付有泰

（中國(guó)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）

大型水輪機(jī)座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

付有泰

（中國(guó)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）

苗尾水電站為岸邊式明廠房結(jié)構(gòu)，水輪機(jī)座環(huán)工地組焊成整體后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工。本文根據(jù)苗尾水電站座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工的關(guān)鍵工序、控制重點(diǎn)以及加工過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題和原因分析，整理、總結(jié)出大型水輪機(jī)座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工的施工經(jīng)驗(yàn)，以期為同類型水電站借鑒。

水輪機(jī)座環(huán)；現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工；尺寸控制；苗尾水電站

1 概述

苗尾水電站位于云南省大理州云龍縣舊州鎮(zhèn)苗尾村附近瀾滄江河段上，上游與大華橋水電站銜接，下游為功果橋水電站，為明廠房結(jié)構(gòu)。電站裝有4臺(tái)單機(jī)容量為350 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 400 MW。水輪機(jī)座環(huán)的設(shè)計(jì)制造方為東方電機(jī)有限公司，水輪機(jī)座環(huán)由上下環(huán)板和固定導(dǎo)葉組成，受運(yùn)輸條件影響，座環(huán)分6瓣到貨，在工地組焊成整體并進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工。座環(huán)上部為上筒體（即頂蓋支持環(huán)筒），下部為基礎(chǔ)環(huán)，三者組焊成整體后最大外徑為10.74 m，總重192.228 t。座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)一共有6個(gè)機(jī)加工面，分別為底環(huán)基礎(chǔ)面、支持環(huán)上法蘭、座環(huán)下環(huán)板和止口平面、支持環(huán)法蘭內(nèi)圓面以及筒閥導(dǎo)向條。如圖1所示。

圖1 座環(huán)加工面

2 座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工的關(guān)鍵指標(biāo)質(zhì)量控制

苗尾水輪機(jī)座環(huán)加工有六個(gè)關(guān)鍵質(zhì)量控制指標(biāo)，第一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是加工機(jī)床的安裝調(diào)試，其精度直接影響后續(xù)的加工質(zhì)量；第二個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是支持環(huán)上法蘭面水平度，其精度直接影響頂蓋安裝的水平度，水平度不好會(huì)給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)隱患；第三個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是底環(huán)安裝基礎(chǔ)面水平度，其精度直接影響底環(huán)安裝的水平度及活動(dòng)導(dǎo)葉端面間隙，從而影響整個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝質(zhì)量；第四個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是座環(huán)上法蘭面至底環(huán)基礎(chǔ)面的開(kāi)檔距離，其精度將直接影響活動(dòng)導(dǎo)葉端面間隙，端面間隙過(guò)大，活動(dòng)導(dǎo)葉關(guān)閉后漏水量過(guò)大，端面間隙過(guò)小，活動(dòng)導(dǎo)葉在關(guān)閉時(shí)將會(huì)直接與底環(huán)和頂蓋抗磨面發(fā)生刮擦，導(dǎo)致卡阻，使調(diào)速系統(tǒng)失靈而使機(jī)組發(fā)生事故停機(jī)；第五個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是座環(huán)下環(huán)板內(nèi)鏜口止口平面度，其精度直接影響底環(huán)安裝的水平度；第六個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是座環(huán)下環(huán)板內(nèi)鏜口止口平面至底環(huán)基礎(chǔ)面的開(kāi)檔距離，其精度也是直接影響底環(huán)安裝的精度，從而給整個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝質(zhì)量帶來(lái)隱患。

上述六個(gè)關(guān)鍵控制指標(biāo)之間都是相互關(guān)聯(lián)、相互制約的，若是有一個(gè)指標(biāo)不滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范都將不同程度的影響水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝精度，從而給機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)致命的隱患。

2.1 加工機(jī)床的安裝調(diào)試精度控制

加工機(jī)床由上下支撐裝置，主軸箱、主軸、刀臂、托輪裝置、走刀裝置、配重臂、拉桿以及相應(yīng)的自動(dòng)化元件等構(gòu)成。該加工機(jī)床主要用于加工、修復(fù)大型法蘭端面、內(nèi)鏜口、環(huán)狀零部件的外圓及法蘭內(nèi)鏜口。機(jī)床采用西門子802DSL數(shù)控系統(tǒng)（CNC），實(shí)現(xiàn)所有使用功能。如插補(bǔ)功能，既可實(shí)現(xiàn)平面，又能實(shí)現(xiàn)各種曲面加工。該系統(tǒng)設(shè)置地面監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)加工狀態(tài)監(jiān)控。

