淺談水輪機座環的現場加工

摘 要：隨著機組從國外的引進，機組的形式逐漸開始多樣化，機組的安裝方法也日新月異。座環現場加工作為大型機組所特有的工序，其加工的方法也在不斷出新。大型混流式水輪機座環現場加工，實質上就是制造工廠在現場進行一些加工工作。

關鍵詞：水輪機座環；現場加工；加工方法

目前一些大型水輪機的座環結構是由6瓣組成的焊接結構形式，與頂蓋、底環配合高度，依靠配合墊片調整。此類座環外型尺寸大，重量大。三峽機組座環，景洪機組座環等均為此類設計結構。因其具有以上的特點，所以現場安裝存在著一定的優勢和合理性，便于提高安裝的精度。

1 現場加工的內容、設備、要求及流程

1.1 現場加工主要內容：①座環上、下環板內環面加工；②座環下法蘭與底環聯接面的平面加工；③座環下法蘭底環立面的加工調整，主要工作是調節孔鉆孔，沉孔锪平面；④座環上法蘭與頂蓋連接的平面及立面的加工，主要加工內容包括螺栓孔鉆孔、攻絲，沉孔锪平面，定位錐銷孔鉆孔、鉸孔；⑤座環下法蘭與底環連接的加工，主要加工內容包括螺栓孔鉆孔、攻絲，沉孔锪平面，定位錐銷孔鉆孔、鉸孔。

1.2 現場加工的所需設備：①座環上下環板內環面加工采用切割中心柱、半自動火焰切割機切割后用角磨機打磨；②座環下法蘭面锪平面及鉆孔采用搖臂鉆床和液壓磁座鉆；③座環上法蘭面锪平面及鉆床采用液壓磁力鉆。

1.3 現場加工的要求：座環的中心和高程是水輪發電機組安裝的基準，因此座環加工的精度將直接影響座機組安裝的質量。座環現場加工主要控制指標：座環上下環板半徑尺寸，座環上下法蘭面距離尺寸，座環下法蘭面與基礎法蘭面距離尺寸，底環頂蓋調整墊頂面徑向水平度允許偏差，周向水平度允許偏差，上下止漏環同軸度允許偏差，導葉端面間隙允許偏差等。

1.4 現場施工的流程：組距中心（高程測定），切割中心柱的安裝與調試，上下環板加工余量確定，座環上、下環板內環面切割與打磨，底環調整孔及沉孔的加工、調整墊配制，底環預裝、連接螺孔號孔，底環連接螺孔加工，底環精調、定位銷孔加工，8個導葉及頂端蓋的吊裝調整、螺栓孔號孔，上法蘭面螺栓孔鉆孔、攻絲，頂蓋調整墊配置，頂蓋定位銷釘孔加工。

2 現場加工的方法

座環現場加工的主要內容包括對基礎環法蘭面的平面加工和座環上的環板與頂蓋連接法蘭面的平面及內圓等。

根據水輪機導水機構結構形式的不同，目前大型水輪機座環現場加工的方法可分整體銑削和局部惚平加工兩種。國內大型水輪機座環現場加工方法以整體銑削加工法居多，像我國著名的三峽工程，三峽左岸VGS機組就是采用該方法，我國其他水電站如三峽右岸、龍灘、水布婭、小浪底、隔河巖、二灘、天生橋工級等電站的加工也采用此方法；我國國內大型水輪機座環現場加工局部惚平加工法較少，只有少數幾家水電站如三峽左岸ALSTOM機組、洪家渡電站的加工采用。這兩種方法比傳統的座環現場人工打磨方法更省時增效，節省勞動力和減輕勞動強度，易于保證機組安裝精度，保證現場加工質量。

