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摘要：我公司一根轴式水轮发电机组，其推力头和滑转子等环类件需要立轴热套。在历史项目制造过程中，多次发生因环类件倾斜、环类件与主轴键槽定位不准导致的质量问题。发生质量问题后只能将高温环类件拔出，降温后分别进行修理，再次进行加热，每次加热耗时久，重复热套过程，存在很大的质量风险，极大影响了生产效率。本文详细介绍一种基于TRIZ理论研究新型热套方式及设备的理论分析过程及实际使用情况。
关键词：水轮发电机；主轴；环类件热套；热套装置；TRIZ；发明原理；技术矛盾
1 引言
悬式水轮发电机转子主轴结构多采用一根轴的结构型式，通过将推力头、滑转子等环类件热套于主轴后进行同车，以保证推力头、滑转子与主轴的同心度。因此，推力头、滑转子等环类件的热套质量便成为了影响主轴加工质量的关键因素之一。
目前主轴推力头热套安装均采用传统立式热套方案，该方案过程可控性较差，热套精度和质量难于保证，其存在的问题与不足突出体现在以下几个方面：
1）操作平台距离地面高度高（约6米），加之推力头温度较高（约160℃），操作不便；
2）采用吊车平吊推力头下落，可控性较差；
3）无法检测键槽与键的对齐情况，采用视觉观察，定位差；
2 应用TRIZ理论的问题分析过程
2.1 因果分析法——五个“为什么”
要解决问题必须找出问题的根本原因，而不是问题本身。通过识别因果关系链，来对热套过程发生问题的根本原因进行识别，见表1。
表1 五个“为什么”分析
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由上表我们可以得出结论：推力头与主轴热套时发生拉伤与缺乏有效的热套手段关系密切。
2.2 物场分析
标准物场模型是由两个物质和一个场共三个元素所构成的完全的、最小的系统，是一种用图形表达问题的复合语言用来揭示系统的功能，描述系统中不同元素之间发生的不足的、有害的、过度的和不需要的各种相互作用。
对于上述效应不足的完整模型，其3个元素齐全，但功能未有效实现或实现的不足，即物质S2对物质S1的作用是有效不充分的作用。
3 应用TRIZ理论的问题求解过程
3.1 物场模型求解
根据G.S.Altshuller的标准解理论体系，共有76条标准解，运用标准解中“利用更易控制的场替代”原理，需增加物质S3或增加另一个场F2来强化有用效应。针对推力头热套这个物场模型的求解，我们采用对物质S2进行变异而得到新的物质S3，即开发一种新的升降装置S3来替代吊车的作用，并改善热套操作过程中的精确定位、下落稳定性、人员安全性等问题。
3.2 技术矛盾求解
当技术系统中两个参数之间存在着相互制约、此消彼长的情况时，就产生了技术矛盾。解决技术矛盾通常是要利用TRIZ理论中G.S.Altshuller归纳的40条发明原理。
针对本文中推力头热套问题，先在39个工程参数参数中定义出热套过程中的三个工程参数，即，制造精度、可制造性、控制和测量的复杂性。
建立矛盾矩阵，发现要确保热套过程的制造精度和可制造性，就会恶化控制和测量的复杂性。通过查阅G.S.Altshuller矛盾矩阵表寻找化解此矛盾的发明原理，见表2。
表2 G.S.Altshuller矛盾矩阵
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通过以上矛盾矩阵表分析，我们决定采用发明原理14（曲面化原理）、15（动态特性原理）、24（利用中介物原理）来开发出一种新型热套方式及设备。
3.3 物理矛盾求解过程
所谓物理矛盾就是针对系统的某个参数，提出两种不同的要求。当对一个特定系统的某个参数提出具有相反要求时，就出现了物理矛盾。
在热套装置开发过程中，遇到的一个物理矛盾是，既要满足热套装置的整体性以保证热套过程的平稳可靠，又要满足热套装置的可调节性以保证定位便捷精确。
解决物理矛盾的核心思想是实现矛盾双方的分离，包括：空间分离、时间分离、条件分离和系统级别分离。
针对热套设备的开发及实际使用需求，经过分析，采用时间分离的方法解决物理矛盾，即在准备过程中可调节满足定位需求，在热套过程中可固定为整体满足热套过程平稳可靠的需求。
3.4 G.S.Altshuller发明原理应用过程
3.4.1 曲面化原理
应用曲面化原理中“将线性运动取代以转动”方法，取代不可控的吊车吊落。在装置设计时采用丝杠采用丝杠升降装置，取代吊车平吊推力头下落的方式，可控性大大提高4。
3.4.2 动态特性原理
应用动态特性原理中“分割物体，使其各部分可以改变相对位置”“如果一个物体整体是静止的，使之移动或可动”等方法，在保证升降装置整体性的前提下，上座能够在周向调节，完成装置与主轴键槽的定位，确保定位精确。
3.4.3 借助中介物原理
应用借助中介物原理中“使用中介物实现所需动作”“把一个物体与另一个容易去除的物体暂时结合”等方法，引入圆筒、工艺键、工艺销等工艺工装，达到快速调节热套装置与主轴同心、热套装置与主轴键槽定位、热套装置与推力头键槽的定位等目的。
4 成果应用及效益
本次热套技术创新，通过TRIZ等创新方法的使用，开发了热套专用装置，制定精细化热套工艺作业流程，为水电行业内首次利用专用装置取代吊车吊落的创新热套工艺。热套技术创新方法获得了第二届全国企业创新方法大赛全国三等奖。
新方法应用于沙大溪、波索项目水轮发电机转子主轴推力头热套工序，推力头一次成功热套到位，推力头热套质量满足设计及工艺要求。推力头套装过程顺利，装置运行平稳，满足一根轴结构转子推力头热套的工艺要求，且极大提高了环类件热套的一次合格率，一次合格率提升至100%。
在日益激烈的市场竞争中，主轴作为水轮发电机组核心部件，其质量受到极大关注。主轴材质为锻件，一般不允许补焊，出口机组要求更为严格，热套新技术也避免了主轴拉伤补焊造成的质量隐患，意义重大。热套质量的提升能很好保证主轴外观及质量，对提高我公司水轮发电机的市场竞争力有较大的促进作用。
参考文献：
[1]林岳.创新方法教程（初级）（第1版）.北京：高等教育出版社2012.