金沙水電站大型座環(huán)現(xiàn)場加工方法分析

沙列爾 雷戰(zhàn) 王學林

摘要：為了控制金沙水電站座環(huán)在制造、運輸、安裝、混凝土澆筑過程中的變形、位移，保證其安裝精度，采取現(xiàn)場整體加工座環(huán)方式后，導水機構(gòu)的各項技術參數(shù)、頂蓋、底環(huán)中心、高程均滿足設計圖紙要求，為后續(xù)機組安裝質(zhì)量和機組安全穩(wěn)定運行奠定了堅實基礎。同時，從金沙水電站座環(huán)結(jié)構(gòu)、技術特點、加工設備安裝調(diào)試、加工工藝、設計分析、技術經(jīng)驗總結(jié)等方面進行了全面論述。研究成果可為大型水電站類似設備現(xiàn)場整體加工提供借鑒。

關鍵詞：大型座環(huán); 現(xiàn)場加工; 粗加工; 精加工; 金沙水電站

中圖法分類號：TV547.3 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.012

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0056 - 04

0 引 言

金沙水電站水輪發(fā)電機機組為軸流轉(zhuǎn)槳式，轉(zhuǎn)輪直徑10 650 mm，重量408 t，是全球在建最大的轉(zhuǎn)輪，其座環(huán)由上環(huán)、固定導葉、下環(huán)、座環(huán)基礎埋件及附件組成。目前，水輪發(fā)電機組裝機容量和座環(huán)尺寸均越來越大，安裝精度要求也越來越高，為控制座環(huán)在制造、運輸、安裝、混凝土澆筑過程中的變形，保證機組安裝精度，普遍采用了現(xiàn)場加工技術[1-3]。

金沙水電站4臺14萬kW機組座環(huán)均采用現(xiàn)場加工，加工后座環(huán)的各項技術指標滿足要求。主要從座環(huán)加工設備安裝調(diào)試、加工工藝、數(shù)據(jù)測量和分析等方面進行了研究總結(jié)。該加工技術在金沙水電站的成功應用，為大型水輪機組座環(huán)現(xiàn)場加工積累了寶貴的施工技術管理經(jīng)驗，同時提高了大型水輪機組座環(huán)現(xiàn)場加工的安裝效率和質(zhì)量，可為其他水電站座環(huán)現(xiàn)場加工提供借鑒。

1 現(xiàn)場加工主要要點及技術參數(shù)

座環(huán)上環(huán)與外頂蓋接觸工作面需現(xiàn)場加工，設計加工余量為12 mm，加工數(shù)據(jù)φ允許在14 730～15 130 mm范圍內(nèi)，且需現(xiàn)場配鉆螺栓孔及錐銷孔;下環(huán)與底環(huán)接觸工作面及側(cè)水封位置需要現(xiàn)場加工，其中側(cè)水封位置設計加工余量為15 mm，加工數(shù)據(jù)φ為14 670 mm（+15 mm），與底環(huán)接觸工作面加工余量為13 mm，加工數(shù)據(jù)φ允許在12 833～13 153 mm。

2 機床安裝及調(diào)試

機床安裝調(diào)試步驟： ① 安裝下支撐工位;② 安裝平面托和下軸承支撐;③ 吊刀臂裝夾緊座;④ 安裝上支撐工裝;⑤ 安裝主軸;⑥ 安裝上軸承支撐;⑦ 安裝刀臂夾緊座和拉桿;⑧ 安裝刀臂;⑨ 安裝配重臂;⑩ 安裝輔助支撐;11 將輔助支撐固定在刀臂上;12 刀臂安裝2級配重臂;13 安裝上支撐工裝另兩個支撐腿;14 安裝主軸箱：15 精確調(diào)整機床;16 安裝刀架;17 安裝電機和減速機;18 接線和空轉(zhuǎn)試機。所有安裝步驟完成后，檢查所有連接螺栓是否緊固好。檢查無異常后接通線路，啟動機床空轉(zhuǎn)30 min，檢查機床空轉(zhuǎn)情況是否正常。檢查正常后方可切削加工。機床安裝示意見圖1。

