Luận văn thạc sĩ kỹ thuật: Nghiên cứu công nghệ chế tạo phụ hồi bánh công tác tuabin

8 1.3 Vấn dé gia công chế tạo bánh công tác turbin trong và ngoài nước, 9 CAD/CAMICNC trong gia công chế tạo bánh công tắc tuabin thủy 10 1.5 Công nghệ quét 3D và ứng dụng trong sin xuất

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là do bản thân Tôi thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS Đoàn Yên Thế và TS Phạm Phúc Yên Ngoài các

phần tài liệu tham khảo đã được liệt kê và nêu rõ trong Luận văn, các số liệu và kết

qua thực nghiệm là trung thực, chưa từng được ai công bé trong bat kỳ một công trình nào khác.

Hà nội, Ngày tháng năm 2019

Người thực hiện

Trần Tuấn Anh

LỜI CẢM ƠN

“Tác giả xin chân thành cảm on TS Đoàn Yên Thể và TS Phạm Phúc Yên đã hướng

dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng để ti, ổ chức thực nghiệm đến quá trình vi và

hoàn chỉnh Luận

“Tác giả bay tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo khoa Cơ khí trường đại học Thủy Lợi

và Viện Thủy điện & Năng lượng tái tạo đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả có thể

hoàn thành ban Luận van niy.

Tác giả xin chân thành cảm ơn trung tâm Khoa học & Công nghệ Cơ khí ~ Trường đại học Thủy Lợi và các giáo viên thuộc trung tâm đã to điều kiện về thiết bị và giúp đỡ

trong quá trình sự dụng thiết bị để tiến hành thực nghiệm; đồng thời tc giả cũng chân

thành cảm on những ý kiến đồng góp của các thầy, cô giáo thuộc khoa Cơ khí và cácđồng nghiệp đã giúp đỡ tác giả thio gỡ những vướng mắc trong thời gian thực hiệnLuận văn.

hạn chế

Do năng lực bản thân còn nhiề lên luận văn không trắnh khỏi sai sốt, tác giảtất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy, cô giáo, các nhà khoa học và cácbạn đồng nghiệp để Luận văn được hoàn thiện hơn v có ÿ nghĩ trong thực tiễn

Hà nội, ngày hắng nấm 2019

'Người thực hiện

“Trần Tuấn Anh

MỤC LỤC LỠI CAM ĐOAN ILỠI CẢM ON auDANH MỤC HINH VE VÀ ĐỎ THỊ vDANH MỤC BANG vuiPHAN MỞ ĐẦU 1

CHUONG 1 TONG QUAN THIET KE VẢ CÔNG CHE TẠO BẢNH CÔNG TAC

TUABIN THỦY ĐIỆN 4 1.1 Nhu cầu về sử đụng bánh công tác tabin trong các nhà máy thủy điện ở Việt Nam 4 1.2 Công dụng, phân loại, các dang hồng của bánh công tác tabi 8 1.2.1 Công dung của bánh công tác tuabin 8 1.2.2 Các dạng hỏng của cảnh tuabin 8

1.3 Vấn dé gia công chế tạo bánh công tác turbin trong và ngoài nước, 9

CAD/CAMICNC trong gia công chế tạo bánh công tắc tuabin thủy

10 1.5 Công nghệ quét 3D và ứng dụng trong sin xuất cơ khí "

KÉT LUẬN CHƯƠNG | "

CHUONG 2 QUY TRÌNH THIET KE VÀ PHỤC HÔI BANH CÔNG TÁC TUABIN

“

2.1 Quy trình thiết kế mới Bánh công tắc tuabin 14

2.2 Quy trình phục hồi bánh công tác tuabin 15

2.2.1 Phân loi và đánh gi tinh trang hông bảnh công tác Is 2.2.2 Quy trình phục hỏi bánh công tie wabin 162.3 Quy trnh thiết kế, chế tạo bánh công tác thay thé mới 202.4 Ứng dung CAD/CAMICNC trong gia công bánh công tắc tuabin 32.5 Phân tích lựa chọn quy trình chế tạo bánh công tác 252.6 Kết luận chương 2 26

3.2 Trang thiết bị sử dụng phục vụ cho để tài 30 3.2.1 Máy phay CNC Kamioka VMC-850, 30 3.2.2 Máy quét 3D ACTOS CORE 300 323.2.3 Lựa chon và thông số dung cụ cắt sử dung trong đề tai 333.3 Thiết kế đồ gá gia công là cánh bánh công tác tuabin 373.3.1 Phoi lá cánh bánh công tác 37 3.3.2 Phương án định vi phôi 38 3.3.3 Phương dn kẹp chat phôi “ 3.3.4 Thiết kế đổ gá bằng phần mềm Solidworks 47 3.4 Thực nghiệm và lựa chon chế độ gia công lá cánh trên may CNC 49 3.4.1 Thực nghiệm vài lựa chọn chiều sâu cắt kh gia công sl 3.4.2 Thực nghiệm va lựa chon vòng quay trục chính khi gia công 8 (vg/ph) “

3.43 Thực nghiệm và lựa chọn tốc độ ăn dao theo phương XY và Z (mmfph) 55

3.4.4 Tổng hợp chế độ cắt sử dung cho gia công lá cánh 56

3.5 Ứng dung phần mềm SolidCAM lập trình gia công lá cảnh tuabin 373.5:1 Ứng dung phần mém SolidCAM lập tinh gia

3⁄82 Ung dụng phần

3.6 Ứng dung công nghệ quét 3D trong việ ga đặt và kiểm soát chất lượng gia công 6ã

1g mặt I và các mặt bên lá cánh 57

¬m SolidCAM lập trình gia công mặt 2 62

3.6.1 Ứng dụng công nghệ quét 3D trong việc gá đặt khi gia công 63

3.6.2 Ứng dung công nghệ quit 3D kiểm soát chất lượng gia công or

3.7 Kết luận chương 3 70

'CHƯƠNG 4 THỰC NGHIỆM VA KET QUA DE TÀI 7 4.1 Kết quả gia công và quét 3D kiểm tra các lá cánh n 4.2 Hoàn thiện bánh công tác tuabin 74.3 Kết quả lắp đặt và vận hành bánh công tác 16

4.4 Kết luận chương 4 T1

KET LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ 18

KET LUẬN 78

KIÊN NGHỊ 29TÀI LIỆU THAM KHẢO 80

DANH MỤC HÌNH VE VÀ DO THỊ

Hình 1-1 Quy hoạch phát triển sản lượng điện 2020 đến 2030

Hình 1-2 Quy hoạch phát triển năng lượng thủy điện 2020 đến 2030

Hinh 1-3 Sơ đồ hoạt động nhà máy thủy điện

Hình 14 Cum công tác tuabin kiểu EraneiPhân loi bánh công ti tuabin

Hình 1-5 Các loại bánh công tác tuabin thông dụng.

