淺談水輪機座環(huán)的現(xiàn)場加工

摘 要：隨著機組從國外的引進，機組的形式逐漸開始多樣化，機組的安裝方法也日新月異。座環(huán)現(xiàn)場加工作為大型機組所特有的工序，其加工的方法也在不斷出新。大型混流式水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工，實質(zhì)上就是制造工廠在現(xiàn)場進行一些加工工作。

關(guān)鍵詞：水輪機座環(huán)；現(xiàn)場加工；加工方法

目前一些大型水輪機的座環(huán)結(jié)構(gòu)是由6瓣組成的焊接結(jié)構(gòu)形式，與頂蓋、底環(huán)配合高度，依靠配合墊片調(diào)整。此類座環(huán)外型尺寸大，重量大。三峽機組座環(huán)，景洪機組座環(huán)等均為此類設計結(jié)構(gòu)。因其具有以上的特點，所以現(xiàn)場安裝存在著一定的優(yōu)勢和合理性，便于提高安裝的精度。

1 現(xiàn)場加工的內(nèi)容、設備、要求及流程

1.1 現(xiàn)場加工主要內(nèi)容：①座環(huán)上、下環(huán)板內(nèi)環(huán)面加工；②座環(huán)下法蘭與底環(huán)聯(lián)接面的平面加工；③座環(huán)下法蘭底環(huán)立面的加工調(diào)整，主要工作是調(diào)節(jié)孔鉆孔，沉孔锪平面；④座環(huán)上法蘭與頂蓋連接的平面及立面的加工，主要加工內(nèi)容包括螺栓孔鉆孔、攻絲，沉孔锪平面，定位錐銷孔鉆孔、鉸孔；⑤座環(huán)下法蘭與底環(huán)連接的加工，主要加工內(nèi)容包括螺栓孔鉆孔、攻絲，沉孔锪平面，定位錐銷孔鉆孔、鉸孔。

1.2 現(xiàn)場加工的所需設備：①座環(huán)上下環(huán)板內(nèi)環(huán)面加工采用切割中心柱、半自動火焰切割機切割后用角磨機打磨；②座環(huán)下法蘭面锪平面及鉆孔采用搖臂鉆床和液壓磁座鉆；③座環(huán)上法蘭面锪平面及鉆床采用液壓磁力鉆。

1.3 現(xiàn)場加工的要求：座環(huán)的中心和高程是水輪發(fā)電機組安裝的基準，因此座環(huán)加工的精度將直接影響座機組安裝的質(zhì)量。座環(huán)現(xiàn)場加工主要控制指標：座環(huán)上下環(huán)板半徑尺寸，座環(huán)上下法蘭面距離尺寸，座環(huán)下法蘭面與基礎法蘭面距離尺寸，底環(huán)頂蓋調(diào)整墊頂面徑向水平度允許偏差，周向水平度允許偏差，上下止漏環(huán)同軸度允許偏差，導葉端面間隙允許偏差等。

1.4 現(xiàn)場施工的流程：組距中心（高程測定），切割中心柱的安裝與調(diào)試，上下環(huán)板加工余量確定，座環(huán)上、下環(huán)板內(nèi)環(huán)面切割與打磨，底環(huán)調(diào)整孔及沉孔的加工、調(diào)整墊配制，底環(huán)預裝、連接螺孔號孔，底環(huán)連接螺孔加工，底環(huán)精調(diào)、定位銷孔加工，8個導葉及頂端蓋的吊裝調(diào)整、螺栓孔號孔，上法蘭面螺栓孔鉆孔、攻絲，頂蓋調(diào)整墊配置，頂蓋定位銷釘孔加工。

2 現(xiàn)場加工的方法

座環(huán)現(xiàn)場加工的主要內(nèi)容包括對基礎環(huán)法蘭面的平面加工和座環(huán)上的環(huán)板與頂蓋連接法蘭面的平面及內(nèi)圓等。

根據(jù)水輪機導水機構(gòu)結(jié)構(gòu)形式的不同，目前大型水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工的方法可分整體銑削和局部惚平加工兩種。國內(nèi)大型水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工方法以整體銑削加工法居多，像我國著名的三峽工程，三峽左岸VGS機組就是采用該方法，我國其他水電站如三峽右岸、龍灘、水布婭、小浪底、隔河巖、二灘、天生橋工級等電站的加工也采用此方法；我國國內(nèi)大型水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工局部惚平加工法較少，只有少數(shù)幾家水電站如三峽左岸ALSTOM機組、洪家渡電站的加工采用。這兩種方法比傳統(tǒng)的座環(huán)現(xiàn)場人工打磨方法更省時增效，節(jié)省勞動力和減輕勞動強度，易于保證機組安裝精度，保證現(xiàn)場加工質(zhì)量。