3 座環(huán)加工

3.1 加工前準備

（1） 開始加工前，熟悉圖紙，詳細了解加工要求。

（2） 設備在試運行后，需檢查螺栓，確保各螺栓處于緊固狀態(tài)，避免加工時松動而影響加工質(zhì)量[4]。

（3） 設備試運行后需復驗，即在機床空轉(zhuǎn)檢測完畢后重新找正加工工件，檢測機床空轉(zhuǎn)過程中是否移位。

（4） 以已劃好的加工線位為基準，在刀架上安裝劃針，旋轉(zhuǎn)主軸4個點各90°，觀察劃針所指位置是否與劃線位置重合;或以轉(zhuǎn)輪室內(nèi)孔為基準，在刀架上安裝百分表，旋轉(zhuǎn)主軸4個點各90°，測出主軸在這4個點上的跳動數(shù)值并做記錄。如果跳動數(shù)值超差未能滿足加工要求，則需根據(jù)測量數(shù)據(jù)重新微調(diào)設備至與加工孔同心。在刀臂上放置框式水平儀，旋轉(zhuǎn)主軸4個點各90°，根據(jù)框式水平儀4點的讀數(shù)測出設備的水平度，如果數(shù)據(jù)不在合格范圍內(nèi)，即未能滿足加工要求，則需根據(jù)測量數(shù)據(jù)重新微調(diào)設備的水平度。

（5） 設備安裝調(diào)試復驗完成后需要報驗，檢測合格后方可進行下一步工作。

（6） 測量座環(huán)各加工位置的余量是否滿足加工要求[5]。

（7） 在刀架上安裝百分表，旋轉(zhuǎn)主軸一周，測量加工平面的最高、最低點，確定兩者的數(shù)值差是否在所留加工余量的范圍內(nèi)，或依據(jù)測量的最低點，測量兩個最低點的軸向距離是否滿足圖紙要求。

3.2 加工座環(huán)下環(huán)平面

機床安裝調(diào)試好后，裝上刀具先進行粗加工。粗加工第一刀時，最大吃刀量為2.0 mm，粗加工完成后留2.0～3.0 mm的余量進行半精加工和精加工[6]。用2.0 m平尺放置在加工平面上，用塞尺測量加工面的平面度，需要進行多段測量。用框式水平儀測量加工面的水平度。根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定加工是否能夠滿足要求，否則則需重新微調(diào)設備。粗加工報驗合格后進行半精加工，半精加工留余量0.8～1.0 mm進行精加工。用同樣的方法測量加工面的平面度和水平度。如果加工超量，則此檢測值為半精加工的數(shù)控補償依據(jù)。半精加工完成后進行精加工，方法同上，或利用平面度測量儀測量加工表面的平面度。利用粗糙度測量儀測量加工表面的粗糙度，檢驗合格后出具檢驗報告。

3.3 加工座環(huán)側(cè)水封面

在座環(huán)下環(huán)加工完成后，無需重新安裝調(diào)試設備，直接將車刀架安裝在滑板上，再安裝輔助刀桿后即可對座環(huán)側(cè)水封面進行加工。第一刀時最大吃刀量為2.0 mm，粗加工完成后留2.0～3.0 mm的余量進行半精加工和精加工。在刀架上安裝百分表旋轉(zhuǎn)主軸一周，檢測內(nèi)孔的圓度以及內(nèi)孔與主軸的通軸度，根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定加工是否能夠滿足要求，如不能則需重新微調(diào)設備。粗加工報驗合格后進行半精加工，半精加工留余量0.8～1.0 mm進行精加工。半精加工后的檢測方法同上，同時須測量并標記跳動值最大的點，再標記位置測量出圓環(huán)的厚度尺寸，并計算實際的加工余量。半精加工完成后進行精加工，方法與半精加工相同，并計算其實際尺寸，或用內(nèi)徑千分尺以主軸為基準測量其半徑尺寸，直徑尺寸則為主軸直徑加2倍內(nèi)徑千分尺數(shù)值。利用粗糙度測量儀測量加工表面的粗糙度，檢驗合格后出具檢驗報告。

