大型水輪機座環現場加工技術

王石林

（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）

1 概述

廣東陽江抽水蓄能電站（以下簡稱陽蓄電站）水輪機座環分兩瓣到貨，除了座環合縫處，其余蝸殼出廠時已安裝到座環上。座環由防抬法蘭、上法蘭、上環板、下環板和下法蘭構成，座環最小內徑為Φ5 500 mm，座環總高度為3 141 mm，固定導葉高度為316 mm，工地現場采取打磨方式分別對上法蘭、上環板、下環板和下法蘭面進行加工。

2 座環現場加工難點分析

（1）座環尺寸較大，各工作面加工徑向平面度要求≤0.02 mm，周向平面度要求≤0.08 mm，平行度要求≤0.12 mm，各加工面之間高程要求≤0.05 mm，表面粗糙度要求≤3.2 μm，座環加工精度要求較高。

（2）座環在工地現場采用半自動打磨方式加工，受工期制約，既要保證加工質量，又要保證按期完成，加工控制難度大。

3 座環加工技術

3.1 準備工作

（1）編制座環加工技術方案，對參加座環打磨人員進行安全技術交底。

（2）清干凈機坑、座環、底環、錐管等表面雜物，專用工具將底環懸掛在機坑上方。

（3）調整錐管水平和中心臨時固定，在錐管上搭設座環加工平臺，做好安全防護措施。

（4）測量座環X、Y軸線上4個固定導葉中心線高程，計算平均高程并在固定導葉上標記清晰，以平均高程作為座環加工基準高程。

（5）座環加工面周向均分為32等份并編號[1]，用精密水準儀檢查加工面各對應點的水平和高程值并做記錄，將檢查數據反饋廠家復核計算并提供座環現場加工量。

3.2 座環加工設備安裝

座環加工設備由支撐臂、支撐體、中心座、旋轉臂、工作臂、磨頭（包含電機支座、電機和碗型砂輪[2]）等部分組成，加工設備由4條支撐臂提供支撐固定，支撐臂由裝焊在預埋基礎板上的支座提供支撐，在錐管上管口裝有環板，支撐體底部與環板間設有楔子（見圖1）。兩根長短工作臂連接在旋轉臂上，根據加工位置，將磨頭裝到對應工作臂上完成打磨。

圖1 座環加工設備安裝示意圖

加工設備調整方法如下：

（1）中心調整：以座環下環板鏜口為基準，在工作臂上架設百分表，旋轉工作臂檢查設備中心，通過支撐臂徑向頂絲調整加工設備與座環的同軸度，同軸度偏差應≤0.4 mm[3]。

（2）垂直度調整：通過支撐臂軸向頂絲初步調平旋轉臂，然后將工作臂旋轉與支撐臂上下對齊，在長工作臂工作面上徑向放置框式水平儀（見圖1所示），在框式水平儀底部加墊將其調平。然后將工作臂旋轉180°檢查水平儀氣泡偏移方向及格數，調整支撐臂軸向頂絲使水平儀氣泡格數減半，再次旋轉工作臂回零位后水平氣泡偏移格數和方向應與180°方向上相同，此時該方向上中心座便垂直。將工作臂旋轉90°用相同方法調整另一方向上的垂直度合格。四個方向上的垂直度調整完后，推動工作臂旋轉一圈并觀察水平儀氣泡變化范圍應不超過1格即0.02 mm[4]。

（3）加工設備調整完后，在每個支撐臂與支座之間用鋼板焊接固定，防止設備加工過程中發生移位。最后在支撐體下方和環板之間塞入楔子，輕敲楔子貼緊即可，將楔子與環板和楔子之間點焊固定，復查工作臂在各個方向上的水平度合格。

（4）磨頭安裝后用框式水平儀分別檢查電機上端面的徑向和周向水平度偏差宜≤0.02 mm（見圖2）。若電機水平度超標，在電機支座底部通過加墊調整，使電機上平面徑向和周向水平滿足要求。

