三峡左岸电站VGS水轮机基础环座环加工(何2)

三峡左岸电站VGS水轮机基础环/座环现场加工
肖汉徐大桥何念民
中国水电八局三峡机电制造安装项目部，湖北宜昌，443133
摘要三峡左岸电站共安装14台单机容量为700MW的水轮发电机组，其中6台为VGS联营体供货，其余8台为ALSTOM供货。

由于VGS机组座环尺寸大（Φ14492×4265mm）、重量重（约382t），只有在现场组焊后进行现场加工。

本文根据2#机组基础环/座环的现场加工，阐述了大尺寸座环的现场加工工艺，并总结了部分经验供大家参考。

关键词三峡电站基础环/座环现场加工
1
三峡左岸电站水轮机座环由于其尺寸大（Φ14492×4265mm），重量重（约382t），分6瓣运输至工地后现场组焊，调整安装并在浇混凝土浇筑后对座环与顶盖和底环的联接面等进行现场加工。

基础环和座环在现场组焊，焊接后工件有变形，而且座环、基础环、顶盖、底环等在异地制造，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。

2、基础环/ 座环现场加工内容
基础环 / 座环的现场加工主要内容包括：
（1）基础环法兰面的平面加工；
（2）座环上环板与顶盖联接法兰面的平面及立面加工；
（3）座环下法兰与底环联接面的平面加工；
（4）座环下环板立面加工；
（5）座环与顶盖的联接共168个M80×6螺栓孔的钻孔、攻丝以及定位24个φ60mm锥销孔的钻孔、铰孔；
（6）座环与底环的联接共72个M64×6螺栓孔的钻孔、攻丝和定位96个φ50mm锥销孔的钻孔、铰孔，以及24个φ25mm排水孔的钻孔和加工等。

基础环 / 座环的现场加工的主要部位见图1。

3、现场加工要求
座环的中心、高程等是水轮发电机组安装的基准，因此，座环加工的精度直接影响到机组安装的质量。

基础环/座环现场加工主要控制指标有：座环上下法兰面距离尺寸为3525±；座环下法兰面与基础环法兰面距离尺寸为1846±；加工平面径向水平度允许偏差为，周向水平度允许偏差为；下环板内环面直径为φ12300±；上环板内环面直径为φ12308mm。

平面、立面及密封槽加工采用便携式铣床，其结构见下图2；孔的加工采用专用钻床，均由ＶＧＳ提供。

5、加工流程
机组中心/高程测定→铣床安装、调试→各加工部位加工余量确定→座环下法兰表面及环带加工→座环下环板内环面加工→座环上环板内环面加工→座环上环板表面加工→座环上环板密封槽加工→基础环法兰环带加工→总体检查验收→铣床拆卸、吊出机坑→底环预装→底环联接螺栓孔及销钉孔加工→8个导叶及顶盖的吊装、调整→顶盖联接螺栓孔及销钉孔加工。

6、铣床安装
铣床的安装质量直接关系到加工质量的好坏。

铣床铣臂长达，中心柱高；整个铣床由铣臂、铣头、中心柱、操作控制箱、下机座、上支撑几部分组成，它将承担座环上下法兰面，上下环板立面，上法兰密封槽，下法兰环带和基础环法兰面的加工任务，为了满足座环加工的要求，铣床安装工艺要求非常严格。

下机座安装高程线在尾水锥管上的公差为±,中心偏差为±，中心柱垂直度为m。

将下机座支撑的基础板中心线全部标记在尾水锥管上，再在尾水锥管上的中心线高程处焊接一块基础板，然后将机座吊装到位，再将下机座支撑的基础板一块块地调整到位焊接，利用八条支腿粗调铣床
下机座中心。

