大型水輪機(jī)座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)加工技術(shù)

王石林

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 概述

廣東陽江抽水蓄能電站（以下簡稱陽蓄電站）水輪機(jī)座環(huán)分兩瓣到貨，除了座環(huán)合縫處，其余蝸殼出廠時(shí)已安裝到座環(huán)上。座環(huán)由防抬法蘭、上法蘭、上環(huán)板、下環(huán)板和下法蘭構(gòu)成，座環(huán)最小內(nèi)徑為Φ5 500 mm，座環(huán)總高度為3 141 mm，固定導(dǎo)葉高度為316 mm，工地現(xiàn)場(chǎng)采取打磨方式分別對(duì)上法蘭、上環(huán)板、下環(huán)板和下法蘭面進(jìn)行加工。

2 座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)加工難點(diǎn)分析

（1）座環(huán)尺寸較大，各工作面加工徑向平面度要求≤0.02 mm，周向平面度要求≤0.08 mm，平行度要求≤0.12 mm，各加工面之間高程要求≤0.05 mm，表面粗糙度要求≤3.2 μm，座環(huán)加工精度要求較高。

（2）座環(huán)在工地現(xiàn)場(chǎng)采用半自動(dòng)打磨方式加工，受工期制約，既要保證加工質(zhì)量，又要保證按期完成，加工控制難度大。

3 座環(huán)加工技術(shù)

3.1 準(zhǔn)備工作

（1）編制座環(huán)加工技術(shù)方案，對(duì)參加座環(huán)打磨人員進(jìn)行安全技術(shù)交底。

（2）清干凈機(jī)坑、座環(huán)、底環(huán)、錐管等表面雜物，專用工具將底環(huán)懸掛在機(jī)坑上方。

（3）調(diào)整錐管水平和中心臨時(shí)固定，在錐管上搭設(shè)座環(huán)加工平臺(tái)，做好安全防護(hù)措施。

（4）測(cè)量座環(huán)X、Y軸線上4個(gè)固定導(dǎo)葉中心線高程，計(jì)算平均高程并在固定導(dǎo)葉上標(biāo)記清晰，以平均高程作為座環(huán)加工基準(zhǔn)高程。

（5）座環(huán)加工面周向均分為32等份并編號(hào)[1]，用精密水準(zhǔn)儀檢查加工面各對(duì)應(yīng)點(diǎn)的水平和高程值并做記錄，將檢查數(shù)據(jù)反饋廠家復(fù)核計(jì)算并提供座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)加工量。

3.2 座環(huán)加工設(shè)備安裝

座環(huán)加工設(shè)備由支撐臂、支撐體、中心座、旋轉(zhuǎn)臂、工作臂、磨頭（包含電機(jī)支座、電機(jī)和碗型砂輪[2]）等部分組成，加工設(shè)備由4條支撐臂提供支撐固定，支撐臂由裝焊在預(yù)埋基礎(chǔ)板上的支座提供支撐，在錐管上管口裝有環(huán)板，支撐體底部與環(huán)板間設(shè)有楔子（見圖1）。兩根長短工作臂連接在旋轉(zhuǎn)臂上，根據(jù)加工位置，將磨頭裝到對(duì)應(yīng)工作臂上完成打磨。

圖1 座環(huán)加工設(shè)備安裝示意圖

加工設(shè)備調(diào)整方法如下：

（1）中心調(diào)整：以座環(huán)下環(huán)板鏜口為基準(zhǔn)，在工作臂上架設(shè)百分表，旋轉(zhuǎn)工作臂檢查設(shè)備中心，通過支撐臂徑向頂絲調(diào)整加工設(shè)備與座環(huán)的同軸度，同軸度偏差應(yīng)≤0.4 mm[3]。

（2）垂直度調(diào)整：通過支撐臂軸向頂絲初步調(diào)平旋轉(zhuǎn)臂，然后將工作臂旋轉(zhuǎn)與支撐臂上下對(duì)齊，在長工作臂工作面上徑向放置框式水平儀（見圖1所示），在框式水平儀底部加墊將其調(diào)平。然后將工作臂旋轉(zhuǎn)180°檢查水平儀氣泡偏移方向及格數(shù)，調(diào)整支撐臂軸向頂絲使水平儀氣泡格數(shù)減半，再次旋轉(zhuǎn)工作臂回零位后水平氣泡偏移格數(shù)和方向應(yīng)與180°方向上相同，此時(shí)該方向上中心座便垂直。將工作臂旋轉(zhuǎn)90°用相同方法調(diào)整另一方向上的垂直度合格。四個(gè)方向上的垂直度調(diào)整完后，推動(dòng)工作臂旋轉(zhuǎn)一圈并觀察水平儀氣泡變化范圍應(yīng)不超過1格即0.02 mm[4]。

（3）加工設(shè)備調(diào)整完后，在每個(gè)支撐臂與支座之間用鋼板焊接固定，防止設(shè)備加工過程中發(fā)生移位。最后在支撐體下方和環(huán)板之間塞入楔子，輕敲楔子貼緊即可，將楔子與環(huán)板和楔子之間點(diǎn)焊固定，復(fù)查工作臂在各個(gè)方向上的水平度合格。

（4）磨頭安裝后用框式水平儀分別檢查電機(jī)上端面的徑向和周向水平度偏差宜≤0.02 mm（見圖2）。若電機(jī)水平度超標(biāo)，在電機(jī)支座底部通過加墊調(diào)整，使電機(jī)上平面徑向和周向水平滿足要求。