Hình 1-6 Biểu đồ so sánh và lựa chọn bánh công tắc huabin theo công suất

Hình 1-7 Các dạng hỏng của cính turbin

Hình 1-8 Bánh công tác tuabin chế tạo từ nhà cung cắp Trung Q

Hình 1-9 Gia công Bánh công tác tuabin Francis trên máy phay CNC 5 true

Hình 1-10 Phuong pháp đo 3D tiếp xúc

Hình 1-11 Công nghệ đo 3D bằng phương pháp do không tiếp xúc,

Hình 2-1 Quy trình thiết kế Bánh công tác tuabin mới

Hình 2-2 Dang hỏng bánh công tắc tuabin

Hình 2-3 Quy trình phục hồi bánh công tác tuabin

Hình 2-4 Quết lấy mẫu bánh công tác hư hong

Hình 2-5 Thiết ké dữ liệu 3D bánh công tác tuabin

Hình 2-6 Phục hồi bảnh công tác bằng các biện pháp công nghệ

Hình 2-7 Quy trình phục chế tạo bảnh công tác tuabin mới

Hình 2-8 Phục hồi bánh công tác bằng các biện pháp công nghệ

Hình 2-9 Lập trình và gia công bánh công tác Tuabin trên mấy CNC 5 trục

Hình 2-10 Gia công bánh công tác sử dụng máy CNC 3 trục

Hình 3-1 Bánh công tác cũ hỏng cần thay thé

Hình 3-3 Ban vẽ 3D bánh công tác Tuabin

Hình 3-4 Máy phay CNC 3 trục Kamioka VMC-850.

Hình 3-11 Phôi đúc lá cảnh và bê mặt ga công

Hình Các bậc tự do edn hạn chế khi định vị lá cánh.

Hình 3-14 Định vị bằng phiên tỷ khi gi

Hình 3-15 Định vị bằng phiến tỳ khi gia công mặt 2 của chỉ tiết

công mit của chết

Hinh 3-16 Các loại chốt ty thông dung

Hình 3-17.Định vị bằng el

Tình 3-18 Định vị bằng chốttỷđiều chính, phign tỷ gia công mật 2

ỷ điều chỉnh, phiến tỷ gia công mặt 1

Hinh 3-19 Định vị bằng chốt tỷ điều chính, phiến tỳ chốt định vị gia công mặt

Hình 3-20 Định vị bằng chốt tyđiều chỉnh, phiến tỷ, chốt định vi gia công mặt2

Hinh 3:21 Phương én kẹp chặt bằng đòn kẹp

Hình 3-22 Phương án kẹp chặt bằng má kẹp

Hình 3-23 Phương án kẹp chặt hàn khi gia công mặt 1

Hình 3-24 Phương án kẹp chặt han khi gia công mặt 2

Hình 3-25 Thiết kế đồ gá gia công mặt 1

Hình 3-26 Ga đặt chỉ tiết trên đỗ gá gia công mặt 1

Hình 3-27 Đỗ ga gia công mặt | được chế tạo và sử dung,

Hình 3-28 Thị kế đồ g gia công mặt 2

Hình 3-29 Ga đặt chỉ tiết trên đỗ gá gia công mặt 2

Hình 3-30 Dé gi gia công mặt 2 được chế tạo và sử dụng,

Hình 3-31 Tinh chất cơ lý vật liệu lá cánh

Hình 3

Hình 3-33.

Hình 3-34.

Kết qua cắt với chiều sâu T= 1mm

Hình 3-35 Kết quả cắt với chi và 5 mm

Hình 3-36 Dụng cụ cắt khi gia công chiều sâu cất khác nhau đn khi hét lượng dựHình 3-37 Gia công thử nghiệm với các tốc độ trục chính thay đổi

Hình 3-38 Minh họa chuyển động EXY và chuyển động FZ khi gia công

Hình 3-39 Thông số dung cụ ct và chế độ gia công lỗ địn vị

Hình 3-40 Kết quả kip trinh khi gia công lỗ định vị

Hình 3-41 Thông số dung cụ cit và chế độ gia công biên dạng mặt 1

Hình 3-42 Kết quả lập trình khi gia công lỗ định vị

37 38 39 39 41 41 a2

4

43

“ 45 45 46 47 48 48 48 49 49

60 61

Kết quả lập trình khi gi công biên dạng xung quanh

Kết qua lập trình khi gia công biên dạng mặt 2

Lượng cắt không đều khi gia công mặt 1

Lượng cắt không đều khi gia công mặt 2

Sai khác giữa gá đặt thực tế và thiết kế khi gia công mặt 1

Sai khác giữa ga đặt thực tẾ và thiết kế khi gia công mặt Ï

Quy trình ga đặt chỉ tit gia công ứng dụng công nghệ

Áp dung quy trình g đặt ứng dụng công nghệ quét 3D gia công mặt 1

Áp dung quy tỉnh gá đt ứng đụng công nghệ quét 3D gia công mặt 2Kết quả gia công ứng dung quy tình gáđặt thay đối

Quy trình kiểm tra chất lượng gia công.

