敦化水轮机座环开口高度的控制措施

姜国华，李 宁，陈杰凤

(1. 哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江哈尔滨 150040；2. 吉林敦化抽水蓄能有限责任公司，吉林敦化 133700)

0 引言

敦化抽水蓄能水电站最大毛水头701 m、最小毛水头656 m，装机4台，单机容量350 MW，总装机容量1 400 MW。座环是关键支撑部件和承压导流部件，直接承受顶盖、导水机构、轴承等部件的重量以及顶盖传递的轴向水推力、轴承的径向力等，对机组的安全稳定运行至关重要。为进一步提高座环内圆方向上环板与下环板之间的开口高度尺寸精度，对开口高度尺寸进行了公差值的限定。限定公差值后，必须通过加工座环上环板和下环板之间的对应平面，才能保证座环开口高度尺寸。

1 关键点分析

为保证敦化座环上环板与下环板之间的开口高度尺寸精度，从座环开口高度焊接和固定导叶分布两方面进行问题分析。

1.1 座环开口高度焊接

如图1所示，座环上环板、固定导叶与下环板在装配及焊接后，需进行热处理消除座环焊接应力。座环在焊接及热处理过程中，由于焊接变形和应力释放的影响，会产生一定的尺寸偏差，影响座环上环板和下环板平面的平面度。因此，通过改进和控制焊接过程，只能改善焊接尺寸偏差，不能完全消除焊接变形，座环开口高度尺寸偏差必然存在。

图1 座环焊接示意图

1.2 固定导叶分布

如图2、图3所示，座环在组焊过程中，在下环板过流平面上摆放固定导叶时，固定导叶需摆放到下环板过流平面上的固定导叶内切圆D3和固定导叶外切圆D4之间。固定导叶内切圆D3与下环板平面凸止口D2外圆之间有H1的相对距离，H1长度所在的区域范围为平面。

固定导叶与座环上环板、下环板焊接时，上环板(或下环板)过流平面上H1长度所在的区域为固定导叶与上环板(或下环板)前端焊接圆角的位置。固定导叶与上环板(或下环板)焊接后，固定导叶与上环板(或下环板)前端的焊接圆角已经与D2凸止口外圆重合。

D1:内圆；D2：凸止口外圆；D3：固定导叶内切圆；

D1：内圆；D2：凸止口外圆；D3：固定导叶内切圆；

固定导叶与座环上环板(或下环板)焊接后，由于固定导叶前端焊角圆角的限制，上环板(或下环板)过流平面上H1长度所在的区域不能进行机械加工。由于焊接变形和应力释放的影响，焊接后上环板(或下环板)过流平面上H1长度所在的区域平面会出现平面度偏差，造成座环开口高度尺寸偏差必然存在。因此，为保证座环开口高度尺寸，需在上环板(或下环板)过流平面上H1长度所在的区域平面进行补焊，如图4所示。

通过对座环开口高度焊接和固定导叶分布两方面的问题分析，可以看出：由于焊接变形和应力释放的影响，座环上环板和下环板的平面一定存在平面度变形。

2 改进措施

为保证座环上环板和下环板过流平面之间的开口高度尺寸，座环上环板和下环板的过流平面必须进行机械加工。上环板和下环板的过流平面，由于固定导叶与座环上环板(或下环板)之间焊接圆角的限制，上环板(或下环板)只能加工焊接圆角前的局部平面。由于焊接变形的影响，上环板(或下环板)加工平面与非加工平面之间，一定会存在凸台，存在的凸台需进行铲磨光滑。当非加工表面大于加工表面的凸台，需进行打磨光滑处理；当非加工表面低于加工表面的凸台，需先在非加工表面上进行补焊，然后再打磨光滑处理。

图4 上环板、下环板补焊区域示意图

由于座环上环板(或下环板)加工平面与非加工平面之间存在的凸台，必须进行打磨处理。因此，采用以下措施对座环上环板(或下环板)凸台部位的相关表面进行改进，具体改进措施如下：

(1) 如图5所示，在D2凸止口外圆与非加工平面之间，增加角度为α、长度为H2的过渡斜面。

D1:内圆；D2:凸止口外圆；H3:固定导叶内切圆与凸止口

(2)H2的过渡斜面与固定导叶前端的焊接坡口，如果存在干涉部位，则将过渡斜面干涉的部位进行打磨。

(3) 上环板(或下环板)与固定导叶焊接和加工后，原加工后的凸台变成渐变的斜面，不用再进行局部焊接和打磨。加工后渐变的斜面，只需要进行打磨光滑即可，提高了生产效率和产品质量。

3 结论

在座环上环板(或下环板)过流面凸台后面增加渐变斜面后，上环板(或下环板)加工平面与非加工平面之间的过渡区域，不再进行局部补焊、只需要打磨光滑即可。这种工艺方法不仅提高了座环开口加工的生产效率和产品质量，而且可以在类似结构的工件上进行广泛应用，如：在抽水蓄能转轮上的上冠和下环外圆过流面凸台后面增加渐变斜面，可以防止转轮进水边凸台部位的开口平面加工后，需要进行局部补焊的现象发生。因此，在平面凸台后面增加渐变斜面的方法，可以在类似结构的工件上参考使用。