调整好后，将支腿锁定螺栓锁定牢固。

用内径千分尺测量锥管上的中心样点和中心销柱的距离，利用中心调整装置将下机座精调到机组中心，其半径偏差，从而保证了中心偏差在±0. 15mm 以内。

安装中心柱，安装上支架，调整上支架八条支腿，粗调铣床中心柱的垂直度，安装铣臂和控制部分，最后精调中心柱的垂直度。

由于中心柱的垂直度要求m ，无法直接测量。

我们就转换思路，用框式水平仪检查铣臂在圆周上的水平来代替中心柱的垂直度测量，这样既简单又准确，速度很快，安装时在四个方 ▼53.234m高程
电动机
中心调整装置
铣床下支腿与底盘
齿轮齿盘
丝杠
动力头
中心柱动力头轨道
铣头
可拆卸支臂
支臂
铣床上支腿
7、 控制样点设置
（1）机组安装高程
用精密水准仪测量并记录全部24个固定导叶中心线的高程，计算出平均值，以此平均值作为导水机构安装中心线，即机组安装高程基准。

（2）高程样点设置
加工带球形头的钢制样点，固定在基础环内壁、固定导叶中心线附近、座环上环板待加工表面外侧的合适位置。

用精密水准仪将机组安装高程分别转移到这些样点上，记录样点的高程数据。

基础环内壁上的样点将作为水轮机安装的高程基准样点，其它则作为过程测量和校核样点。

（3）中心确定
测量基础环内壁至钢琴线的距离，反复调整求心器，求出基础环的最佳中心，再复核基础环的半径。

8、 确定加工余量
（1）座环平面加工余量确定
在待加工面圆周上均布32个测量点，并根据待加工表面的径向尺寸，确定座环上环板待加工表面径向测量两点（A 和B 点）；座环下法兰待加工表面径向测量四点（C 、D 、E 、F 点），用精密水准仪测量座环上环板、座环下法兰待加工表面各测量点的高程，根据设计高程及设计尺寸链，确定测量数据大于设计值即为加工余量。

2#机座环上环板、下法兰及基础环法兰面加工余量分别见图4、5、6。

0.00
4.50
9.00
13.50
18.00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
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15
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17
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20
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26
27
28
29
30
31
32
A B
图4 座环上环板平面加工余量
0.00
4.00
8.00
12.00
16.00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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12
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23
24
25
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27
28
29
30
31
32
C D E
F
图5 座环下法兰平面加工余量
0.00
5.00
10.00
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
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28
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30
31
32
图6 基础环平面加工余量
（2）座环上、下环板内环面的加工余量
由于此处加工公差比较大（~2mm ），故挂钢琴线用钢卷尺测量半径值即可确定加工余量。

测量加工余量时，用钢制画笔在上、下环板表面做出终加工尺寸标记。

9、 座环加工
（1）座环下法兰面加工
未加工的座环下法兰面是不平的，2#机下法兰面加工前最高点与最低点之差为，加工余量最大，所以先要对法兰面进行粗加工，当加工余量还有2mm 左右时进行半精加工，一是检查调整铣床的水平，二是将法兰面削平，为最后的精加工作准备。

座环下法兰面有1100mm 米宽，除去环带还要加工5圈，首先加工内圈作为基准面，然后压线加工其它面，并用平尺和框式水平仪检查。

当加工余量只剩1mm 时进行精加工，此时先加工，再加工，再加工，再加工，再加工，用电子水准仪测量水平，然后加工高点，另为加工余量，最后测量验收，座环下法兰面要求测量4圈，每圈32点。

基础环法兰面测量一圈，每圈
32点。

（2）环带加工
环带加工要求相对较低，将半径的样点放置在下法兰面上，然后将行走速度调到3档以下，铣头转速调到4档，慢慢进刀，用深度尺测量其深度，在1~2mm时停止轴向进刀，慢慢提高行走速度至4档。

注意接刀时应无台阶。

（3）座环上法兰面加工
座环上法兰面加工方法与下法兰面相同，上法兰面宽220mm，测量2圈，每圈32个点，不同之处就是上法兰面有高度限制，要求与下法兰面的高差偏差在之内，其高差由导叶高度、顶盖高度、底环厚度决定，高差确定之后，加工时用电子水准仪测量其高差，只剩时只加工高点，加工一遍后测量一遍，再加工一遍高点，直到所有点达到要求，然后用内径千分尺和平尺进行校核。