機(jī)床安裝前，應(yīng)對(duì)機(jī)組的中心、高程、方位進(jìn)行測(cè)定。用全站儀測(cè)定機(jī)組安裝的實(shí)際高程、實(shí)際中心方位偏差，用內(nèi)徑千分尺測(cè)量支持環(huán)上法蘭內(nèi)鏜口、座環(huán)上環(huán)板內(nèi)鏜口、座環(huán)下環(huán)板內(nèi)鏜口以及筒閥導(dǎo)向條對(duì)應(yīng)的12個(gè)固定導(dǎo)葉內(nèi)半徑，通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)分析確定機(jī)組的安裝中心，中心確定后將中心樣點(diǎn)轉(zhuǎn)移到非加工面座環(huán)上環(huán)板及座環(huán)下環(huán)板凸臺(tái)X、Y軸線位置，以便加工機(jī)床中心調(diào)整以及后續(xù)的機(jī)電設(shè)備安裝。用NA2水準(zhǔn)儀配GPM3測(cè)微儀測(cè)量23個(gè)固定導(dǎo)葉中心的水平并計(jì)算出平均值，取與平均值最接近的固定導(dǎo)葉中心高程作為機(jī)組安裝的基準(zhǔn)高程，同時(shí)作為座環(huán)加工的基準(zhǔn)高程，并做上明顯標(biāo)記；測(cè)量底環(huán)基礎(chǔ)面、支持環(huán)上法蘭面、下環(huán)板止口平面的水平，找出高低點(diǎn)并初步確定其加工余量。

機(jī)床的中心調(diào)整時(shí)直接在加工刀架上架設(shè)一百分表，旋轉(zhuǎn)刀臂分別至機(jī)組+Y、-Y以及+X、-X的樣點(diǎn)標(biāo)記處，調(diào)整機(jī)床使百分表在+Y、-Y以及+X、-X標(biāo)記處的讀數(shù)差值與事先做好的樣點(diǎn)標(biāo)記處的差值一致，過(guò)程中要注意百分表讀數(shù)越大，與之對(duì)應(yīng)的樣點(diǎn)位置半徑越小，反之，樣點(diǎn)位置半徑越大。機(jī)床中心的調(diào)整過(guò)程中在垂直刀臂上放置一框式水平儀，確保刀臂在360°范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)至任意位置刀臂上，框式水平儀水平度不超過(guò)0.02 mm/m的要求。如圖2所示。

圖2 機(jī)床中心、水平調(diào)整測(cè)量方法

2.2 平面度的控制

座環(huán)機(jī)加工有三個(gè)平面需要精準(zhǔn)控制，分別是支持環(huán)上法蘭面、底環(huán)安裝基礎(chǔ)面以及座環(huán)止口平面。先加工底環(huán)基礎(chǔ)面，底環(huán)基礎(chǔ)面加工完成后，以底環(huán)基礎(chǔ)面為基準(zhǔn)分別加工支持環(huán)上法蘭面和座環(huán)止口平面。加工時(shí)分粗加工和精加工兩個(gè)步驟，先根據(jù)機(jī)坑測(cè)定的數(shù)據(jù)找出加工面的高點(diǎn)、低點(diǎn)，并確認(rèn)其加工余量，以高點(diǎn)對(duì)刀確定進(jìn)刀量進(jìn)行粗加工，粗加工結(jié)束后用NA2水準(zhǔn)儀配GPM3測(cè)微儀對(duì)平面度進(jìn)行測(cè)量，檢查加工面的周向水平度以及徑向水平度，同時(shí)以基準(zhǔn)高程點(diǎn)確定加工面的剩余加工余量。當(dāng)加工剩余量為1.5 mm時(shí)轉(zhuǎn)入精加工，精加工時(shí)，每一次進(jìn)刀量在0.20～0.30 mm之間。