Ung dụng công nghệ quét 3D kiểm tra mặt 1 sau gia công

Ứng dụng công nghệ quốt 3D kiểm tra mặt 2 sau gia công

Kết quả gia côn lá cánh số 5,

Kết quả gia công lá cánh số 16

Bánh công tác hoàn thiện và bánh công tác cũ hỏng

Lắp đặt bánh công tác vio các tổ máy

Hình 4-9 Công suất phát các tổ máy khi đưa vào vận hành

eo

“

6 6

6

65

66 66 6 68 69 69

B

14

4

75 75

15

16

T6

Bang 3.1 Thông số kỹ thuật bảnh công tic

Bang 3.2 Thành phần vật liệu bánh công tác

Bang 3.3 Thông số máy phay CNC 3 trục

Bang 3.4 Thông số kỹ thuật may quét 3D ACTOS CORE 300

Bang 3.5 Thông số sử dung cho lựa chọn và tinh toán

Bảng 3.6 Thông số lập trình gia công ha lỗ định vị

Bảng 3.7 Thông số lập trình gia công biên dạng mặt 1

tra l4 lá cánh của bánh công ác số IBing 4.1 KẾt quá que

Bảng 4.2 Kết qua quét kiểm tra 14 lá cánh của bánh công tác số 2

mm +

31

32 sl s

6i

a n

PHAN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đềtài

“Cho đến nay, thủy điện đóng vai trò rất lớn trong biểu đồ cân bằng năng lượng quốc

gia, chiếm khoảng 40% điện lượng cả nước Trong đó, thủy điện nhỏ, nguồn năng.

lượng ti tạo dat hiệu quả nhất, chiếm phần quan trọng không thé thiểu đối với kinh tế

năng lượng nói chung.

Theo báo cio của Cục Kỹ thuật An toản và Môi mường Công nghiệp (Bộ Công thương), tính đến năm 2017 cả nước có 330 công trình thuỷ điện được đưa vào khaithác, với 194 công tinh thuỷ điện nhỏ (Công suit lắp đt nhỏ hơn hoặc bằng 30 MW),tương đương với 500-600 tổ máy đồng bộ đang hoạt động Sau thời gian hoạt động 5

— 10 năm hầu hết các thiết bị cần được sửa chữa, đại tu Cộng thêm việc hầu hết cácthiết bị của các công trình thuỷ điện nhỏ được nhập từ Trung Quốc với chất lượng đadạng tuy nhiên với đặc điểm là xuống cấp nhanh Do đó để tránh gây những tổn hại vềkinh t cũng như các hoạt động của xã hội do phải ngimg các tổ máy vi hong hóc là

một nhu cầu vô cùng cấp thiết

Mét tong những thành phần quan trọng trong phần cơ khí động lực của các ổ mấycin kể đến la bánh công ti tuibin, có vai rồ quan trọng trong việc chuyển đồi năng lượng dòng cháy thành năng lượng điện Theo thời gian các tuabin có thé bị mỏn, hư.

hỏng, bj xâm thực dẫn đến giảm công suất hoặc hư hồng cần được thay thể mới

Hiện nay, kỳ thuật gia công cơ khí trên các máy điều khiển số CNC đang được ứng

‘dung và phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam cũng như các nước trên thé gi Ngành công nghệ gia công, chế tạo có những bước phát triển vượt bậc với những may CNC có khả

[im bit được nhu cầu cơ hội trên cùng với những lợi thể hợp tác giữa khoa Cơ khỉ Đạihọc Thuỷ Lợi và viện Thuy điện & Năng lượng tái tạo Tác gid đã chọn và thực hiện

đồ tài

'Nghên cứu công nghệ chỗ go phục hl bảnh công tác tuabin

2 - Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tương, phạm vi nghiên cứu.

21 "Mục dich nghiên cứu.

~_ Xây dựng quy trình gia công bánh công tác tuabin đáp ứng nhu cầu thay thé cho nhà máy thuỷ điện Cốc San ha - Lào Cai

~ Ung dung công nghệ quét 3D Gom Scan, công cụ kiểm tra Gom Inspect trong việc nâng cao độ chính xác và thiết lập quy trình gá đặt, kiểm tra sản phẩm khi gia công

= Thiết kế, ch tạo đồ gí,thip lập thông số gia công phù hợp tên máy phay CNC

3 trục khi gia công bảnh côn tác tuabin

22 bt tượng nghiên cửu

- Đối tượng nghiên cứu là bánh công tác tuabin thuỷ điện Cốc San Hạ - Lào Cai,

xi vit ig chẳng gỉ và mãi môn OCrl3Ni4Mo, công sut 700 KW

~ Máy phay 3 trục CNC VMC-850 Kamioka, dao cầu Ø16 WIDIN DB512160

~ _ Máy quét Gom Sean ACTOS Core, tích hợp ứng dụng Gom Sean và Gom.

Inspection,

23 Pham vỉ nghiên cứu

XXây dựng quy tình gia công ch tạo bảnh công tác tuzbin ứng dụng công nghệ quét3D và công nghệ CAD/CAM/CNC

3

Noi dung nghiên cứu gm:

tạo bánh công tác tuabin và phục hỗi bánh công tác

Tổng quan về công nghệ el

Thiết lập quy trình gia công bánh công tác tuabin phục vụ nhu cầu thay thé, sửa chữa

của các nhà may thuỷ điện trong nước thay vì phải nhập từ nước ngoài tốn kém va mitnhiều thời gian

4 Phương pháp nghiên cứu.

Ứng dụng ác công cụ quết 3D, công nghệ CADICAMICNC để đưa ra quy tinh

thực nghiệm gia công bánh công tác tuabin

Phân ích và đơa ra phương in gi công cất got ti ru

CHƯƠNG 1 TONG QUAN THIẾT KẾ VÀ CONG CHẾ TẠO BÁNH CONG

TAC TUABIN THỦY ĐIỆN

1-1 Nhu cầu về sử dụng bánh công tác tuabin trong các nhà máy thủy điện ởViệt Nam

Tinh đến năm 2016 nguồn năng lượng từ thủy điện của cả nước đạt gin 17.000MW,với hang trim công trình thủy điện được đưa vào sử dụng Trong Quyết định số

428/QD-TTG về "phê duyệt điều chỉnh Quy boạch phát triển điện lực quốc gia giai

đoạn 2011-2020 có xét đến năm 2030” chỉ rồ ưu tên phát triển nguồn điện sử dụngnăng lượng tái tạo, trong đó có thủy điện Hình 1-1 thể hiện nhu edu và định hướng

n 2030 [7] Hình 1-2 về quy hoạch

2030 Như vậy có théthấy rõ thủy điện đã và đang duy trì vai trò quan trọng, đóng góp rit lớn vào các hoạt

phát triển sản lượng điện qua các năm từ 2020

phát triển nguồn năng lượng thủy điện theo các năm từ 2020 di

động của xã hội cũng như sự phát triển của đắt nước.

