環境溫差對明廠房大型座環加工精度的影響分析

趙七美

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

環境溫差對明廠房大型座環加工精度的影響分析

趙七美

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

大型水輪機座環從現場加工開始至調整導葉端面間隙時的時間間隔約5～7個月，對于明廠房結構的水電站，在這段時間內，環境溫差變化較大，由于熱脹冷縮的原因，溫差的變化對座環加工精度影響較大，將會直接影響機組的安裝質量，在加工過程中需根據當時機坑內的溫度計算實際加工尺寸，以確保后續機組安裝的尺寸精度，確保機組安裝質量。本文對梨園水電站根據環境溫差來計算實際加工尺寸的工藝和技術進行分析、總結，以期對同類型電站提供指導和借鑒。

環境溫差；座環加工；機組安裝精度；梨園水電站；明廠房

1 概述

梨園水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與香格里拉縣（左岸）交界處的金沙江中游河段，為岸邊式明廠房結構，主廠房內共設置4臺立軸混流式水輪發電機組，單機容量600 MW，總裝機容量2 400 MW，水輪機額定水頭106 m，最大水頭118 m。座環本體和上筒體各分4瓣到貨，在現場進行組裝、焊接、安裝和加工，座環固定導葉中心安裝高程為EL1494.805 m。根據設計要求，在現場利用大型立式車床進行座環加工。

根據明廠房現場實際情況、機組結構特點和施工工期的長短，在座環加工期間需考慮環境溫差的影響，需根據加工和測量時機坑內的實際溫度來計算實際尺寸，以確保機組安裝精度和質量。

2 座環加工時考慮環境溫差的必要性

座環底環板加工面至上法蘭加工面間的開檔距離（以下簡稱為座環大開檔尺寸）設計為5 345 mm，允許偏差為0～+0.15 mm。根據設計說明，設計圖紙上的尺寸和偏差均認為是環境溫度為25℃時的尺寸和偏差設定。

活動導葉端面總間隙為0.85～1.2 mm，其中導葉上端面間隙為0.5～0.7 mm，導葉下端面間隙為0.35～0.5 mm。

從座環加工至調整導葉端面間隙時的時間間隔約5～7個月，在這段時間內環境溫差若按7℃計算，座環加工時用內徑千分尺進行測量，若按0.06 mm/℃來計算溫差對加工精度的影響，7℃×0.06 mm/℃=0.42 mm，也就是說，在這段時間內，由于存在溫差，在座環加工時測量的尺寸，至導葉端面間隙調整時會造成0.42 mm的偏差，這將直接影響導葉端面間隙值的調整和驗收要求，也必將影響機組的安裝質量。

綜合以上的分析，由于熱脹冷縮的原因，溫差對測量儀器或測量設備造成偏差，當溫度升高時，測量儀器伸長，測量尺寸的讀數減小，當溫度降低時，測量儀器縮短，測量尺寸的讀數增大。故在明廠房結構的座環加工過程中，為確保機組安裝精度和質量，需考慮環境溫差的影響。

3 加工基準點設置

（1）機組安裝高程確定：用NA2水準儀配GPM3測微儀，測量23個固定導葉中心線高程，取與平均值最接近的固定導葉高程為座環的安裝高程，此即為水輪機安裝高程，同時作為加工時的高度測量基準面，梨園電站首臺機（4號機）20號固定導葉、3號機12號固定導葉的高程最接近平均值。均分24點分別測量座環底環板面、上法蘭平面的高程，計算出各平面加工余量。

（2）機組中心確定：以下環板內鏜口為基準架設求心器，采用電測法分24點，測量座環上法蘭、導向條和上環板內鏜孔半徑值，計算圓度和同心度，同時計算各部位的加工余量，通過數據分析，當各部位的同心度滿足要求，以及各部位的加工余量整圓基本均勻后，此中心即可確定為座環加工時的中心測量基準，同時也作為以后機組安裝的中心基準。

4 座環加工設備布置

座環加工設備由上海VOITH公司提供，屬于專用立式車床，車床分為上、下徑向支架，上徑向支架與機坑里襯焊接（其外壁設有預埋錨鉤），下徑向支架與座環下筒體焊接。在車床上分別設有上、下施工安全平臺。刀架在中心柱上能夠上下軸向移動。立式車床結構和布置位置如圖1所示。

