架工装设计、试验成功，有效保证叶片的运输安全，降低产品包装成本。