Hinh 1-2 Quy hoạch phải triển năng lượng thủy điện 2020 đến 2030

Tình 1-3 Sơ dé hoạt động nhà máy thủy điện Như vậy để dip ứng cho nhủ cầu về điện năng trong những năm tới hủy điệ tếp tụcđược diy mạnh phát tiễn Bên cạnh việc xây dựng các công trình mới, việc thay thésửa chữa trong các công trình đang hoạt động là mộtdiễu cép thiết Một trong những

bạc đỡ

septa vành đợi

"Hình L4 Cụm công tác tabin kiẫu FranciPhân lại bảnh công tác tuabin

Tùy theo công suất phục vụ, Tuabin được sử dụng rất đa dạng bao gồm một số loại

nhự: kiểu Francis, kigu Pelton, kiểu Kaplan, kiểu Crossflow, kiểu Turgo (Hình I-5)Hình 1-6

ae

Kiểu Pelton (cánh gio) Kiéu Turgo

Kiểu Kaplan (hướng trực)

Kiéu Crossflow Kiéu Fixed pitch propellerHình 1-5 Các loại bánh công tác tuabin thông dung

với hiệu suất cao (én đến trên 90%) và có thể cho công suất từ vài chục KW đến hàngtrăm MW nên được sử dụng rộng rã trong các nhà máy có công suất từ nhỏ đến lớn.1.2 Công dụng, phân loại, các dang hỏng của bánh công tác tuabin

1.2.1 Công dụng của bánh công tắc tuabin

"Nước từ các bể chứa áp lực của nhà máy sẽ di vào buồng xoắn tuabin, sau đó làm cho

cơ năng được truyề trực tiếp cho máy phát điện Tại đây điện năng được xử lý vàtruyền tải và phân phối đến các nơi tiêu thụ Như vậy có thé thấy bánh công tác tuabin.đông vai trò chính để chuyển năng lượng của dòng nước chảy thành năng lượng điện 1.22 Các dạng hông của cánh tuabin

+) Hồng do mài man: trong đồng nước chảy qua bánh công tác luôn chứa những hạt cóthể lầm môn bé mặt bánh công tác như: et, hạt kim loại, khoáng có trong tự nhiền

Sự kết hợp với nước đồng chảy khiến chúng giống như các hạt mai và làm mòn bánhcông tác một cách liên tục Do vậy ở những nơi nước có nhiều cát, bánh công tác sẽ

"môn và hông nhanh chồng.

+ Hồng do xâm thực: hiện tượng xây ra do ấp suit nước trên toàn bộ biên dạng cảnh

có sự thay đổi phức tạp tử áp suất cao đến áp suất rất thấp (tại giá tị khiến nước đạt đến trang thái bay hoi), Do xây ra quả trình thay đổi liên tụ áp sut sự và đập mạnh vớitần số cao của nước với bánh công tác, đồng thời sự gia tăng nhiệt độ tại một số vùngcánh làm cho cảnh bị rổ ở thi gian đầu Các vết rổ xuất hiện cảng tạo điều kiện cho

quá trình này xảy ra mạnh mẽ hơn, din dan trên cánh xuất hiện các hốc to hơn dẫn đến.

môn và hông bánh công tác.

Hiện tượng hỏng do môn và xâm thực được minh hoạt trên Hình 1-7 Sau thời gian sir dụng từ 5 đến 7 năm, hầu hết ánh turbin sẽ bị hỏng, do đó không đạt di công suất vàthậm chí hỏng bản néu không được phục hồi và thay thé Biện pháp khắc phục các dang

hông trên được dựa theo tình trạng của cánh và có thể phân chia làm các dạng sau

$——_ Đặng môn cổ thé phục hồi: với loại cảnh này hầu hễt chiều day trên toin bộ

écánh đã không còn đủ như ban đầu, dong thời công suất cũng đã bj giảm so với tÌ

kế, Với dạng này việc phục hồi được thực hiện bằng cách dip kim loại cổ cing tính

chất với cánh hiện tại và tạo lại biên dạng giống với dạng cánh ban đầu Với

phương pháp này cánh có thé phục hồi khả năng hoại động của bánh công tác và kéo

di thời gian hoạt động thêm từ 2-3 năm,

Dang min không thé phục hồi cần thay thé cánh công tác môi, có xuất xứ từ

ước ngoài hoặc trong nước Tuy nhiên hiện tại năng lực chế tạo của cức doanh nghiệptrong nước còn hết sức hạn chế, phương pháp chế tạo còn thủ công chưa thể đáp ứng,

được nhu cầu cắp thiết của hiện tại đặt ra

Hồng do xâm thực

Hồng do mài mòn

Hình 1-7 Các dang hỏng của cánh turbin

1.3 Vấn d gia công chế tạo bánh công tác turbin trong và ngoài nước.

Do đặc thủ bánh công tác tuabin có cầu tạo phức tạp nên hiện tại đa số được nhập từ

nước ngoài như các nước châu Âu, Trung Quốc Trong đó Trung Quốc vẫn là lựa chọn

của đại đa số các công trình do đặc thù giá rẻ và chế tạo nhanh chóng Tại Vig

liệu tốt bánh công tác loại này có thi gian phục vụ có thé lên đến 10 năm tuy nhiên

hạn chế đó là giá thành đo đó ít được lựa chọn cho các công trình.

+ Bánh công tic tuabin được chế tạo từ Trung Quốc: da số bánh công tắc tabi chế tạo

só nguồn gốc xuất xứ từ Trung Quốc thường có giá rẻ, uy nhiền xuống cấp nhanh vàsau thời gian từ 3-5 năm đã cần phải phục hỏi hoặc thay thé Nguyễn nhân của vẫn đềnày có thể xuất phát từ một số yêu tổ như: công nghệ chế tạo, vật liệu, và chất lượng

hoàn thiện của bánh công tác tuabin.