圖1 立式車床結構和布置位置

5 座環加工部位技術要求

座環加工共有4個部位：①座環上法蘭平面及盤根槽；②筒閥上導軌及帶導軌的導葉出水邊；③座環下環板內鏜口；④座環底環板平面。各部位加工余量及允許偏差如表1所示。

6 座環加工程序

機坑內支撐切除→機坑清掃→全封閉平臺吊裝搭設→機坑測定→計算加工余量→機組中心及高程確定→車床部分部件安裝間組裝→吊裝車床部件→車床組裝→立柱中心調整→立柱鉛垂度調整→車床調試→加工座環底環板面→加工下環板內鏜口→加工固定導葉出水邊導向條→加工上導向條→加工上法蘭面及密封槽→整體尺寸測量→車床吊出機坑→清掃機坑→掛鋼琴線復測各加工尺寸→座環加工整體驗收→刨除上下支架基礎。

表1 座環各部位加工余量及允許偏差一覽表

7 溫差對座環大開檔尺寸精度影響值計算

梨園電站座環大開檔尺寸（底環板面至上法蘭面距離）設計為5 345 mm，實際加工時應記錄機坑內的環境溫度，根據實際環境溫度計算加工尺寸。

（1）按設計圖紙：環境溫度在25℃時，座環大開檔尺寸為 5 345（0～+0.15）mm。

（2）內徑千分尺的線膨脹系數α為1.15×10-5℃-1，環境溫度每變化△t℃時，內徑千分尺測量長度的變化量△L為：△L=α×L×△t

式中：L為測量長度；△t為環境溫度變化值。

環境溫度每變化1℃時，內徑千分尺測量座環大開檔尺寸時其長度的變化量：

△L=α×L×△t=1.15×10-5℃-1×5 345 mm×1℃=0.06 mm。

（3）根據環境溫度每變化1℃時，內徑千分尺的測量誤差為0.06 mm。舉例說明和計算如下：

1）當機坑內溫度為20℃時，座環大開檔加工尺寸應為：

0.06 mm/℃×（25℃-20℃）=0.30 mm，座環大開檔實際加工尺寸應為5 345.3 mm。

2）當機坑內溫度為 24℃時，0.06 mm/℃×（25℃-24℃）=0.06 mm，座環大開檔加工尺寸應為5 345.06 mm。

3）當機坑內溫度為 15℃時，0.06 mm/℃×（25℃-15℃）=0.6 mm，座環大開檔加工尺寸應為5 345.6 mm。

在每次測量前提前2 h將測量儀器放入機坑，適應環境溫度，盡量減少測量誤差。

8 考慮溫差后實際加工尺寸

梨園電站4臺套座環大開檔加工實際尺寸根據溫差情況計算如表2所示。

表2 梨園電站4臺套座環大開檔實際加工尺寸計算表

表2中加工尺寸，為重點閘明環境溫差對加工精度的影響，未計入頂蓋、底環和導葉的實際高度的影響。

從表2中可以看出，梨園電站4臺套座環大開檔的加工尺寸最小值為5 345.0 mm，最大值為5 345.63 mm，可以說每臺機組的加工尺寸均不相同（因加工時的環境溫度不同），最大值和最小值相差0.63 mm，這就是考慮環境溫差后的效果。

9 結論

座環底環板面至上法蘭面的尺寸按加工時機坑內的實際溫度進行計算，再綜合考慮導葉、頂蓋和底環的實際加工偏差，經計算后再確定最終的加工尺寸，確保了座環加工和導水機構預裝的質量。至目前為止，梨園電站4臺機組已全部投產發電，導水機構安裝尺寸均滿足設計圖紙和廠家工藝要求，其成功的工藝措施和計算方法可為同類型明廠房水電站提供技術支持。

TK730.4

B

1672-5387（2017）10-0048-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.017

2017-07-21

趙七美（1968-），女，教授級高級工程師，從事水電站機電設備安裝工作。