沙湾电厂水轮机座环现场加工

沙湾电厂水轮机座环现场加工

王久柱

四川浙新能沙湾水力发电有限公司四川省凉山州615000

摘要：在水电站建设中，水轮机座环现场组装焊接、调整、混凝土浇筑后及后期机组运行产生的机组沉降造成水轮机座环各工作面的水平度会出现不同程度超标，多采取加工或者打磨的方法消除存在的偏差。本文就沙湾电厂水轮机座环加工设备的应用进行研究，以供参考。

关键词：水轮机；座环；现场加工；技术

引言

从座环加工设备安装调试、加工工艺、数据测量和分析等方面进行了研究总结。该加工技术在沙电厂的成功应用，为同类型水轮机组座环现场加工积累了宝贵的施工技术及管理经验，同时提高了同类型水轮机组座环现场加工的施工效率和质量。

1、加工机械设备简介

1.1该套加工机械设备是为沙湾电厂水轮发电机座环、基础环加工而定制的专用加工设备。该设备能加工水平方向平面、铅垂方向立面；其旋转刀头能进行轴向和径向移动，满足被加工设备的使用精度要求。

1.2该套加工机械设备由静止水平安装支架、支撑中心轴、可旋转平衡臂式刀架、旋转动力刀头、支撑轴承、方电缆缠绕装置等组成。

1.3该套加工机械设备需要安装在原有相邻设备的水平基础平台上，在此基础平台上完成需要修复设备的加工面/槽的质量要求。

设备加工示意图如下所示

2、加工设备的设计方案

2.1设计功能

该设备用于圆周平面铣削和钻孔加工，两个进给轴实现铣头上下左右直线运动，一个旋转轴实现横梁360°任意旋转，主轴电机进行切削工作。控制界面要实现各轴手动、步进及自动功能，速度倍率可调节，可实现各轴位置状态、工艺参数的显示、输入及选择，各电机状态监控及故障报警。

2.2电气功率及参数：

1）横梁旋转采用伺服电机及减速器驱动，电机功率5KW，最高转速1500r/min，脉冲控制方式，能够实现360°绝对定位，编码器分辨率不低于2500线。

2）铣头功率预留3KW，采用变频调速，原铣头电机保留。

3）十字滑台采用步进驱动，保留原驱动电机。采用脉冲控制方式，实现绝对定位、相对定位及回零功能。

4）控制系统为PLC+触摸屏。PLC要实现逻辑运算、脉冲控制及通讯功能，触摸屏要实现对各逻辑状态进行监控、工艺数据修改及过程报警显示。

3、座环加工方案

3.1需要在电厂现场加工的平面、密封槽、圆弧面如下：

3.1.1水平平面有：座环与顶盖把合法兰面平面、座环与顶盖密封平面、座环与底环把合法兰面平面、座环与与基础环把合法兰面，共四个平面的加工；

3.1.2需要在电站现场加工的平面密封槽位置有：座环与顶盖的一道密封环槽、座环与底环安装面上的两道密封环槽、座环与静止环的一道密封环槽；

3.1.3需要在电站现场加工的立面密封位置有：座环与底环的立式密封圆弧面。

3.2修加工方案

3.2.1原始状态的检测

3.2.1.1测量座环与顶盖的两道安装配合平面的水平状态和高度差尺寸，并记录。

3.2.1.2测量座环与底环把合平面的水平状态，并记录。

3.2.1.3测量座环与基础环把合平面的水平状态，并记录。

3.2.1.4测量座环上顶盖的把合平面和底环的把合平面之间的高度差，并记录。

3.2.1.5测量座环上底环的把合平面和基础环的把合平面之间的高度差，并记录。

3.2.2检查需要加工的四个平面、四道密封环槽、一个密封圆弧面的损伤状态，对不满足加工和安装使用需求的缺陷位置，选用可不退火可加工焊条，用氩弧焊接的方式进行补焊。补焊量需满足加工质量需求。