+ Bánh công tắc main phục hồi chế tao trong nước: do đặc điểm hạn chế vỀ công

nghệ, đặc biệtlà thi tính liên kết giữa các bên liên quan din đến việc chế tạo trong

nước còn hết sức khó khăn và nhỏ lẻ Thậm chỉ do được chế tạo thủ công din đến năng.xuất thấp và độ đảm bảo về yêu cầu kỹ thuật cồn chưa cao

L4 Sử dụng kỹ thuật CAD/CAM/CNC trong gia công chế tạo bánh công táctuabin thủy điện

"Ngày nay với sự phát triển của CAD/CAMICNC các máy gia công được lập trình có

thể gia công oie chỉ iết phúc tap với độ chính xác cao, vớ

này không chỉ góp phần nâng cao năng xuất, giải phóng sức lao động của con người

mà còn góp phần giảm gi thành và khẳng định năng lực của các đơn vị sản xuất

Hình 1-8 Bánh công túc tuabin chế tạo từ nhà cung cấp Trung Quốc

10

‘Tai Việt Nam máy gia công CNC hi hết đã được sử dụng trong các nhà máy, các đơn

vị sản xuất với tính linh hoạt cao Các máy CNC có thể kể đến như máy CNC 3 trục, mấy CNC 4 trục và mấy CNC 5 trục dim bảo kh năng gia công hồu hết các chỉ tt có

độ phúc tap từ đơn giản đến phúc tạp Tuy nhiên để tiếp cận với công nghệ sản xuấttuabin yêu cẩu đặt ra không chỉ với máy gia công CNC mà kèm theo đó còn rất nhiều.những khó khăn như: cơ sở lý thuyết để mô hình hóa dữ liệu 3D cánh, dung cụ ga va đolường, lập trình gia công, quy trình công nghệ chế tạo Với những bạn chế đó khiếncho việc thiết kể ch tạo bánh công tác tuabin còn gặp nhiều hạn chế tai Việt Nam,

Hình 1-9, Gia công Bánh công tác tuabin Francis trên máy phay CNC 5 trục1.5 Công nghệ quế 3D và ứng dụng trong sin xuất cơ khí

Phương pháp do 3D đã từlâu được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực trong đó ứng dụng

niy cảng ngây cảng được sử đụng rộng rãi trong lĩnh vực cơ khi:

+ Đà 3D bằng phương pháp do riép xúc: có thé kề đến như máy đo layout, máy đo

cu mấy do Faro với độ chính xác cao (Hình 1-10), toy nhiên tha tác do tương đổiphúc tạp và mắt khá nhiều tồi gian để thao ác với những vật thể có hình dạng phúc

tạp,

liệu 3D dang STL, và điều đặc biệt là máy có khả năng ghép nhiễu ảnh nhanh chóng

để đưa ra dữ iệu của vật thể đo hoàn toàn tự động Bằng phương pháp này mô hình

của vật thể được dựng lại có độ chính xác tương đối cao và có thể dựng được các chỉtiết phúc tạp mà phương pháp đo iếp xúc không thể thực hiện được (Hình 1-11) Bằng

phương pháp đo này việc đo kiểm và đánh giá sin phẩm, gá đặt sản phẩm trong quá

trình gia công trở nên đơn giản hơn và tiết kiệm thời gian rất nhiều

Nắm bắt được xu thé rên các nước trên thé giới dã từ lầu ứng dụng vào trong chế tạo

sơ khí để tạo ra những sản phẩm cỏ tinh kỹ thuật ao, rong số đồ cố Trung Quốc Tại

nhiều nhà máy ở Trung Quốc máy đo 3D (công nghệ không tiếp xúc, tiếp xúc) đã từ

lâu được ứng dụng trong gia công Bánh công tác tuabin đáp ứng như cẫu trong nước:

và xuất khẩu Tuy nhiên, những máy đo quét 3D thường có giá thành còn tương dối cao

với các đơn vị sin xuất có quy mô vừa và nhỏ, do đó tại Việt Nam việc ứng dụng còn it

Kết luận chương 1

“Chương | đã chỉ ra được những phân tích bao gém:

4 Nhu cầu phát riển thủy điện của Việt Nam trong tương lai trong giai đoạn

Ung đụng công nghệ quét 3D, công nghệ gia công bằng CAD/CAM/CNC

là một trong những lợi thể và tiên đề cho việc gia công chế tạo những mặt hàng có tính

kỹ thuật cao ở Việt Nam, trong đó là bánh công tác tuabin thủy điện.

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH THIET KE VÀ PHỤC HOI BÁNH CÔNG TACTUABIN

“Thông số đầu vào

241 Quy trình thiết kế mới Bánh công tác tuabin

ết kế đồng bộ và xuất

hình,

Thông thường bánh công tác tuabin mới (Hình 1-11) được th

phát từ yêu cầu thực tẾ nh: công suất sản sinh điện năng (MW), điều kiện về di

độ chênh áp giữa đầu và cuối nguồn, lưu lượng đồng chảy Từ các thông số đầu vàocủa công hình như: N (MW), H (m), Q (on) tiết kế bắt đầu từ việc

tiến bình tinh toán các thông số cơ bản của bảnh công tác: tốc độ quay của tuabin,

.đường kính bánh công tác, số lá cánh Tiếp đó là thiết kế biên dạng cánh thông qua các

mặt cắt của lá cánh và dig chuyển vị ma trận hệ tọa độ để hình thành biên dang 3D.của cánh công tác Kết quả tiết kế 3D sau đó được mô phỏng tính toán và điễu chỉnh

để đưa ra kết qu tối tu trước khi ra đưa ra thiết kể hoàn chính Thiết kế hoàn chínhsau đồ được đem di chế tao và thir nghiệm, kết quả đạt được đối chiều với tính toán

thiết kế để đưa ra quyết định việc áp dụng trong thực tế.