整體銑削加工方法：先進行機組安裝中心的確定。在機坑中央掛線用電測法測量，測量記錄基礎環(huán)部的尾水管上口和線的同心度，當懸線調(diào)整到基礎環(huán)部的尾水管上口最合適的位置時，就將懸線的中心位置定為機組安裝的中心位置。其次是確定機組安裝高程。固定導葉中心線的高程由精密水準儀測量，測量后記下數(shù)據(jù)，將記下的數(shù)據(jù)計算出平均值，機組安裝高程基準的基準就以此平均值決定。此后是上、下環(huán)板內(nèi)環(huán)面加工余量的確定。在機坑中央仍是采用懸線電測法，當上、下環(huán)板內(nèi)環(huán)面的半徑在16點位置時，它的加工余量就可得知，即為設計半徑與測量半徑的差值。接下來確定平面與圓的加工余量。根據(jù)之前得到的座環(huán)上、下環(huán)板面的實測高程，機組安裝的基準高程，固定導葉中心線至座環(huán)上、下環(huán)板面的距離，頂蓋抗磨面至安裝面的實際距離，活動導葉的實際高度，活動導葉上端部的間隙、設計總間隙，不均勻系數(shù)等實測數(shù)據(jù)和計算公式計算出座環(huán)上、下環(huán)板環(huán)帶加工余量；基礎環(huán)法蘭環(huán)帶加工余量的計算根據(jù)基礎環(huán)法蘭面的實測高程、機組安裝的基準高程、固定導葉中心線到基礎環(huán)法蘭面的距離這些數(shù)據(jù)計算得出。最后一步是進行加工設備的安裝與調(diào)試。立式專用銑床對座環(huán)現(xiàn)場整體銑削按照自上而下的加工順序加工。粗加工進刀量是0.2～0.6mm，精加工進刀量要求少于0.2mm。

采用現(xiàn)場整體銑削加工進行大型水輪機座環(huán)加工，加工工程量大，工期長。需要操作工，輔助工等工種，加工的工作量較大，一般工程采用三班倒工作制度，加工前還要進行銑床安裝、調(diào)試。銑床的安裝質(zhì)量決定座環(huán)的加工質(zhì)量，因此要對銑床安裝采取足夠的重視，要計算好銑床支座的的高程才能夠?qū)︺姶策M行固定安裝；銑床的調(diào)整包括銑床的中心位置、橫梁水平度、立柱垂直度、銑頭刀盤水平度等，以保證各個加工面的中心、加工平面的軸向水平度、加工平面的同心度、加工平面的徑向水平，從而保證銑床的調(diào)整精度，滿足加工面的精度。

局部惚平加工方法：對座環(huán)墊片加工厚度的確定要在測量前應對機坑進行清掃工作以防止測量誤差對測量結(jié)果準確性的影響從而影響機座的安裝。清掃完畢后在座環(huán)下法蘭面布置16塊臨時墊塊，厚度按要求。局部惚平加工采用小型液壓驅(qū)動機床或大型搖臂鉆床進行局部惚平加工，采用這種做法，座環(huán)現(xiàn)場加工更加簡單。

3 水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工的意義

雖然座環(huán)現(xiàn)場加工存在一定弊端，如整體銑削加工方法占用機組安裝工期，增加現(xiàn)場工作量，需要安裝銑床，但對蝸殼焊接與混凝土澆筑產(chǎn)生的變形采用現(xiàn)場加工可以避免，更重要的是，機組安裝的精度提高了，工程質(zhì)量得到了保證，減少了安全故障和經(jīng)濟損失。

現(xiàn)場座環(huán)加工是座環(huán)可靠性的重要保障。基礎環(huán)和座環(huán)焊接后運往工作地點，在運輸顛簸、碰撞過程工件易產(chǎn)生變形，為確?；A環(huán)與底環(huán)、頂蓋與座環(huán)的正確、可靠聯(lián)接以及正確的機組軸線和導葉端面間隙符合設計要求，必須對座環(huán)的各連接面等進行現(xiàn)場加工。

現(xiàn)場座環(huán)加工減輕了運輸過程中的負擔，由于水電站工程大，材料體積很大，材料質(zhì)量也大。例如三峽電站VGS座環(huán)的高度最大高達3573mm，最大內(nèi)經(jīng)達14500mm，其他大型水電站的水輪機機座環(huán)的尺寸與上文提到的水輪機座環(huán)大小也差不多；再從質(zhì)量上看，例如三峽左岸電站座環(huán)共有六瓣，每瓣的重量就重達60噸左右，總質(zhì)量約為345噸，用普通的運輸方式根本做不到把如此大、如此重的貨物運輸?shù)侥康牡?。如果加工好后運輸?shù)焦ぷ鞯?，對運輸來說是一種很大的困難。而且方便座環(huán)、基礎環(huán)、頂蓋、底環(huán)等在異地制造，分廠選購，有利于各種材料擇優(yōu)選擇。

比傳統(tǒng)的座環(huán)現(xiàn)場人工打磨方法更節(jié)省勞動力，生產(chǎn)成本，而且勞動安全性提高，節(jié)約時間提高生產(chǎn)效率，最為重要的是增加機組安裝精度，現(xiàn)場安裝可以保證大型水輪機座環(huán)的精度，如加工的圓度偏差遠小于0.50毫米，滿足精度要求。

4 結(jié)語

水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工常用整體銑削加工和局部惚平加工兩種方法，水輪機座環(huán)具有外形尺寸大，質(zhì)量大，機組安裝精度高、安裝技術(shù)復雜等特點，從而適應現(xiàn)場加工。國內(nèi)許多大型水利工程對水輪機座環(huán)加工都采用現(xiàn)場加工形式。

參考文獻

[1]肖漢，徐大橋，何念民.三峽左岸電站VGS水輪機基礎環(huán)/座環(huán)現(xiàn)場加工[J].水電站機電技術(shù).2003年第01期.

[2]李軍.大型混流式水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工方法[J].水電站機電技術(shù).2008年第04期.

[3]何毅，馮黎明，韋強.景洪水電站水輪機座環(huán)現(xiàn)場加工[J].水力發(fā)電.2008年第04期.