3.2.3将加工设备在厂房地面上进行组装，完成后吊入已经拆除座环上所有可拆卸结构件的中空机坑内，将设备支腿放置在原基础环的安装平面上。

3.2.4初步以基础环的安装平面为基准，通过在加工设备支腿下加垫的方式将设备支撑中心轴找正，使之呈铅垂状态，并通过基础环原安装螺孔将设备支腿固定在座环上。

3.2.5调试加工设备，用平面加工刀具依次加工座环与顶盖把合法兰面平面、座环与顶盖密封平面、座环与底环把合法兰面平面。更换不同高程位置的加工平面时，可能根据旋转刀架刀头可及位置而调整旋转支臂长度。每个平面加工后检测并记录其水平度和粗糙度，使之达到招标文件要求。

3.2.6更换铣刀，升降旋转刀架支臂，依次加工座环与顶盖把合平面上的一道密封环槽、座环与底环安装面上的两道密封环槽、座环与静止环的一道密封环槽。每条密封环槽加工后检测并记录其深度、宽度度和粗糙度，使之达到标准的密封要求。

3.2.7更换切削刀具，转动旋转刀架支臂，加工座环与底环的立式密封圆弧面。加工后检测并记录其圆度、同心度和粗糙度，使之达到招标文件要求。

3.2.8拆开加工设备在原基础环安装平面上的固定螺钉，调整加工设备旋转刀架支臂和静止固定支腿的位置和长度，将加工设备安装在原底环与座环把合的新加工平面上，并再次校核设备支撑中心轴，使之呈铅垂状态，并通过底环原安装螺孔将设备支腿固定在座环上。

3.2.9用平面加工刀具加工座环与基础环把合法兰面平面。平面加工后检测并记录其水平度和粗糙度，使之达到招标文件要求。

4、加工面的最后复检

4.1重新检测并记录所有新加工安装法兰平面的水平度和粗糙度，并记录数据作为最终数据保存。

4.2立式密封圆弧面的直径、圆度、同心度和粗糙度，并记录数据作为最终数据保存，该直径数据将作为底环密封配合外圆的修复依据。

4.3四道密封环槽的底部粗糙度和深度，并记录数据作为最终数据保存。

4.4测量座环上与顶盖的两道安装配合平面高度尺寸、座环上分别于顶盖和底环把合平面的高度尺寸、座环上分别于底环合基础环把合平面的高度尺寸，记录数据作为最终数据保存。

5、沙湾电厂座环水平面超标原因分析

沙湾电厂因座环水平度超标，使机组向+X与-Y夹角方向倾斜，造成机组发电机定转子空气间隙不均匀；发电机与水轮机不同心；机组运行时振动、摆度超标，机组振动大，导轴瓦运行温度高；定子水平度超标等现象。

对座环水平度超标进行综合分析，大致原因如下：

（1）机组在前期安装时对水平度、中心等验收质量把控不严谨，可能在安装时就存在超标问题。
（2）可能前期安装时在座环混凝土回填浇筑时，使调整好的座环水平度产生偏差。

（3）可能机组经多年运行，长期振动造成主厂房水工建筑物出现不均匀沉降现象。

本次座环水平面的现场加工，解决了座环水平度超标的问题，但在座环水平度满足国标要求后，需要对水轮机中心及发电机中心进行重新调整，使水轮机及发电机中心保证同心，重新调整定子水平，重新调整上机架、下机架中心及水平，重新配砖各部位定位销钉孔，基本上解决机组倾斜、空气间隙不均匀、导轴瓦运行温度高及机组振摆超标及机组运行震动大的问题。需要电厂后期加强对水工建筑物沉降进行观察，检修时对空气间隙、各水平面水平度进行检测，必要时采取施工手段进行调整，运行时加强导轴瓦温度及机组振摆数据的记录，分析数据的变化趋势。