Như vậy có thé thấy việc thiết kế bánh công tác tuabin mới là vô cùng phúc tạp, đồi hồi

có trình độ thiết kế rắt cao và eơ sở vật chit tốt để tiễn khai thực nghiệm Cũng vì lý

ddo trên mã tại Việt Nam va các nước dang phát triển, việc thiết kế mới bánh công tác

vẫn chưa thể thực hiện, thay vào đó là xử lý bánh công tắc tuabin cũ hỏng bằng cách

"phục hồi hoặc chế tạo thay thé bánh công tác tuabin với thiết ké tương tự bánh công tác.

sẵn thay thể (quy tình thiết kế ngược)

2.2 Quy trình phục hồi bánh công tác tuabin

221 Phân loại và đánh giá tình trạng hong bánh công tác

Quy tình phục hồi bánh công tác tabin được áp dụng cho bánh công tác tuabin đã bịphí hủy và mòn tuy nhiên chưa hoàn toàn, có nguy co hỏng nếu tgp tục sử dụngNgoài ra do cánh bị mòn nên biên dạng không còn đúng vớ thiết kế dẫn đến việc ảnhhưởng đến hiệu suất sản sinh của bánh công tác bị giảm đi so với thiết kể Dạng minthường rất da dang bao gồm:

+ Môn nhẹ ở biên dạng cánh, chân cánh và moay ơ: ở dang này về ea bản chưa xuất

thhiện những phá hủy quả lớn tuy nhiên cỏ nhiều vất lõm, môn có thể nhìn thấy bingmắt thường (Hình 2-2.a)

+ Môn nhiễu, có nhiễu vất lam và rách sâu: cánh xuất hiện nhiều vét mòn sâu, thậm

rách từ nhỏ đến lớn Vi

hỏng cao (Hình 2-2.b)

chí có nhiều ví dang này hiệu suất giảm rõ rột và có nguy co

D Mon nhiều xuất hiện nhiều vắt lõm, rách

Hình 2-2 Dạng hỏng bảnh công tác tuabin

322 Quy trình phục hôi bánh công tác tuabin

Các bước phục hồi bảnh công tác taabin được minh hoa Hình 2-3 Xuất phát từ hiện

trạng của bánh công tác việc đánh giá và quyết định phương án xử lý phục hỏi là rat

«quan trọng, điều này ảnh hường lớn đến kết quả sau phục hồi Tuy nhiễn vé cơ bảnviệc phục hồi được tiễn hành theo các bước như sau:

+) Lay mẫu bánh công tác tuabin: bánh công tác tuabin sau khi được tháo khỏi tỏ máy

sẽ được đánh giá bởi đội ngũ chuyên môn để im nguyên nhân hư hỏng, đồng thời mấy

quết 3D (Hình 2-4) được sử dụng đẻ lấy dữ liệu cánh cần phục hồi dưới dạng STL Dữ

liệu này sau đó được sử dụng để chuyển đổi thành dữ liệu 3D bằng các phần mm

chuyên dùng (Rapid Form, Geomagie Design X, )

+) Thidt ké phục hỏi bánh công tác: dữ liệu 3D quét được từ bánh công tác tuabin hưhông rõ rằng không còn đúng với biên dạng nguyên bản, do đó cần phải được thiết kếchính sửa lại sao cho biên dạng gần với nguyên bản nhất đồng thời đảm bảo công suấtcủa tổ máy Bằng những kỹ thuật về đồng chảy và thủy lực, các Lí cánh

của tuabin được chiara và thiết kế theo nhiều mặt cắt Các mặt cắt này sau đó bằng kỹ

thuật chuyển gốc tọa độ (matrix transformation) để tạo thành biên dạng 3D có sự nối

tiếp mượt mà tir các mặt cắt Sau cùng biên dạng cảnh 3D thiết kế được hoàn thiện vàlip ghép với các chỉ it khác để ạo thành bảnh công tắc hoàn chỉnh (Hình 2-5)

+) Phục

đầu và dữ li

rink công tác tuahin bằng các biện pháp công nghệ: từ dữ liệu quét banthiết kế phục hồi, bánh công tác được phân tích và lên phương ấn phụchồi nguyên dang ban đầu Với các vị trí còn đảm bảo độ dày sẽ được hàn đắp dé đạt độ.dây, với những vịt không thể hàn dip sẽ được cit bò và sử dụng các tim kim loi có

‘cing mác thép và hàn đắp vào biên dang Cũng từ ban vẽ thiết kế phục hồi các dưỡng

kiểm được chế tạo sao cho cỏ thé kiểm tra bé mặt rong và ngoài của cánh có phù hợpvới tiết kế, Các dưỡng này sau đồ được sử dụng để kiểm tra nặt cánh sau khi hàn

và mài để đạt biên dang mong muốn Bên việc phục hồi các lá cánh, phần moay ơ,

trực then cũng sẽ được phục hồi bằng các biện pháp tương tự và tiện ễ đạ ích thước

như thiết kế (Hình 2-6)

++) Gia công tình bánh công tác: sau khi bánh công tác được gia công cho gin với biên

dạng thiết kế bao gồm việc hàn đắp, mài và tiện gia công vành moay ơ của bánh công

tic, các la cánh sẽ được mài tinh để biên dạng đảm bio đúng với dưỡng kiểm, đồng

th mặt các lá cánh đạt độ nhẫn theo yêu cầu của bánh công tắc.

