金沙水電站大型座環現場加工方法分析

沙列爾 雷戰 王學林

摘要：為了控制金沙水電站座環在制造、運輸、安裝、混凝土澆筑過程中的變形、位移，保證其安裝精度，采取現場整體加工座環方式后，導水機構的各項技術參數、頂蓋、底環中心、高程均滿足設計圖紙要求，為后續機組安裝質量和機組安全穩定運行奠定了堅實基礎。同時，從金沙水電站座環結構、技術特點、加工設備安裝調試、加工工藝、設計分析、技術經驗總結等方面進行了全面論述。研究成果可為大型水電站類似設備現場整體加工提供借鑒。

關鍵詞：大型座環; 現場加工; 粗加工; 精加工; 金沙水電站

中圖法分類號：TV547.3 文獻標志碼：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2022.03.012

文章編號：1006 - 0081（2022）03 - 0056 - 04

0 引 言

金沙水電站水輪發電機機組為軸流轉槳式，轉輪直徑10 650 mm，重量408 t，是全球在建最大的轉輪，其座環由上環、固定導葉、下環、座環基礎埋件及附件組成。目前，水輪發電機組裝機容量和座環尺寸均越來越大，安裝精度要求也越來越高，為控制座環在制造、運輸、安裝、混凝土澆筑過程中的變形，保證機組安裝精度，普遍采用了現場加工技術[1-3]。

金沙水電站4臺14萬kW機組座環均采用現場加工，加工后座環的各項技術指標滿足要求。主要從座環加工設備安裝調試、加工工藝、數據測量和分析等方面進行了研究總結。該加工技術在金沙水電站的成功應用，為大型水輪機組座環現場加工積累了寶貴的施工技術管理經驗，同時提高了大型水輪機組座環現場加工的安裝效率和質量，可為其他水電站座環現場加工提供借鑒。

1 現場加工主要要點及技術參數

座環上環與外頂蓋接觸工作面需現場加工，設計加工余量為12 mm，加工數據φ允許在14 730～15 130 mm范圍內，且需現場配鉆螺栓孔及錐銷孔;下環與底環接觸工作面及側水封位置需要現場加工，其中側水封位置設計加工余量為15 mm，加工數據φ為14 670 mm（+15 mm），與底環接觸工作面加工余量為13 mm，加工數據φ允許在12 833～13 153 mm。

2 機床安裝及調試

機床安裝調試步驟： ① 安裝下支撐工位;② 安裝平面托和下軸承支撐;③ 吊刀臂裝夾緊座;④ 安裝上支撐工裝;⑤ 安裝主軸;⑥ 安裝上軸承支撐;⑦ 安裝刀臂夾緊座和拉桿;⑧ 安裝刀臂;⑨ 安裝配重臂;⑩ 安裝輔助支撐;11 將輔助支撐固定在刀臂上;12 刀臂安裝2級配重臂;13 安裝上支撐工裝另兩個支撐腿;14 安裝主軸箱：15 精確調整機床;16 安裝刀架;17 安裝電機和減速機;18 接線和空轉試機。所有安裝步驟完成后，檢查所有連接螺栓是否緊固好。檢查無異常后接通線路，啟動機床空轉30 min，檢查機床空轉情況是否正常。檢查正常后方可切削加工。機床安裝示意見圖1。

3 座環加工

3.1 加工前準備

（1） 開始加工前，熟悉圖紙，詳細了解加工要求。

（2） 設備在試運行后，需檢查螺栓，確保各螺栓處于緊固狀態，避免加工時松動而影響加工質量[4]。

（3） 設備試運行后需復驗，即在機床空轉檢測完畢后重新找正加工工件，檢測機床空轉過程中是否移位。

（4） 以已劃好的加工線位為基準，在刀架上安裝劃針，旋轉主軸4個點各90°，觀察劃針所指位置是否與劃線位置重合;或以轉輪室內孔為基準，在刀架上安裝百分表，旋轉主軸4個點各90°，測出主軸在這4個點上的跳動數值并做記錄。如果跳動數值超差未能滿足加工要求，則需根據測量數據重新微調設備至與加工孔同心。在刀臂上放置框式水平儀，旋轉主軸4個點各90°，根據框式水平儀4點的讀數測出設備的水平度，如果數據不在合格范圍內，即未能滿足加工要求，則需根據測量數據重新微調設備的水平度。

（5） 設備安裝調試復驗完成后需要報驗，檢測合格后方可進行下一步工作。

（6） 測量座環各加工位置的余量是否滿足加工要求[5]。

（7） 在刀架上安裝百分表，旋轉主軸一周，測量加工平面的最高、最低點，確定兩者的數值差是否在所留加工余量的范圍內，或依據測量的最低點，測量兩個最低點的軸向距離是否滿足圖紙要求。

3.2 加工座環下環平面

機床安裝調試好后，裝上刀具先進行粗加工。粗加工第一刀時，最大吃刀量為2.0 mm，粗加工完成后留2.0～3.0 mm的余量進行半精加工和精加工[6]。用2.0 m平尺放置在加工平面上，用塞尺測量加工面的平面度，需要進行多段測量。用框式水平儀測量加工面的水平度。根據測量數據確定加工是否能夠滿足要求，否則則需重新微調設備。粗加工報驗合格后進行半精加工，半精加工留余量0.8～1.0 mm進行精加工。用同樣的方法測量加工面的平面度和水平度。如果加工超量，則此檢測值為半精加工的數控補償依據。半精加工完成后進行精加工，方法同上，或利用平面度測量儀測量加工表面的平面度。利用粗糙度測量儀測量加工表面的粗糙度，檢驗合格后出具檢驗報告。

