混流式水輪機長短葉片轉(zhuǎn)輪制造技術(shù)

金小鋒

（東芝水電設(shè)備有限公司，杭州 310012）

混流式水輪機轉(zhuǎn)輪目前的形式大概有兩種，一種是常規(guī)葉片，另一種是長短葉片類型。在相同情況下，長短葉片結(jié)合的轉(zhuǎn)輪較常規(guī)轉(zhuǎn)輪的流速和壓力分布更合理、性能更優(yōu)。

東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司承接的大盈江電站水輪機轉(zhuǎn)輪直徑Φ4000mm，采用15張長葉片和15張短葉片，葉片出水邊區(qū)域間距極?。ㄒ姼綀D），短葉片出水邊間距為120.3mm，長葉片出水邊間距為88.5mm，按常規(guī)制作方法根本沒有空間進行焊接及打磨，而且設(shè)計要求葉片型線公差為±2.5mm，因此該轉(zhuǎn)輪制作難度較大。

圖1 某轉(zhuǎn)輪葉片間距示意圖

1 轉(zhuǎn)輪特性

轉(zhuǎn)輪進口直徑：4000mm

轉(zhuǎn)輪高度：1500mm

轉(zhuǎn)輪重量：30噸

轉(zhuǎn)輪葉片形式：15張長葉片、15張短葉片

轉(zhuǎn)輪材質(zhì)：ZG06Cr16Ni5Mo

2 轉(zhuǎn)輪制作流程

為了保證該轉(zhuǎn)輪能夠進行焊接及打磨焊縫，并且保證焊接質(zhì)量，通過等大小轉(zhuǎn)輪木制模型，將下環(huán)分割后，模擬焊接空間，最終確定將下環(huán)分為A+B兩段，將轉(zhuǎn)輪組焊過程分為實行三次組裝、三次焊接的組焊方法。

2.1 短葉片及下環(huán)A的組焊

上冠置于組裝支墩上，上冠過流面上劃出葉片組裝位置線。15張短葉片按配重后的位置吊裝就位，用葉片調(diào)整螺栓工裝到位后固定。吊裝下環(huán)A。

圖4 制作流程圖

為使焊接后上冠與下環(huán)的高程尺寸滿足要求，組裝時預(yù)留高程方向上收縮余量。

3D測量儀根據(jù)葉片3D模型測量點位置，預(yù)估變形趨勢，采用反變形方法調(diào)整每張葉片空間組裝位置。

圖6 轉(zhuǎn)輪加強環(huán)及支撐示意圖

短葉片尺寸調(diào)整到位后，進行加固焊接。

上冠、下環(huán)外圓側(cè)安裝加強環(huán)，防止焊接過程中出現(xiàn)波浪變形。

焊接過程中監(jiān)控上冠、下環(huán)高程尺寸，并在上冠與下環(huán)間加支撐管，控制高程尺寸防止收縮過量。

圖2 轉(zhuǎn)輪外觀圖

圖3 轉(zhuǎn)輪平面圖

圖5 下環(huán)A與短葉片組裝示意圖

短葉片焊縫按圖明確劃出圓角大小及圓角漸變區(qū)域，用風(fēng)動砂輪打磨機進行打磨。

2.2 長葉片的組焊

圖7 長葉片組裝示意圖

長葉片按整體配重后位置進行吊裝，如長葉片坡口與下環(huán)A有干涉部位，用打磨方法去除。

3D測量儀調(diào)整葉片尺寸后進行加固焊接。因焊接空間限制，長葉片的填充焊接在工裝上完成。

圖8 轉(zhuǎn)輪垂直置于滾輪臺車示意圖

焊接完成之后轉(zhuǎn)輪吊下工裝，平放狀態(tài)進行打磨。

2.3 下環(huán)B的組焊

吊裝下環(huán)B，控制下環(huán)B與上冠同軸度。焊接下環(huán)B與下環(huán)A的環(huán)焊縫，焊接時采用分段退焊。

3 轉(zhuǎn)輪尺寸控制

轉(zhuǎn)輪葉片的葉型尺寸圖紙要求公差為±2.5mm，轉(zhuǎn)輪整個制作工序較多，經(jīng)過三次組裝、三次焊接，葉片變形復(fù)雜，為了達到葉型要求，采用3D測量儀進行葉型的測量和過程監(jiān)控。

通過3D測量儀測量調(diào)整葉片尺寸，保證葉片的實際位置與預(yù)設(shè)反變形設(shè)定位置的最終一致，測量精度可以達到0.1mm以下。在葉片的焊接過程中監(jiān)控葉型尺寸，如測出葉型超差馬上改變焊接順序或者采取其他措施糾正。

圖10 3D測量儀使用圖

轉(zhuǎn)輪在整個焊接過程中，上冠下環(huán)過流面高程尺寸會發(fā)生焊接收縮變形，所以在轉(zhuǎn)輪制作過程中參考以往的經(jīng)驗高程預(yù)留了+4～+5mm的收縮余量。經(jīng)過實際的跟蹤測量，轉(zhuǎn)輪整個制作過程中尺寸變化都在受控狀態(tài)下。尺寸變化見表1。

圖11 測量點位示意圖

表1 轉(zhuǎn)輪在各個制作階段尺寸記錄

4 轉(zhuǎn)輪焊接質(zhì)量控制

4.1 焊接材料及焊接設(shè)備

轉(zhuǎn)輪的材質(zhì)為ZG06Cr16Ni5Mo，轉(zhuǎn)輪焊接時采用同材質(zhì)的不銹鋼藥芯焊絲進行焊接。

焊接設(shè)備采用全數(shù)字式IGBT逆變控制CO2/MAG自動焊接機

4.2 焊接方法

葉片與上冠、下環(huán)焊縫的焊透區(qū)域打底采用兩人同時對稱鎢極氬弧焊焊接。此種焊接方法不需要進行清根作業(yè)，能更好地控制轉(zhuǎn)輪焊縫的質(zhì)量及焊接變形。

焊接過程中采用十字對稱施焊，每條焊縫采用多層多道焊接。

4.3 焊接過程溫度控制

轉(zhuǎn)輪的母材為馬氏體不銹鋼，如果溫度控制不良，極易產(chǎn)生冷裂紋。在轉(zhuǎn)輪焊接過程中采用磁性硅橡膠加熱片貼于轉(zhuǎn)輪表面，用熱電偶及電子溫控設(shè)備，控制轉(zhuǎn)輪整體溫度在60℃左右。

5 結(jié)語

混流式水輪機的轉(zhuǎn)輪為長短葉片，焊接空間狹小，可將下環(huán)分為兩段，先將短葉片與下環(huán)A、上冠進行組焊，再組焊長葉片，最后組焊下環(huán)B。組裝時上下環(huán)過流面高程留出焊縮量和葉片反變形量。在組焊長葉片過程中將轉(zhuǎn)輪垂直豎起后進行焊接以改善焊接空間位置。長短葉片轉(zhuǎn)輪制作成功，開拓了轉(zhuǎn)輪制作的一種新方法，為同類型的轉(zhuǎn)輪制作提供了經(jīng)驗。

[1]DL/T 5071-1997 混流式水輪機分瓣轉(zhuǎn)輪組裝焊接工藝導(dǎo)則 [S].