（4）座环立面加工
座环上下环板的立面都要经过加工，其加工方法与水平法兰面基本相同，只是铣刀刀片的切削部位由底部变成了立面，由于刀片大小的限制，轴向每次只能进刀10~15mm，径向进刀小于15mm，这样从上到下一圈一圈加工，精加工时径向进刀应小于1mm，行走速度不能超过档，转速不低于3档。

（5）盘根槽加工
盘根槽也是用此铣床加工，把铣头换成加工盘根槽的专用小铣头，由于是φ14的铣刀，因此要加工两圈，根据铣床的行走方向和铣头的旋转方向，应当先加工内圈，然后加工外圈。

在加工时首先用铣刀垂直加工一个~深的孔，然后让铣臂行走速度从0档起步，要非常缓慢，不然会将铣刀折断，加工一整圈40m最好不要停，以免在起步时损失铣刀。

在行走过程中要跟着测量槽深，随时调整进刀量，最后一圈时要压缝，而且要测量槽宽。

（6）基础环的加工
基础环的设计高程为，调整好铣床，按图纸加工到设计高程，测量加工面的高程和水平，直到满足要求。

（7）座环下法兰连接孔（与底环结合面）的加工
（a）预钻销孔、螺孔
按照图纸要求，将自制的钻孔平台吊入机坑，放置在底环上。

吊入专用钻床并调整其水平和位置。

分别预钻孔至Φ销孔/Φ螺孔。

（b）铰锥销孔
把Φ的锥销孔铰到终加工尺寸Φ50mm，用安装销钉检查。

（c）螺孔攻丝
使用专用钻床，将钻好的Φ螺孔倒角，并攻螺纹到终加工尺寸M64×6mm，用安装螺栓检查；
(8) 座环上环板连接孔（与顶盖）的加工
（a）预钻销孔、螺孔
顶盖吊入机坑，调整好其安装方位，使用专用钻床，预钻定位螺孔至Φ25mm，钻销孔至Φ。

（b）铰铣6个定位销孔
使用专用钻床，铰铣均匀对称分布的6个锥销孔到终加工尺寸Φ60mm，用安装销钉检查。

（c）螺孔攻丝
在顶盖吊出机坑后。

按照图纸要求，将钻孔平台吊入机坑，放置在底环上；吊入专用钻床并调整其水平和位置；将螺孔定位孔扩钻至Φ；将扩钻好的螺孔倒角，攻螺纹到终加工尺寸M80×6mm，用安装螺栓检查。

（d）铰铣其余定位销孔
在顶盖正式安装后，并拧紧所有顶盖螺栓。

使用专用钻床，铰锥销孔到终加工尺寸Φ60mm，用安装销钉检查并安装销钉。

10、加工数据分析
座环下法兰面加工数据
座环下法兰面加工后高程测量数据见图7，图中C、D、E、F为法兰面的4个周向测量环带。

座环下法兰面设计高程，允许±，周向水平允许偏差，径向水平偏差。

测量数据统计分析见表1，由表中可看出，除径向水平度轻微超标外，高程、周向水平度等均满足设计要求。

座环下法兰面径向1100mm宽，半径从到，最终加工要求周向水平，径向。

而与下法兰面组合的底环下平面的平面度为，这样就有可能在安装时出现的间隙，为了不上这种情况的发生，我们在加工过程中尽可能的使座环下法兰面1100mm的环带的水平小于。

从而满足安装要求。

C D E F
55.07930
55.07925
55.07920
55.07915
55.07910
55.07905
55.07900
55.07895
55.07890
1234567891011121314151617181920212223242526272829303132
图7 座环下法兰面终加工后高程
表1 座环下法兰面加工数据统计表单位：mm
部位 C D E F C-D C-E C-F D-E D-F E-F
最大值
最小值
平均值0
高程偏差~ ~ ~ ~
周向水平
径向水平
座环上法兰加工后高程测量数据见图8，图中A、B为法兰面的2个周向测量环带。