6、施工过程的质量保证体系和措施

施工过程的质量保证体系和措施主要分两部分，（一）：是机加工设备的厂内设计、制造；（二）：现场施工。

（一）：机加工设备的厂内设计、制造

1、技术管理

项目有关人员（项目经理、技术负责人、现场施工员、钢筋翻样、内业技术人员、质检员等）认真阅读机加工设备图纸并参加图纸会审。了解设计意图，明确质量要求，将图纸上存在的问题和错误、专业之间的矛盾等，尽最大可能解决在工程开工之前。

2、技术交底

技术交底实行三级交底，即方案设计与编制者组织对项目经理部的交底，项目技术负责组织向向班组长及班组的交底。

2.1技术交底的要求

①技术交底必须满足制造规范、验评标准、设计图纸的要求；

②整个工程、各分部分项均须作技术交底；

2.2方案设计与编制者对项目经理部的交底,参加交底的有项目经理、项目技术负责人、项目生产经理、质量员、安全员，交底内容为：

①工程概况、工程特点及设计意图；

②总体设计及现场施工方案；

③现场施工准备要求；④现场施工注意事项。

2.3项目技术负责人对现场施工员的交底,按分部、分项工程进行，交底内容有：

①设计图纸的具体要求；

②工艺过程；

③相应规范、规程与验评标准；

④检验方法；

⑤成品保护措现场施；

⑥质量安全措现场施。

2.4工长向班组长有班组的交底,交底内容有：

①设计图纸要求；

②工艺要点与操作要求；

③质量标准与安全规程；

④成品保护的要求。

3、技术复核

技术复核由技术负责人组织，项目质量员、该工序的工长参与进行，技术复核的目的是防止因重大差错而导致质量事故。技术复核在下道工序现场施工前进行。

4、质量控制

（1）质量管理文件的准备

由项目质量经理组织项目有关技术人员根据改造工程的实际情况，制定项目的质量目标，将质量管理工作分解落实到各位管理人员，以每个岗位的工作质量来确保工程的质量。

（2）制定质量管理制度

项目应根据上级有关质量管理工作的各项规章制度，结合项目的实际情况，制定项目的质量管理实施细则。

（3）原材料的质量控制

原材料须按检验规定进行验收。经检验不合格的材料应按不合格品处置。

5、设置工序控制点及检验控制点

（1）工序控制点

工序控制点由项目总工按工艺的流程设置，设置工序控制点时考虑：

①在具体分项中处于影响质量的关键环节；

②质量的影响因素复杂；

③容易产生质量通病；

④对各工序控制点，项目总工应组织编写作业指导书（或技术交底单）。

（2）检验控制点

针对工序控制点，项目质量员须单独编制检验控制点，检验控制点的具体内容包括检验项、检验工具、依据标准、及对检验结果的验证。

（二）：现场施工。

①施工人员到电厂现场后，首先参照原机组底环图检测机组座环、基础环各水平面（水平面及密封槽）变形情况并记录，作为施工修复和验收的依据。

②派遣具有该机加工设备操作经验的技术工操作。

③分步骤加工，精车完一部分就复核一次尺寸，确保加工尺寸和加工光洁度、水平度满足国标要求。

6、结束语

综上所述，经过本次座环水平面的现场加工后使座环各水平面水平度达到国标要求，对水轮机、发电机中心及定子、上机架、下机架水平进行重新调整后各项运行参数优良、空气间隙在机组盘车结束机组定中心后检查空气间隙均匀在国标以内、在检修试运行及后期运行阶段导轴瓦运行温度有明显降低、机组振动、摆度在规范以内、使倾斜的机组重新找正，达到了预期设定目标，创造了良好的发电经济效益；进一步提升了电厂管理水平及机组安全运行的可靠度，可为今后同类型水电站类似设备现场整体加工提供经验参考。

参考文献

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