2.3 底環(huán)基礎(chǔ)面至支持環(huán)上法蘭面開(kāi)檔距離控制

底環(huán)基礎(chǔ)面至支持環(huán)上法蘭面的開(kāi)檔距離是整個(gè)座環(huán)加工尤為關(guān)鍵的一步，是關(guān)系到整個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝質(zhì)量的重要指標(biāo)。

首先應(yīng)確認(rèn)底環(huán)基礎(chǔ)面至支持環(huán)上法蘭面的加工開(kāi)檔距離。工地現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量底環(huán)的厚度、活動(dòng)導(dǎo)葉的高度、頂蓋法蘭面至抗磨面的高度，測(cè)點(diǎn)不少于24個(gè)，將此三個(gè)數(shù)據(jù)相加得到一值，假設(shè)為A值，查看水輪機(jī)廠家圖紙導(dǎo)葉端面的設(shè)計(jì)總間隙，假設(shè)導(dǎo)葉端面總間隙為B值，同時(shí)考慮到頂蓋安裝就位后，相應(yīng)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的零部件也全部吊入機(jī)坑進(jìn)行安裝，此時(shí)頂蓋會(huì)下沉，相應(yīng)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)過(guò)流面開(kāi)檔值減小，隨之導(dǎo)葉端面間隙也會(huì)變小，該下沉量一般為0.35 mm，首臺(tái)機(jī)加工時(shí)以0.35 mm為準(zhǔn)。根據(jù)首臺(tái)機(jī)組安裝時(shí)的實(shí)際下沉量來(lái)確認(rèn)后續(xù)機(jī)組的下沉量，假設(shè)該下沉量為C值，若將底環(huán)基礎(chǔ)面至支持環(huán)上法蘭面的開(kāi)檔距離假設(shè)為D值，那么D=A+B+C（備注：A值的確定還應(yīng)結(jié)合廠家的出廠值）。

開(kāi)檔距離的確認(rèn)一般在座環(huán)加工之前完成，確認(rèn)后方可開(kāi)始加工。此時(shí)底環(huán)基礎(chǔ)面已加工完成，應(yīng)以底環(huán)基礎(chǔ)面為基準(zhǔn)來(lái)加工支持環(huán)上法蘭面。加工前先根據(jù)機(jī)坑測(cè)定數(shù)據(jù)找出高點(diǎn)、低點(diǎn)，同時(shí)確定該平面的加工余量，以高點(diǎn)對(duì)刀進(jìn)行粗加工，粗加工剩余1.5 mm余量時(shí)進(jìn)行精加工，進(jìn)入精加工階段時(shí)每完成一次走刀，需對(duì)其平面度以及剩余加工量進(jìn)行測(cè)量記錄，平面度用框式水平儀及NA2水準(zhǔn)儀配GPM3測(cè)微儀測(cè)量，用平尺配合內(nèi)徑千分尺測(cè)量底環(huán)基礎(chǔ)面至支持環(huán)上法蘭面的開(kāi)檔距離，測(cè)量時(shí)在平尺上放置一把框式水平儀，通過(guò)平尺上框式水平儀讀數(shù)用塞尺調(diào)整平尺至水平，將測(cè)量值與D值進(jìn)行比較確認(rèn)剩余加工余量。精加工過(guò)程要多次測(cè)量，直至加工尺寸滿足要求。測(cè)量時(shí)如圖3所示。

圖3 底環(huán)基礎(chǔ)面至支持環(huán)上法蘭面距離測(cè)量

2.4 止口平面至底環(huán)基礎(chǔ)面開(kāi)檔距離控制

座環(huán)下環(huán)板內(nèi)鏜口平面至底環(huán)基礎(chǔ)面開(kāi)檔距離的控制與2.3項(xiàng)方法一致。現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量底環(huán)基礎(chǔ)面至密封面的實(shí)際距離，確認(rèn)底環(huán)基礎(chǔ)面至密封面的開(kāi)檔距離，加工時(shí)以底環(huán)基礎(chǔ)面為基準(zhǔn)，用平尺配合內(nèi)徑千分尺測(cè)量該距離，直至加工尺寸滿足要求。測(cè)量時(shí)如圖4所示。