座环上法兰面设
计高程，确保座环上法兰与下法兰的距离为3525±，周向水平允许偏差，径向水平偏差。

测量数据统计分析见表2，由表中可看出，高程、周向水平度及径向水平度等均满足设计要求。

58.60400
58.6041058.6042058.6043058.6044058.604501
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
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18
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20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
B
A
图8 座环上法兰面终加工后高程
表2 座环上法兰加工数据统计表 单位：mm
部 位 A B A-B 最大值 最小值 平均值 高程偏差 ~ ~ 周向水平 径向水平
基础环法兰面加工后高程测量数据见图9。

基础环法兰面设计高程，确保座环下法兰与基础环加工面的距离为1846±，周向水平允许偏差。

测量数据统计分析见表3，由表中可看出，高程、周向水平度等均满足设计要求。

53.23315
53.2332053.2332553.2333053.2333553.2334053.2334553.2335053.233551
2
3
4
5
6
7
8
91011121314151617181920212223242526272829303132
系列1
图9 基础环法兰面终加工后高程
表3 基础环法兰加工数据统计表 单位：mm
部 位 A 最大值 最小值 平均值 高程偏差 ~ 周向水平
与座环下法兰面的距离平均偏差
11、加工经验总结
如此大尺寸的座环现场加工，在国内乃至世界的水电史上尚属首次，而且，加工精度要求高，如何确保加工质量，是一个重要的探讨课题，我们经过三峡左岸电站2#机座环的现场加工，并针对加工中遇到的问题进行了总结，简述如下：
（1）确保加工设备的稳定性，这要求加工设备本身有足够的刚度。

由于加工的直径大，铣床的悬臂长，在2#机座环前期加工中，铣床的加工头跳动较大，加工面波浪度最大达，针对这一问题我们采取对铣床加工臂进行上、下斜拉圆钢加固后，满足了加工要求。

（2）选择合适的加工参数，粗加工采用大进给量、低切削速度及大切削量，而精加工采用小进给量、高切削速度及小切削量，以及采用多次加工方法，减少切削力及切削热的产生。

（3）采用精确的测量仪器测量。

2#机座环加工中，我们舍弃了传统的测量工具，采用了高精度水准仪、千分尺和框式水平仪等精密测量工具，从而保证了测量数据的可靠性。

（4）正确的测量方法。

采用多次测量、增加测量点的方法来保证测量数据的准确性，并采用千分尺及高精度水准仪等测量仪器测量并相互校核测量数据，保证了测量数据的准确性。

（5）加工设备的定期维护及检查，确保加工设备始终处于良好工况。

12、结束语
2#机基础环/座环现场加工切屑重量达，最大切削厚度达，最大加工直径达φ12768mm，从铣床安装至加工完成验收共历时3个月。

加工后进行导水机构的安装，底环与座环下法兰面、顶盖与座环上法兰面配合良好，各导叶的端面间隙符合设计要求；现2#机已投入商业运行，机组运行正常。

由此可见，基础环/座环现场加工是成功的，加工方法是正确的，加工精度是能满足设计要求的，从而，创造了我国水电建设中座环现场加工之最，为今后其他大型水电站类式设备的加工提供了可借鉴的经验。

[作者简介]：肖汉（1973-），男，中国水电八局三峡机电安装项目部机械工程师，主要从事水电站水轮发电机组水力机械设备安装及调试技术工作。

[作者简介]：徐大桥（1975-），男，中国水电八局三峡机电安装项目部机械工程师，主要从事水电站水轮发电机组水力机械设备安装及调试技术工作。

[作者简介]：何念民（1970-），男，中国水电八局三峡机电安装项目部机械工程师，主要从事水电站水轮发电机组水力机械设备安装及调试技术工作。

[通讯地址]：湖北宜昌三峡坝区中国水电八局三峡机电安装项目部
443133。