3.3 加工座環側水封面

在座環下環加工完成后，無需重新安裝調試設備，直接將車刀架安裝在滑板上，再安裝輔助刀桿后即可對座環側水封面進行加工。第一刀時最大吃刀量為2.0 mm，粗加工完成后留2.0～3.0 mm的余量進行半精加工和精加工。在刀架上安裝百分表旋轉主軸一周，檢測內孔的圓度以及內孔與主軸的通軸度，根據測量數據確定加工是否能夠滿足要求，如不能則需重新微調設備。粗加工報驗合格后進行半精加工，半精加工留余量0.8～1.0 mm進行精加工。半精加工后的檢測方法同上，同時須測量并標記跳動值最大的點，再標記位置測量出圓環的厚度尺寸，并計算實際的加工余量。半精加工完成后進行精加工，方法與半精加工相同，并計算其實際尺寸，或用內徑千分尺以主軸為基準測量其半徑尺寸，直徑尺寸則為主軸直徑加2倍內徑千分尺數值。利用粗糙度測量儀測量加工表面的粗糙度，檢驗合格后出具檢驗報告。

3.4 加工座環上環平面

座環上環平面加工工藝與3.2座環下環平面加工工藝相同。

4 座環加工后數據測量方法分析

對于金沙水電站1號機組座環加工，平面加工后的測量方式：將水平尺放置在加工平面上，用塞尺測量加工面的平面度，需要進行多段測量，檢查平面度合格后，在加工平面分布24個測點，通過高精度水準儀測量數值[7-8]。上下環面開檔測量方式：上下環加工完成后，將2 m平尺放置在上環加工平面并固定牢靠，再用框式水平儀測量;水平尺安裝水平控制在0.02 mm/m后，再用內徑千分尺測量分布在上下環開檔尺寸24個點的測值，各部位數據均滿足設計圖紙技術要求[9]。詳細數據見表1～4。座環上下環面開檔加工后數據測量示意見圖2。

5 經驗小結

（1） 座環下環與底環密封面的加工采取銑削動力頭水平布置、回轉走刀完成加工，實際完成面是球面不是圓柱面 ，但能滿足密封要求。建議該面采用車削加工，完全達到設計圖紙要求。

（2） 座環下環與底環安裝基準面、座環上環與外頂蓋安裝基準面時，因回轉機架存在輕微擾度，銑削動力頭的安裝考慮增加消除擾度影響的措施，效果更好。

（3） 外頂蓋在機組回轉部件（水輪機轉輪、主軸，發電機轉子）裝配完成后會產生下沉，在1號機組回轉部件安裝完成后，需準確測量座環下環與底環密封面及座環上環與外頂蓋安裝基準面間的距離值變化，用以指導2，3，4號機座環下環與底環密封面及座環上環與外頂蓋安裝基準面的加工，保證座環下環與底環密封面及座環上環與外頂蓋安裝基準面的最優距離。

（4） 環境溫度變化大時，要掌握加工面的熱脹冷縮變化量，每天相對固定時間段測量數據，便于減小因環境引起的加工誤差。

（5） 為消除人為原因造成的加工誤差，每次需2人進行數據測量，確保數據準確。

6 結 語

金沙水電站軸流轉槳式1號機組均采用座環現場整體加工技術，通過合理、緊湊安排工序，縮短直線工期21 d，座環加工后各項技術指標均滿足技術要求。同時，1號機組順利投產運行，各項運行參數優良、無滲漏現象，達到了預期設定目標;創造了良好的經濟效益;培養了一批大型水輪機組座環現場加工施工管理、技術人員，進一步提升了水電站管理水平，可為今后大型水電站類似設備現場整體加工提供經驗參考。

參考文獻：

[1] 朱洪濱. 大型水輪機座環現場加工工藝[J]. 科技創新與應用，2016（31）：163.

[2] 趙通，冷瑞. 苗尾電站水輪機座環工地加工工藝探析[J]. 東方電氣評論，2019，33（3）：66-70.

[3] 葛軍. 向家壩水輪機座環現場加工[J]. 機械工程師，2014（11）：275-276.

[4] 何昊. 大型水輪機座環現場車削加工工藝[J]. 中國高新科技，2021（13）：94，98.

[5] 任聰. 錦屏二級電站水輪機座環工地加工及加工尺寸控制[J]. 四川水力發電，2012，31（5）：66-68.

[6] 賈羽，肖俊，王長營，等. 淺談豐滿水電站座環打磨加工[J]. 水利水電技術（中英文），2021，52（增1）：47-51.

[7] 趙七美. 環境溫差對明廠房大型座環加工精度的影響分析[J]. 水電站機電技術，2017，40（10）：48-50.

[8] 周婭，苗亞旭. 大型水電站座環機加工測量及誤差分析[J]. 科技風，2014（13）：100-101.

[9] GB/T8564-2003 水輪發電機組安裝技術規范[S].

（編輯：唐湘茜）

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