3.4 加工座環(huán)上環(huán)平面

座環(huán)上環(huán)平面加工工藝與3.2座環(huán)下環(huán)平面加工工藝相同。

4 座環(huán)加工后數(shù)據(jù)測量方法分析

對于金沙水電站1號機組座環(huán)加工，平面加工后的測量方式：將水平尺放置在加工平面上，用塞尺測量加工面的平面度，需要進行多段測量，檢查平面度合格后，在加工平面分布24個測點，通過高精度水準儀測量數(shù)值[7-8]。上下環(huán)面開檔測量方式：上下環(huán)加工完成后，將2 m平尺放置在上環(huán)加工平面并固定牢靠，再用框式水平儀測量;水平尺安裝水平控制在0.02 mm/m后，再用內(nèi)徑千分尺測量分布在上下環(huán)開檔尺寸24個點的測值，各部位數(shù)據(jù)均滿足設計圖紙技術要求[9]。詳細數(shù)據(jù)見表1～4。座環(huán)上下環(huán)面開檔加工后數(shù)據(jù)測量示意見圖2。

5 經(jīng)驗小結(jié)

（1） 座環(huán)下環(huán)與底環(huán)密封面的加工采取銑削動力頭水平布置、回轉(zhuǎn)走刀完成加工，實際完成面是球面不是圓柱面 ，但能滿足密封要求。建議該面采用車削加工，完全達到設計圖紙要求。

（2） 座環(huán)下環(huán)與底環(huán)安裝基準面、座環(huán)上環(huán)與外頂蓋安裝基準面時，因回轉(zhuǎn)機架存在輕微擾度，銑削動力頭的安裝考慮增加消除擾度影響的措施，效果更好。

（3） 外頂蓋在機組回轉(zhuǎn)部件（水輪機轉(zhuǎn)輪、主軸，發(fā)電機轉(zhuǎn)子）裝配完成后會產(chǎn)生下沉，在1號機組回轉(zhuǎn)部件安裝完成后，需準確測量座環(huán)下環(huán)與底環(huán)密封面及座環(huán)上環(huán)與外頂蓋安裝基準面間的距離值變化，用以指導2，3，4號機座環(huán)下環(huán)與底環(huán)密封面及座環(huán)上環(huán)與外頂蓋安裝基準面的加工，保證座環(huán)下環(huán)與底環(huán)密封面及座環(huán)上環(huán)與外頂蓋安裝基準面的最優(yōu)距離。

（4） 環(huán)境溫度變化大時，要掌握加工面的熱脹冷縮變化量，每天相對固定時間段測量數(shù)據(jù)，便于減小因環(huán)境引起的加工誤差。

（5） 為消除人為原因造成的加工誤差，每次需2人進行數(shù)據(jù)測量，確保數(shù)據(jù)準確。

6 結(jié) 語

金沙水電站軸流轉(zhuǎn)槳式1號機組均采用座環(huán)現(xiàn)場整體加工技術，通過合理、緊湊安排工序，縮短直線工期21 d，座環(huán)加工后各項技術指標均滿足技術要求。同時，1號機組順利投產(chǎn)運行，各項運行參數(shù)優(yōu)良、無滲漏現(xiàn)象，達到了預期設定目標;創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟效益;培養(yǎng)了一批大型水輪機組座環(huán)現(xiàn)場加工施工管理、技術人員，進一步提升了水電站管理水平，可為今后大型水電站類似設備現(xiàn)場整體加工提供經(jīng)驗參考。

參考文獻：

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[9] GB/T8564-2003 水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范[S].

（編輯：唐湘茜）

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