浅谈水轮机座环的现场加工

浅谈水轮机座环的现场加工

随着机组从国外的引进，机组的形式逐渐开始多样化，机组的安装方法也日新月异。座环现场加工作为大型机组所特有的工序，其加工的方法也在不断出新。大型混流式水轮机座环现场加工，实质上就是制造工厂在现场进行一些加工工作。

标签：水轮机座环；现场加工；加工方法

目前一些大型水轮机的座环结构是由6瓣组成的焊接结构形式，与顶盖、底环配合高度，依靠配合垫片调整。此类座环外型尺寸大，重量大。三峡机组座环，景洪机组座环等均为此类设计结构。因其具有以上的特点，所以现场安装存在着一定的优势和合理性，便于提高安装的精度。

1 现场加工的内容、设备、要求及流程

1.1 现场加工主要内容：①座环上、下环板内环面加工；②座环下法兰与底环联接面的平面加工；③座环下法兰底环立面的加工调整，主要工作是调节孔钻孔，沉孔锪平面；④座环上法兰与顶盖连接的平面及立面的加工，主要加工内容包括螺栓孔钻孔、攻丝，沉孔锪平面，定位锥销孔钻孔、铰孔；⑤座环下法兰与底环连接的加工，主要加工内容包括螺栓孔钻孔、攻丝，沉孔锪平面，定位锥销孔钻孔、铰孔。

1.2 现场加工的所需设备：①座环上下环板内环面加工采用切割中心柱、半自动火焰切割机切割后用角磨机打磨；②座环下法兰面锪平面及钻孔采用摇臂钻床和液压磁座钻；③座环上法兰面锪平面及钻床采用液压磁力钻。

1.3 现场加工的要求：座环的中心和高程是水轮发电机组安装的基准，因此座环加工的精度将直接影响座机组安装的质量。座环现场加工主要控制指标：座环上下环板半径尺寸，座环上下法兰面距离尺寸，座环下法兰面与基础法兰面距离尺寸，底环顶盖调整垫顶面径向水平度允许偏差，周向水平度允许偏差，上下止漏环同轴度允许偏差，导叶端面间隙允许偏差等。

1.4 现场施工的流程：组距中心（高程测定），切割中心柱的安装与调试，上下环板加工余量确定，座环上、下环板内环面切割与打磨，底环调整孔及沉孔的加工、调整垫配制，底环预装、连接螺孔号孔，底环连接螺孔加工，底环精调、定位销孔加工，8个导叶及顶端盖的吊装调整、螺栓孔号孔，上法兰面螺栓孔钻孔、攻丝，顶盖调整垫配置，顶盖定位销钉孔加工。

2 现场加工的方法

座环现场加工的主要内容包括对基础环法兰面的平面加工和座环上的环板与顶盖连接法兰面的平面及内圆等。

根据水轮机导水机构结构形式的不同，目前大型水轮机座环现场加工的方法可分整体铣削和局部惚平加工两种。国内大型水轮机座环现场加工方法以整体铣削加工法居多，像我国著名的三峡工程，三峡左岸VGS机组就是采用该方法，我国其他水电站如三峡右岸、龙滩、水布娅、小浪底、隔河岩、二滩、天生桥工级等电站的加工也采用此方法；我国国内大型水轮机座环现场加工局部惚平加工法较少，只有少数几家水电站如三峡左岸ALSTOM机组、洪家渡电站的加工采用。这两种方法比传统的座环现场人工打磨方法更省时增效，节省劳动力和减轻劳动强度，易于保证机组安装精度，保证现场加工质量。