整體銑削加工方法：先進行機組安裝中心的確定。在機坑中央掛線用電測法測量，測量記錄基礎環部的尾水管上口和線的同心度，當懸線調整到基礎環部的尾水管上口最合適的位置時，就將懸線的中心位置定為機組安裝的中心位置。其次是確定機組安裝高程。固定導葉中心線的高程由精密水準儀測量，測量后記下數據，將記下的數據計算出平均值，機組安裝高程基準的基準就以此平均值決定。此后是上、下環板內環面加工余量的確定。在機坑中央仍是采用懸線電測法，當上、下環板內環面的半徑在16點位置時，它的加工余量就可得知，即為設計半徑與測量半徑的差值。接下來確定平面與圓的加工余量。根據之前得到的座環上、下環板面的實測高程，機組安裝的基準高程，固定導葉中心線至座環上、下環板面的距離，頂蓋抗磨面至安裝面的實際距離，活動導葉的實際高度，活動導葉上端部的間隙、設計總間隙，不均勻系數等實測數據和計算公式計算出座環上、下環板環帶加工余量；基礎環法蘭環帶加工余量的計算根據基礎環法蘭面的實測高程、機組安裝的基準高程、固定導葉中心線到基礎環法蘭面的距離這些數據計算得出。最后一步是進行加工設備的安裝與調試。立式專用銑床對座環現場整體銑削按照自上而下的加工順序加工。粗加工進刀量是0.2～0.6mm，精加工進刀量要求少于0.2mm。

采用現場整體銑削加工進行大型水輪機座環加工，加工工程量大，工期長。需要操作工，輔助工等工種，加工的工作量較大，一般工程采用三班倒工作制度，加工前還要進行銑床安裝、調試。銑床的安裝質量決定座環的加工質量，因此要對銑床安裝采取足夠的重視，要計算好銑床支座的的高程才能夠對銑床進行固定安裝；銑床的調整包括銑床的中心位置、橫梁水平度、立柱垂直度、銑頭刀盤水平度等，以保證各個加工面的中心、加工平面的軸向水平度、加工平面的同心度、加工平面的徑向水平，從而保證銑床的調整精度，滿足加工面的精度。

局部惚平加工方法：對座環墊片加工厚度的確定要在測量前應對機坑進行清掃工作以防止測量誤差對測量結果準確性的影響從而影響機座的安裝。清掃完畢后在座環下法蘭面布置16塊臨時墊塊，厚度按要求。局部惚平加工采用小型液壓驅動機床或大型搖臂鉆床進行局部惚平加工，采用這種做法，座環現場加工更加簡單。

3 水輪機座環現場加工的意義

雖然座環現場加工存在一定弊端，如整體銑削加工方法占用機組安裝工期，增加現場工作量，需要安裝銑床，但對蝸殼焊接與混凝土澆筑產生的變形采用現場加工可以避免，更重要的是，機組安裝的精度提高了，工程質量得到了保證，減少了安全故障和經濟損失。

現場座環加工是座環可靠性的重要保障。基礎環和座環焊接后運往工作地點，在運輸顛簸、碰撞過程工件易產生變形，為確保基礎環與底環、頂蓋與座環的正確、可靠聯接以及正確的機組軸線和導葉端面間隙符合設計要求，必須對座環的各連接面等進行現場加工。

現場座環加工減輕了運輸過程中的負擔，由于水電站工程大，材料體積很大，材料質量也大。例如三峽電站VGS座環的高度最大高達3573mm，最大內經達14500mm，其他大型水電站的水輪機機座環的尺寸與上文提到的水輪機座環大小也差不多；再從質量上看，例如三峽左岸電站座環共有六瓣，每瓣的重量就重達60噸左右，總質量約為345噸，用普通的運輸方式根本做不到把如此大、如此重的貨物運輸到目的地。如果加工好后運輸到工作地，對運輸來說是一種很大的困難。而且方便座環、基礎環、頂蓋、底環等在異地制造，分廠選購，有利于各種材料擇優選擇。

比傳統的座環現場人工打磨方法更節省勞動力，生產成本，而且勞動安全性提高，節約時間提高生產效率，最為重要的是增加機組安裝精度，現場安裝可以保證大型水輪機座環的精度，如加工的圓度偏差遠小于0.50毫米，滿足精度要求。

4 結語

水輪機座環現場加工常用整體銑削加工和局部惚平加工兩種方法，水輪機座環具有外形尺寸大，質量大，機組安裝精度高、安裝技術復雜等特點，從而適應現場加工。國內許多大型水利工程對水輪機座環加工都采用現場加工形式。

參考文獻

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