+) Cân bằng tinh: bánh công tác được đặt trên đồ gá chuyên dùng, sau đó các lá cánh.tiếp tục được mài sửa sao cho vừa dim bảo độ chính xác và độ cân bằng trên toàn bộ cánh Thao tác này đảm bảo tránh phát sinh ra lực ly tâm khi bánh công tác làm việc,

+ Lắp đặt, vận hành, đồ kiễm đữ liệu: binh công tác được vận chuyên đến nơi sử dựng,lắp đặt vào tổ máy và vận hành Kết quả sau đó được đo lại dé đánh giá công suất có dat như âu, Trường hợp cin chỉnh sửa cánh sẽ được đưa về phân ích, đánh giá đểhiệu chỉnh cho đến khi dạt được công suit thi kế

Hình 2-3 Quy trình phục hồi bánh công tác tuabin

18

Biche óc

Hình 3-5, Thi lẻ dã liệu 3D Pain công tác tuaBin

Hinh 2-6 Phục hồi bánh công tác bằng các biện pháp công nghệ

2.3 Quy trình thiết kế, chế tạo bánh công tác thay thể mới

Quy trình được áp dụng cho các bánh công tác không có khả năng phục hồi, hoặc mắt

nhiều thời gian để phục hồi nhưng đem lại hiệu quá không cao và dễ xảy ra những hỏnghóc Trong trường hợp này cũng giống như khi phục hồi binh công tác để có đầy đủ

dữ liệu phục vụ cho việc gia công chế tạo việc tiếp cận ban đầu cũng được tiến hànhtương tự Hình 2-7 thể hiện quá trình chế tạo bánh công tác thay thé mới Cụ thể cácbước bao gồm:

+) Léy mẫu bánh công tắc tuabin cũ hỏng: tương tự như trong quy trình phục hồi, đỡ liệu cánh được thu lại bằng máy quét 3D sau đó chuyển thành dạng mô hình 3D từ dang file quét STL.

+) THÁI kế phụe hồi bảnh công tá mabin: kết hợp đữ liệu 3D của bánh công tác vàcác kỹ thuật về thủy lực, bánh công tác được thiết kế lại để dim bảo gần với nguyênbản thiết kế ban đầu

+) Tên quy trình dic phối lá cánh: từ bản vẽ các lá cánh của bánh công tic, áp dụng kỹthuật về gia công chế tạo để xác định lương dự cần thiết và lập được bản vẽ phôi lí

cánh Lượng dur cần được thiết lập sao cho phải đảm bảo đủ lượng dự gia công và khử

được hết sai số do quá tình đúc để lại Phối đúc sau đó được kiểm tra chất lượng, kiểmtra ngoại quan đảm bảo trước khi đưa di gia công tiếp theo.

+) Phuc hat bảnh công tác bằng các phương pháp công nghệ: việc gia công được bit

du từ các lí cánh, moay ơ trên và dưới, ỗ lip try, rãnh then rên lỗ, Trong đó việc giasông Ié cảnh được thực hiện hoàn tn thủ công bằng phương pháp mii, sau đó đượckiểm theo dưỡng dé đảm bảo độ chính xác Phần moay ơ được gia công trên các may công cụ như tiện, xoe để đảm bảo kích thước, Moay ơ và các lá cánh sau đó được hin lại với nhau để tạo thành bánh công tác Hình 2-8 mình họa biện pháp công nghệ giacông bánh công tác thay thể mới

+4) Gia công tinh: bánh công tác sau khi hàn phần tiếp giáp giữa lí cánh và moay ơ xuất

hiện nhiều đường han với bé mặt cần được mài nhẫn, đồng thời vẫn đảm bao độ chắc.

chắn liên kết giữa lá cánh bà moay 0.

+) Cân bằng tĩnh: được thực hiện trên đồ gi chuyên dùng, sau đó được mai sửa sao cho

49 cân bằng của cánh được đảm bảo,

+4) Lap đặt vận hành, đo đạc thông số: bánh công tác sau khi hoàn thiện được chuyểncđến tổ máy và tiến hành lắp đặt Theo sau đó là đo đạc và đánh giá công suất đạt được,khả năng đáp ứng so với nhu cầu thực tế Những vấn đề phát sinh sẽ được xử lý tai nơi

sử dụng hoặc chuyền về nơi sản xuất sao cho đảm bảo yêu cầu kỹ thuật đã dat ra đốivới bánh công tắc.

Như vậy quy tình ché ạo bánh công tá tuabïn mới thay th có tính phúc tạp và yêucầu kỹ thuật cao hơn nhiều so với quy trình phục hôi Đặc biệt với phương pháp tạohình lá cánh thủ công bing phương pháp mai cảng dai hồi sức lao động của con người

nhưng năng xuất dem lại vẫn còn rất nhiều hạn chế Điều này đòi hỏi edn có một

phương pháp cho hiệu quả năng xuất cao hơn, đồng thời sự ôn định về mặt chất lượng

càng trở nên cắp thie,

22

“Phối lá cánh Mà heo, Láánh

đường

Gia công _ˆ Chỉ tiết hoàn.

Phôi moay 0 car gor >

Hình 2-8 Phục hồi bánh công tác bằng các biện pháp công nghệ

2.4 Ứng dụng CAD/CAM/CNC trong gia công bánh công tác tuabin

“Tùy vio điều kiện trang thiết bị công nghệ ma bánh công tác tuabin được gia công chếtao theo một số cánh như sa

+ Gia công trên miy CNC 5 tục từ phối nguyên khỏi: hằng phương pháp này mô hình

3D được chuyển sang phần mềm lập trình gia công CNC dé lập trình gia công, sau đó.

dữ liêu lập tinh được chuyển qua máy CNC 5 trục (Hình 2-9)

~ Yêu cầu kỹ thuật cao trong việc gia công, đo kiểm.

~_ Giá thành cao, tốn kém vậtliệu do lượng dự lớn

+ Khó khăn khi công các bánh công tác có kích thước lớn.

Tập tình gia công CNC Gia công trên may CNC 5 tục

“Hình 2-9, Lập trình và gia công bánh công tác Tuabin trên máy CNC 5 trục + Gia có ng trên máy CNC 3 trục: với may CNC 3 trục việc gia công cánh nguyên khối

là không thé thực hiện do biên dang cánh rất phúc tạp, do đồ biện php được thực hiệnbằng cánh gia công từng phần và ghép với nhau bằng phương pháp han Cụ thể được.tình bày theo Hình 2-7, phương pháp đúc được áp dụng để tạo phôi các chỉ tiết trênbánh công tác (các lá cánh, moay 0) chỉ tết phôi này sau đó được gia công theo bản vẽ và hàn ghép lại với nhau Tiếp theo được mài vả gia công tinh thành bánh công tác hoàn chỉnh