整体铣削加工方法：先进行机组安装中心的确定。在机坑中央挂线用电测法测量，测量记录基础环部的尾水管上口和线的同心度，当悬线调整到基础环部的尾水管上口最合适的位置时，就将悬线的中心位置定为机组安装的中心位置。其次是确定机组安装高程。固定导叶中心线的高程由精密水准仪测量，测量后记下数据，将记下的数据计算出平均值，机组安装高程基准的基准就以此平均值决定。此后是上、下环板内环面加工余量的确定。在机坑中央仍是采用悬线电测法，当上、下环板内环面的半径在16点位置时，它的加工余量就可得知，即为设计半径与测量半径的差值。接下来确定平面与圆的加工余量。根据之前得到的座环上、下环板面的实测高程，机组安装的基准高程，固定导叶中心线至座环上、下环板面的距离，顶盖抗磨面至安装面的实际距离，活动导叶的实际高度，活动导叶上端部的间隙、设计总间隙，不均匀系数等实测数据和计算公式计算出座环上、下环板环带加工余量；基础环法兰环带加工余量的计算根据基础环法兰面的实测高程、机组安装的基准高程、固定导叶中心线到基础环法兰面的距离这些数据计算得出。最后一步是进行加工设备的安装与调试。立式专用铣床对座环现场整体铣削按照自上而下的加工顺序加工。粗加工进刀量是0.2～0.6mm，精加工进刀量要求少于0.2mm。

采用现场整体铣削加工进行大型水轮机座环加工，加工工程量大，工期长。需要操作工，辅助工等工种，加工的工作量较大，一般工程采用三班倒工作制度，加工前还要进行铣床安装、调试。铣床的安装质量决定座环的加工质量，因此要对铣床安装采取足够的重视，要计算好铣床支座的的高程才能够对铣床进行固定安装；铣床的调整包括铣床的中心位置、横梁水平度、立柱垂直度、铣头刀盘水平度等，以保证各个加工面的中心、加工平面的轴向水平度、加工平面的同心度、加工平面的径向水平，从而保证铣床的调整精度，满足加工面的精度。

局部惚平加工方法：对座环垫片加工厚度的确定要在测量前应对机坑进行清扫工作以防止测量误差对测量结果准确性的影响从而影响机座的安装。清扫完毕后在座环下法兰面布置16块临时垫块，厚度按要求。局部惚平加工采用小型液压驱动机床或大型摇臂钻床进行局部惚平加工，采用这种做法，座环现场加工更加简单。

3 水轮机座环现场加工的意义

虽然座环现场加工存在一定弊端，如整体铣削加工方法占用机组安装工期，

增加现场工作量，需要安装铣床，但对蜗壳焊接与混凝土浇筑产生的变形采用现场加工可以避免，更重要的是，机组安装的精度提高了，工程质量得到了保证，减少了安全故障和经济损失。

现场座环加工是座环可靠性的重要保障。基础环和座环焊接后运往工作地点，在运输颠簸、碰撞过程工件易产生变形，为确保基础环与底环、顶盖与座环的正确、可靠联接以及正确的机组轴线和导叶端面间隙符合设计要求，必须对座环的各连接面等进行现场加工。

现场座环加工减轻了运输过程中的负担，由于水电站工程大，材料体积很大，材料质量也大。例如三峡电站VGS座环的高度最大高达3573mm，最大内经达14500mm，其他大型水电站的水轮机机座环的尺寸与上文提到的水轮机座环大小也差不多；再从质量上看，例如三峡左岸电站座环共有六瓣，每瓣的重量就重达60吨左右，总质量约为345吨，用普通的运输方式根本做不到把如此大、如此重的货物运输到目的地。如果加工好后运输到工作地，对运输来说是一种很大的困难。而且方便座环、基础环、顶盖、底环等在异地制造，分厂选购，有利于各种材料择优选择。

比传统的座环现场人工打磨方法更节省劳动力，生产成本，而且劳动安全性提高，节约时间提高生产效率，最为重要的是增加机组安装精度，现场安装可以保证大型水轮机座环的精度，如加工的圆度偏差远小于0.50毫米，满足精度要求。

4 结语

水轮机座环现场加工常用整体铣削加工和局部惚平加工两种方法，水轮机座环具有外形尺寸大，质量大，机组安装精度高、安装技术复杂等特点，从而适应现场加工。国内许多大型水利工程对水轮机座环加工都采用现场加工形式。

参考文献

[1]肖汉，徐大桥，何念民.三峡左岸电站VGS水轮机基础环/座环现场加工[J].水电站机电技术.2003年第01期.

[2]李军.大型混流式水轮机座环现场加工方法[J].水电站机电技术.2008年第04期.

[3]何毅，冯黎明，韦强.景洪水电站水轮机座环现场加工[J].水力发电.2008年第04期.