圖2 電機(jī)垂直度調(diào)整示意圖

3.3 座環(huán)加工要點(diǎn)

座環(huán)加工流程為：上法蘭面加工→上環(huán)板面加工→下環(huán)板面加工→下法蘭面加工→檢查驗(yàn)收，見圖3所示。座環(huán)上法蘭面是整個(gè)座環(huán)加工基準(zhǔn)面，打磨過程中必須嚴(yán)格控制各項(xiàng)尺寸偏差滿足要求。

圖3 座環(huán)剖面示意圖

（1）上法蘭面加工

上法蘭面打磨時(shí)，先進(jìn)行試磨，由工作人員推動(dòng)工作臂轉(zhuǎn)到上法蘭面上的最高點(diǎn)位置，調(diào)整電機(jī)支座上的絲桿，將砂輪片輕微接觸加工面，磨頭離開最高點(diǎn)后啟動(dòng)電機(jī)打磨一圈，檢查上法蘭面與砂輪接觸情況，正常后通過絲桿調(diào)整進(jìn)給量。

座環(huán)正式打磨時(shí)，每打磨1~2圈調(diào)整一次絲桿進(jìn)給量，進(jìn)給量過大易導(dǎo)致電機(jī)卡阻或局部面被燒傷[5]，可觀察火花大小判斷進(jìn)給量。上法蘭面高點(diǎn)找平后，在法蘭面徑向方向上用記號(hào)筆對(duì)稱畫幾條粗直線，打磨一圈檢查直線被磨情況，若直線整體被磨說明砂輪片徑向水平度是好的，若直線只有一端被磨，需要調(diào)整磨頭上的徑向頂絲使砂輪徑向水平。

上法蘭面打磨余量大于0.5 mm，每打磨4~6遍檢查一次；隨著打磨余量的減少，過程檢查次數(shù)相應(yīng)增多；當(dāng)余量小于0.1 mm，減少進(jìn)給量，每打磨一圈檢查一次。每次檢查內(nèi)容包括：上法蘭面徑向平面度、周向平面度、表面粗糙度和H0值，對(duì)存在的偏差及時(shí)進(jìn)行修正，確定下次打磨量。

（2）剩余面加工

座環(huán)剩余面加工按上環(huán)板、下環(huán)板和下法蘭面順序逐層打磨完成（見圖4），磨頭的安裝調(diào)整方法同上。

圖4 剩余面加工示意圖

座環(huán)上環(huán)板面加工以座環(huán)上法蘭面為基準(zhǔn)，加工后的上環(huán)板面的徑向平面度、周向平面度、與上法蘭面的平行度和H1值應(yīng)滿足要求。

座環(huán)下環(huán)板面加工以座環(huán)上法蘭面為基準(zhǔn)，加工后的下環(huán)板面的徑向平面度、周向平面度、與上法蘭面的平行度和H2值應(yīng)滿足要求。注意，下環(huán)板面與上法蘭面的H2值須嚴(yán)格控制，該值影響到后期活動(dòng)導(dǎo)葉端面間隙大小。

座環(huán)下法蘭面加工以座環(huán)上環(huán)板面為基準(zhǔn)，加工后的下法蘭面的徑向平面度、周向平面度、與上環(huán)板面的平行度和H3值應(yīng)滿足要求。

3.4 加工中存在問題及對(duì)策

（1）座環(huán)加工控制不到位，導(dǎo)致加工精度超標(biāo)。解決方法：配置有經(jīng)驗(yàn)的加工人員和技術(shù)人員，設(shè)備的調(diào)整和加工應(yīng)做到精益求精，加工過程應(yīng)勤檢查，及時(shí)消除加工尺寸偏差。

（2）碗型砂輪接觸面積大，摩擦阻力大，電機(jī)發(fā)熱會(huì)導(dǎo)致電機(jī)熱保護(hù)動(dòng)作停機(jī)，影響加工進(jìn)度。解決方法：利用電機(jī)冷卻期間測(cè)量檢查加工數(shù)據(jù)，既保證了加工質(zhì)量得到有效控制，又減少了電機(jī)冷卻浪費(fèi)的時(shí)間。

（3）磨頭更換新砂輪加工后會(huì)出現(xiàn)徑向水平超差現(xiàn)象。解決方法：砂輪更換后，在加工面局部區(qū)域涂一層紅丹粉，打磨一圈檢查砂輪磨削情況，及時(shí)調(diào)整砂輪的徑向水平度消除偏差。因紅丹粉污染大，本文采取按用記號(hào)筆劃粗線方法檢查。

（4）座環(huán)加工環(huán)境較差，有害灰塵較多，存在安全隱患。解決方法：1）工作人員佩戴防塵口罩，適當(dāng)調(diào)整工作時(shí)間或分班制減少工作疲勞度。2）對(duì)磨頭進(jìn)行加裝改造，增加除塵裝置，減少粉塵傷害。

4 結(jié)束語

陽蓄電站3臺(tái)機(jī)座環(huán)按上述打磨工藝加工平均工期為18 d，打磨后各工作面的徑向平面度≤0.02 mm，周向平面度≤0.06 mm，平行度≤0.08 mm，表面粗糙度≤3.2 μm，H0、H1、H2、H3偏差均≤0.05 mm，座環(huán)整體打磨精度超出預(yù)期，加工數(shù)據(jù)供同行們參考和借鑒。