敦化水輪機座環(huán)開口高度的控制措施

姜國華，李 寧，陳杰鳳

(1. 哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司，黑龍江哈爾濱 150040；2. 吉林敦化抽水蓄能有限責(zé)任公司，吉林敦化 133700)

0 引言

敦化抽水蓄能水電站最大毛水頭701 m、最小毛水頭656 m，裝機4臺，單機容量350 MW，總裝機容量1 400 MW。座環(huán)是關(guān)鍵支撐部件和承壓導(dǎo)流部件，直接承受頂蓋、導(dǎo)水機構(gòu)、軸承等部件的重量以及頂蓋傳遞的軸向水推力、軸承的徑向力等，對機組的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要。為進一步提高座環(huán)內(nèi)圓方向上環(huán)板與下環(huán)板之間的開口高度尺寸精度，對開口高度尺寸進行了公差值的限定。限定公差值后，必須通過加工座環(huán)上環(huán)板和下環(huán)板之間的對應(yīng)平面，才能保證座環(huán)開口高度尺寸。

1 關(guān)鍵點分析

為保證敦化座環(huán)上環(huán)板與下環(huán)板之間的開口高度尺寸精度，從座環(huán)開口高度焊接和固定導(dǎo)葉分布兩方面進行問題分析。

1.1 座環(huán)開口高度焊接

如圖1所示，座環(huán)上環(huán)板、固定導(dǎo)葉與下環(huán)板在裝配及焊接后，需進行熱處理消除座環(huán)焊接應(yīng)力。座環(huán)在焊接及熱處理過程中，由于焊接變形和應(yīng)力釋放的影響，會產(chǎn)生一定的尺寸偏差，影響座環(huán)上環(huán)板和下環(huán)板平面的平面度。因此，通過改進和控制焊接過程，只能改善焊接尺寸偏差，不能完全消除焊接變形，座環(huán)開口高度尺寸偏差必然存在。

圖1 座環(huán)焊接示意圖

1.2 固定導(dǎo)葉分布

如圖2、圖3所示，座環(huán)在組焊過程中，在下環(huán)板過流平面上擺放固定導(dǎo)葉時，固定導(dǎo)葉需擺放到下環(huán)板過流平面上的固定導(dǎo)葉內(nèi)切圓D3和固定導(dǎo)葉外切圓D4之間。固定導(dǎo)葉內(nèi)切圓D3與下環(huán)板平面凸止口D2外圓之間有H1的相對距離，H1長度所在的區(qū)域范圍為平面。

固定導(dǎo)葉與座環(huán)上環(huán)板、下環(huán)板焊接時，上環(huán)板(或下環(huán)板)過流平面上H1長度所在的區(qū)域為固定導(dǎo)葉與上環(huán)板(或下環(huán)板)前端焊接圓角的位置。固定導(dǎo)葉與上環(huán)板(或下環(huán)板)焊接后，固定導(dǎo)葉與上環(huán)板(或下環(huán)板)前端的焊接圓角已經(jīng)與D2凸止口外圓重合。

D1:內(nèi)圓；D2：凸止口外圓；D3：固定導(dǎo)葉內(nèi)切圓；

D1：內(nèi)圓；D2：凸止口外圓；D3：固定導(dǎo)葉內(nèi)切圓；

固定導(dǎo)葉與座環(huán)上環(huán)板(或下環(huán)板)焊接后，由于固定導(dǎo)葉前端焊角圓角的限制，上環(huán)板(或下環(huán)板)過流平面上H1長度所在的區(qū)域不能進行機械加工。由于焊接變形和應(yīng)力釋放的影響，焊接后上環(huán)板(或下環(huán)板)過流平面上H1長度所在的區(qū)域平面會出現(xiàn)平面度偏差，造成座環(huán)開口高度尺寸偏差必然存在。因此，為保證座環(huán)開口高度尺寸，需在上環(huán)板(或下環(huán)板)過流平面上H1長度所在的區(qū)域平面進行補焊，如圖4所示。

通過對座環(huán)開口高度焊接和固定導(dǎo)葉分布兩方面的問題分析，可以看出：由于焊接變形和應(yīng)力釋放的影響，座環(huán)上環(huán)板和下環(huán)板的平面一定存在平面度變形。

2 改進措施

為保證座環(huán)上環(huán)板和下環(huán)板過流平面之間的開口高度尺寸，座環(huán)上環(huán)板和下環(huán)板的過流平面必須進行機械加工。上環(huán)板和下環(huán)板的過流平面，由于固定導(dǎo)葉與座環(huán)上環(huán)板(或下環(huán)板)之間焊接圓角的限制，上環(huán)板(或下環(huán)板)只能加工焊接圓角前的局部平面。由于焊接變形的影響，上環(huán)板(或下環(huán)板)加工平面與非加工平面之間，一定會存在凸臺，存在的凸臺需進行鏟磨光滑。當(dāng)非加工表面大于加工表面的凸臺，需進行打磨光滑處理；當(dāng)非加工表面低于加工表面的凸臺，需先在非加工表面上進行補焊，然后再打磨光滑處理。

圖4 上環(huán)板、下環(huán)板補焊區(qū)域示意圖

由于座環(huán)上環(huán)板(或下環(huán)板)加工平面與非加工平面之間存在的凸臺，必須進行打磨處理。因此，采用以下措施對座環(huán)上環(huán)板(或下環(huán)板)凸臺部位的相關(guān)表面進行改進，具體改進措施如下：

(1) 如圖5所示，在D2凸止口外圓與非加工平面之間，增加角度為α、長度為H2的過渡斜面。

D1:內(nèi)圓；D2:凸止口外圓；H3:固定導(dǎo)葉內(nèi)切圓與凸止口

(2)H2的過渡斜面與固定導(dǎo)葉前端的焊接坡口，如果存在干涉部位，則將過渡斜面干涉的部位進行打磨。

(3) 上環(huán)板(或下環(huán)板)與固定導(dǎo)葉焊接和加工后，原加工后的凸臺變成漸變的斜面，不用再進行局部焊接和打磨。加工后漸變的斜面，只需要進行打磨光滑即可，提高了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

3 結(jié)論

在座環(huán)上環(huán)板(或下環(huán)板)過流面凸臺后面增加漸變斜面后，上環(huán)板(或下環(huán)板)加工平面與非加工平面之間的過渡區(qū)域，不再進行局部補焊、只需要打磨光滑即可。這種工藝方法不僅提高了座環(huán)開口加工的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，而且可以在類似結(jié)構(gòu)的工件上進行廣泛應(yīng)用，如：在抽水蓄能轉(zhuǎn)輪上的上冠和下環(huán)外圓過流面凸臺后面增加漸變斜面，可以防止轉(zhuǎn)輪進水邊凸臺部位的開口平面加工后，需要進行局部補焊的現(xiàn)象發(fā)生。因此，在平面凸臺后面增加漸變斜面的方法，可以在類似結(jié)構(gòu)的工件上參考使用。