# Ubdiểm

= Bu tư trang thiết bị may móc rẻ hơn

Gia công được bảnh công tác lớn do việc gia công được thực hiện từng phần

= Yêu cầu thấp hơn vé kỹ thuật lập trình gia công

~_ Giảm thiểu lượng dư gia công => tiết kiệm vật liệu hơn

+ Nhược điểm

~_ Tốn nhiễu thời gian cho công tác chuẩn bị, gia công

-_ Độ chính xác kém hơn do phải hin ghép các chỉ it

~ Phải xử lý để tránh lỗi phát sinh do các biện pháp công nghệ sinh ra (rổ khí do đúc

hay han, cong vénh biển dang hàn, sai lệch do đồ gá hàn )

Chị iết trước hàn

“Cảnh han ghép hoàn chink

Hình 2-10 Gia công bánh công tác sử dung may CNC 3 trực

2.5 Phân tích lựa chọn quy trình chế tạo bánh công tác

+ Đầu tr trang thiết bị đất tiền

+ Vận hành phức tạp và tốn kém

+ Khó khăn trong việc gia công chỉ tiết lớn do máy 5 trục thường bị han chị

kích thước

“Trong khi đó việc sử dụng máy CNC 3 trục ở Việt Nam hiện đang được ứng dụng khá

rng rãi, bên cạnh đỏ may CNC 3 trục dang thể hiện được những thé mạnh như sau:

+ Đầu tư trang thiết bị vừa phải

+ Vận hành tương đối đơn giản và đã được sử đụng một cách phổ biển

+ Có thể gia công được những bánh công tác lớn do máy 3 trục có phạm vílâm việc lớn hơn, đặc biệt nếu chế tạo kết hợp công nghệ han cảng làm tăng kích thước bánh công tác ma máy có thé gia công.

h Dựa vào những điểm phân tác giá quyết định lựa chọn hướng sử dụng máy

CNC 3 trục cho đ tài này nhằm đảm bảo tính kinh t và hiệu quả trong quá tỉnh thực

hiện Quy trình được mô tả trong hình 2-7 và 2-8 trong đỏ việc gia công các lá cánh.

được thực hiện trên máy CNC 3 trụ thay vì mài thi công bằng tay (lấn kém về thôigian va công sức).

CHƯƠNG 3 CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG QUY TRÌNH GIA CONG CHE TẠO.BANH CÔNG TÁC TUABIN 700KW CHO NHÀ MAY THỦY ĐIỆN COC SAN

HẠ - LÀO CAL

3⁄1 Thông số và yêu cầu kỹ thuật cánh tuabin

Đổi tượng cần lập quy trình gia công trong dé tài này là bánh công tác được sử dụng.trong nhà máy thủy điện Cốc San Hạ - Lào Cai, các thông số của bánh công tác được trình biy trong bang 3.1

Bảng 3.1 Thông số kg thuật bánh công ác

lội dung thông số “Thông số kỹ thuật.

++ DG cân bằng sau gia công <25

Bánh công tác không bị cong vềnh, biển dạng nhiệt do hàn, không bị khuyết tật đúc|

rổ xi.)

Bang 3.2 Thành phần vật liệu bánh công tác

© |S TM TP S | G | Ni | Mo | Kha

006 | T00 | 100 | 005 OOF 115:10|4555|0IL0| 06

Ũ trang bánh công tác : do bánh công tác được sử dụng ở nơi cỏ nhiễu hạt mi trong nước nên bị mon và hỏng nghiêm trọng, các lá cảnh hằu như đã mồn gn hết

đồng thời mỗi liên kết với moay o da sắp đất ở nhiễu cánh Bên cạnh đổ trên vành moayxuất hiện nhiều vết lõm sâu và không thể phục hồi Hình 3-1 mô tả hiện trang bánhcông tác cũ hỏng cần thay thé

Hình 3-3 Bản về 3D bánh công tác Tuabin3.2 Trang thiết bị sử dụng phục vụ cho để tài

3.2.1 Máy phay CNC Kamioka VMC-850

May phay CNC sử dụng trong để ti là máy phay CNC tự động 3 trục Kamioka

VMC-850, Máy có khả năng gia công biên dạng 2.5D và 3D tốt trên các vật liệu thép va gang.Thong số kỹ thuật máy được tình bảy trong bảng 32 Máy được trang bị cho trung

tâm thực hành cơ khí ~ Khoa Cơ khí - Trường Đại học Thủy Lợi.

30

Bảng 3.3 Thông số máy phay CNC 3 trục VMC-850

Ma dung thông số hông số kỹ thuật

Hành trình X/Y/Z (mm) 350/550/550 ích thước bản máy (mm) 1000x600 Khả năng tải của bin máy (Ke) 600

[Tốc độ trục chính tối đa (vong/phiit) 8,000

Loại biu kẹp dao BT40

Khoảng cách từ trục chính đến trụ trượt

(mm) 90-640

[Tbe độ cắt của máy 1~10000[tốc độ chạy dao nhanh X/Y/Z (mm/ph) 30,000/30,000/24,000

Đường kính dao tối đa (mm) 80

Chiểu dài dao tối da (mm) 300

Khoi lượng dao tối da (Ke) 7

Công suất máy (KVA) 20

Kích thước máy (Dai x Rồng x Cao) 2,650%2,200x2,550

Tình 3-4 Máy phay 3.2.2 Máy quét 3D ACTOS CORE 300

ONC 3 trục Kamioka VMC-850

Để hỗ trợ quá trình ga đặt, ie biệt là kiểm tra kích thước của lá cảnh trước và sau quá

trình gia công máy quét 3D được sử dụng mang thương hiệu GOM có xuất xứ từ Đức Máy hiện tại được trang bị cho phòng thí nghiệt Kỹ thuật đo, thuộc bộ môn Côngnghệ Cơ khí ~ Trường Đại học Thủy Lợi Thông số kỹ thuật của máy được tinh bay

hoảng cich hoại động 440mm.

Khoảng cách các difm Tôm (015mm)

hỗi lượng mấy Bo Ke

iện áp sử dụng 90~230V

i độ vẫn hành #4088

hà năng quốt shỉiế 2D, 3D phe tạp

Độ nhân gi sâm biến 3Mm