圖2 電機垂直度調整示意圖

3.3 座環加工要點

座環加工流程為：上法蘭面加工→上環板面加工→下環板面加工→下法蘭面加工→檢查驗收，見圖3所示。座環上法蘭面是整個座環加工基準面，打磨過程中必須嚴格控制各項尺寸偏差滿足要求。

圖3 座環剖面示意圖

（1）上法蘭面加工

上法蘭面打磨時，先進行試磨，由工作人員推動工作臂轉到上法蘭面上的最高點位置，調整電機支座上的絲桿，將砂輪片輕微接觸加工面，磨頭離開最高點后啟動電機打磨一圈，檢查上法蘭面與砂輪接觸情況，正常后通過絲桿調整進給量。

座環正式打磨時，每打磨1~2圈調整一次絲桿進給量，進給量過大易導致電機卡阻或局部面被燒傷[5]，可觀察火花大小判斷進給量。上法蘭面高點找平后，在法蘭面徑向方向上用記號筆對稱畫幾條粗直線，打磨一圈檢查直線被磨情況，若直線整體被磨說明砂輪片徑向水平度是好的，若直線只有一端被磨，需要調整磨頭上的徑向頂絲使砂輪徑向水平。

上法蘭面打磨余量大于0.5 mm，每打磨4~6遍檢查一次；隨著打磨余量的減少，過程檢查次數相應增多；當余量小于0.1 mm，減少進給量，每打磨一圈檢查一次。每次檢查內容包括：上法蘭面徑向平面度、周向平面度、表面粗糙度和H0值，對存在的偏差及時進行修正，確定下次打磨量。

（2）剩余面加工

座環剩余面加工按上環板、下環板和下法蘭面順序逐層打磨完成（見圖4），磨頭的安裝調整方法同上。

圖4 剩余面加工示意圖

座環上環板面加工以座環上法蘭面為基準，加工后的上環板面的徑向平面度、周向平面度、與上法蘭面的平行度和H1值應滿足要求。

座環下環板面加工以座環上法蘭面為基準，加工后的下環板面的徑向平面度、周向平面度、與上法蘭面的平行度和H2值應滿足要求。注意，下環板面與上法蘭面的H2值須嚴格控制，該值影響到后期活動導葉端面間隙大小。

座環下法蘭面加工以座環上環板面為基準，加工后的下法蘭面的徑向平面度、周向平面度、與上環板面的平行度和H3值應滿足要求。

3.4 加工中存在問題及對策

（1）座環加工控制不到位，導致加工精度超標。解決方法：配置有經驗的加工人員和技術人員，設備的調整和加工應做到精益求精，加工過程應勤檢查，及時消除加工尺寸偏差。

（2）碗型砂輪接觸面積大，摩擦阻力大，電機發熱會導致電機熱保護動作停機，影響加工進度。解決方法：利用電機冷卻期間測量檢查加工數據，既保證了加工質量得到有效控制，又減少了電機冷卻浪費的時間。

（3）磨頭更換新砂輪加工后會出現徑向水平超差現象。解決方法：砂輪更換后，在加工面局部區域涂一層紅丹粉，打磨一圈檢查砂輪磨削情況，及時調整砂輪的徑向水平度消除偏差。因紅丹粉污染大，本文采取按用記號筆劃粗線方法檢查。

（4）座環加工環境較差，有害灰塵較多，存在安全隱患。解決方法：1）工作人員佩戴防塵口罩，適當調整工作時間或分班制減少工作疲勞度。2）對磨頭進行加裝改造，增加除塵裝置，減少粉塵傷害。

4 結束語

陽蓄電站3臺機座環按上述打磨工藝加工平均工期為18 d，打磨后各工作面的徑向平面度≤0.02 mm，周向平面度≤0.06 mm，平行度≤0.08 mm，表面粗糙度≤3.2 μm，H0、H1、H2、H3偏差均≤0.05 mm，座環整體打磨精度超出預期，加工數據供同行們參考和借鑒。