圖4 底環(huán)基礎(chǔ)面至底環(huán)密封面距離測(cè)量

3 加工過(guò)程中出現(xiàn)主要問(wèn)題及分析優(yōu)化

3.1 刀具磨損帶來(lái)的水平偏差

加工過(guò)程中由于刀具磨損給平面度造成偏差，為解決該問(wèn)題，精加工時(shí)我們?cè)诘额^處架設(shè)了一塊百分表，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)安排專人負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)，每米記錄一次百分表的讀數(shù)，這樣加工完一整圈后，通過(guò)百分表監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)可準(zhǔn)確判斷出整圈多點(diǎn)的平面度，并在高點(diǎn)處做上明顯標(biāo)記，調(diào)整銑刀盤對(duì)高點(diǎn)進(jìn)行過(guò)渡加工，過(guò)渡加工的方法對(duì)進(jìn)刀量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，加工完成后取得了很好的效果。

3.2 溫差帶來(lái)測(cè)量差

由于座環(huán)加工周期長(zhǎng)加上當(dāng)?shù)貧夂蛟缤頊夭畲?，在加工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)上午測(cè)量時(shí)有0.70mm加工余量，這時(shí)以進(jìn)刀量深度為0.30mm，走刀一圈，加工完成后已是下午，再次測(cè)量時(shí)發(fā)現(xiàn)加工余量只剩0.20mm。通過(guò)分析，造成此現(xiàn)象的原因主要是溫度差對(duì)千分尺測(cè)量值的影響，根據(jù)其熱脹冷縮原理，溫度升高尺子變長(zhǎng)，相應(yīng)的測(cè)頭讀數(shù)就變小，溫度降低尺子變短，相應(yīng)的測(cè)頭讀數(shù)就變大。為此我們針對(duì)同一測(cè)點(diǎn)在不同溫度下進(jìn)行測(cè)量發(fā)現(xiàn)，溫度升高1℃時(shí)，4.5 m長(zhǎng)的千分尺測(cè)頭讀數(shù)將變小0.03～0.05 mm。

針對(duì)該情況，我們?cè)谡麄€(gè)座環(huán)加工過(guò)程中，從加工前的測(cè)量至整個(gè)精加工過(guò)程，每測(cè)量一次均記錄下當(dāng)時(shí)的環(huán)境溫度，特別在精加工支持環(huán)上法蘭面時(shí)充分的結(jié)合當(dāng)時(shí)測(cè)量A值的環(huán)境溫度，以確定每一次精加工的進(jìn)刀量，直至加工至尺寸在設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)，保證導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝時(shí)導(dǎo)葉端面間隙滿足廠家設(shè)計(jì)圖紙要求。

4 效果檢查

目前苗尾電站1號(hào)機(jī)、2號(hào)機(jī)座環(huán)已全部加工完成，各項(xiàng)指標(biāo)均滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及廠家技術(shù)要求，主要控制尺寸偏差優(yōu)于國(guó)家優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。1號(hào)、2號(hào)加工后測(cè)量數(shù)據(jù)見(jiàn)表1所示。

表1 1號(hào)、2號(hào)加工后測(cè)量數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

座環(huán)的加工精度直接影響水輪機(jī)整個(gè)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝質(zhì)量，從而影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，尤其在關(guān)鍵指標(biāo)的質(zhì)量控制上，必須深入研究，優(yōu)化工藝，嚴(yán)格管控施工過(guò)程，可以起到“事半功倍”的效果。目前2臺(tái)套座環(huán)加工已全部完成，各項(xiàng)指標(biāo)均控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和廠家設(shè)計(jì)圖紙范圍內(nèi)，證明上述總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)是可行的。隨著國(guó)內(nèi)大型水電站的不斷開(kāi)發(fā)，受運(yùn)輸條件的影響，大型座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)組焊后進(jìn)行機(jī)加工是必然的，結(jié)合施工一線的安裝經(jīng)驗(yàn)與教訓(xùn)不斷改進(jìn)，總結(jié)一些施工經(jīng)驗(yàn)即可不斷提高現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量，同時(shí)也可給同類型工程施工提供經(jīng)驗(yàn)借鑒。

TK730.3+15

B

1672-5387（2017）10-0013-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.005

2017-07-21

付有泰（1991-），男，助理工程師，從事水電站水輪機(jī)埋件制造安裝及機(jī)電設(shè)備安裝技術(shù)管理工作。