趙七美

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

環(huán)境溫差對明廠房大型座環(huán)加工精度的影響分析

趙七美

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

大型水輪機座環(huán)從現(xiàn)場加工開始至調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙時的時間間隔約5～7個月，對于明廠房結(jié)構(gòu)的水電站，在這段時間內(nèi)，環(huán)境溫差變化較大，由于熱脹冷縮的原因，溫差的變化對座環(huán)加工精度影響較大，將會直接影響機組的安裝質(zhì)量，在加工過程中需根據(jù)當時機坑內(nèi)的溫度計算實際加工尺寸，以確保后續(xù)機組安裝的尺寸精度，確保機組安裝質(zhì)量。本文對梨園水電站根據(jù)環(huán)境溫差來計算實際加工尺寸的工藝和技術(shù)進行分析、總結(jié)，以期對同類型電站提供指導(dǎo)和借鑒。

環(huán)境溫差；座環(huán)加工；機組安裝精度；梨園水電站；明廠房

1 概述

梨園水電站位于云南省麗江市玉龍縣（右岸）與香格里拉縣（左岸）交界處的金沙江中游河段，為岸邊式明廠房結(jié)構(gòu)，主廠房內(nèi)共設(shè)置4臺立軸混流式水輪發(fā)電機組，單機容量600 MW，總裝機容量2 400 MW，水輪機額定水頭106 m，最大水頭118 m。座環(huán)本體和上筒體各分4瓣到貨，在現(xiàn)場進行組裝、焊接、安裝和加工，座環(huán)固定導(dǎo)葉中心安裝高程為EL1494.805 m。根據(jù)設(shè)計要求，在現(xiàn)場利用大型立式車床進行座環(huán)加工。

根據(jù)明廠房現(xiàn)場實際情況、機組結(jié)構(gòu)特點和施工工期的長短，在座環(huán)加工期間需考慮環(huán)境溫差的影響，需根據(jù)加工和測量時機坑內(nèi)的實際溫度來計算實際尺寸，以確保機組安裝精度和質(zhì)量。

2 座環(huán)加工時考慮環(huán)境溫差的必要性

座環(huán)底環(huán)板加工面至上法蘭加工面間的開檔距離（以下簡稱為座環(huán)大開檔尺寸）設(shè)計為5 345 mm，允許偏差為0～+0.15 mm。根據(jù)設(shè)計說明，設(shè)計圖紙上的尺寸和偏差均認為是環(huán)境溫度為25℃時的尺寸和偏差設(shè)定。

活動導(dǎo)葉端面總間隙為0.85～1.2 mm，其中導(dǎo)葉上端面間隙為0.5～0.7 mm，導(dǎo)葉下端面間隙為0.35～0.5 mm。

從座環(huán)加工至調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙時的時間間隔約5～7個月，在這段時間內(nèi)環(huán)境溫差若按7℃計算，座環(huán)加工時用內(nèi)徑千分尺進行測量，若按0.06 mm/℃來計算溫差對加工精度的影響，7℃×0.06 mm/℃=0.42 mm，也就是說，在這段時間內(nèi)，由于存在溫差，在座環(huán)加工時測量的尺寸，至導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整時會造成0.42 mm的偏差，這將直接影響導(dǎo)葉端面間隙值的調(diào)整和驗收要求，也必將影響機組的安裝質(zhì)量。

綜合以上的分析，由于熱脹冷縮的原因，溫差對測量儀器或測量設(shè)備造成偏差，當溫度升高時，測量儀器伸長，測量尺寸的讀數(shù)減小，當溫度降低時，測量儀器縮短，測量尺寸的讀數(shù)增大。故在明廠房結(jié)構(gòu)的座環(huán)加工過程中，為確保機組安裝精度和質(zhì)量，需考慮環(huán)境溫差的影響。

3 加工基準點設(shè)置

（1）機組安裝高程確定：用NA2水準儀配GPM3測微儀，測量23個固定導(dǎo)葉中心線高程，取與平均值最接近的固定導(dǎo)葉高程為座環(huán)的安裝高程，此即為水輪機安裝高程，同時作為加工時的高度測量基準面，梨園電站首臺機（4號機）20號固定導(dǎo)葉、3號機12號固定導(dǎo)葉的高程最接近平均值。均分24點分別測量座環(huán)底環(huán)板面、上法蘭平面的高程，計算出各平面加工余量。

（2）機組中心確定：以下環(huán)板內(nèi)鏜口為基準架設(shè)求心器，采用電測法分24點，測量座環(huán)上法蘭、導(dǎo)向條和上環(huán)板內(nèi)鏜孔半徑值，計算圓度和同心度，同時計算各部位的加工余量，通過數(shù)據(jù)分析，當各部位的同心度滿足要求，以及各部位的加工余量整圓基本均勻后，此中心即可確定為座環(huán)加工時的中心測量基準，同時也作為以后機組安裝的中心基準。

4 座環(huán)加工設(shè)備布置

座環(huán)加工設(shè)備由上海VOITH公司提供，屬于專用立式車床，車床分為上、下徑向支架，上徑向支架與機坑里襯焊接（其外壁設(shè)有預(yù)埋錨鉤），下徑向支架與座環(huán)下筒體焊接。在車床上分別設(shè)有上、下施工安全平臺。刀架在中心柱上能夠上下軸向移動。立式車床結(jié)構(gòu)和布置位置如圖1所示。

圖1 立式車床結(jié)構(gòu)和布置位置

5 座環(huán)加工部位技術(shù)要求

座環(huán)加工共有4個部位：①座環(huán)上法蘭平面及盤根槽；②筒閥上導(dǎo)軌及帶導(dǎo)軌的導(dǎo)葉出水邊；③座環(huán)下環(huán)板內(nèi)鏜口；④座環(huán)底環(huán)板平面。各部位加工余量及允許偏差如表1所示。

6 座環(huán)加工程序

機坑內(nèi)支撐切除→機坑清掃→全封閉平臺吊裝搭設(shè)→機坑測定→計算加工余量→機組中心及高程確定→車床部分部件安裝間組裝→吊裝車床部件→車床組裝→立柱中心調(diào)整→立柱鉛垂度調(diào)整→車床調(diào)試→加工座環(huán)底環(huán)板面→加工下環(huán)板內(nèi)鏜口→加工固定導(dǎo)葉出水邊導(dǎo)向條→加工上導(dǎo)向條→加工上法蘭面及密封槽→整體尺寸測量→車床吊出機坑→清掃機坑→掛鋼琴線復(fù)測各加工尺寸→座環(huán)加工整體驗收→刨除上下支架基礎(chǔ)。

表1 座環(huán)各部位加工余量及允許偏差一覽表

7 溫差對座環(huán)大開檔尺寸精度影響值計算

梨園電站座環(huán)大開檔尺寸（底環(huán)板面至上法蘭面距離）設(shè)計為5 345 mm，實際加工時應(yīng)記錄機坑內(nèi)的環(huán)境溫度，根據(jù)實際環(huán)境溫度計算加工尺寸。

（1）按設(shè)計圖紙：環(huán)境溫度在25℃時，座環(huán)大開檔尺寸為 5 345（0～+0.15）mm。

（2）內(nèi)徑千分尺的線膨脹系數(shù)α為1.15×10-5℃-1，環(huán)境溫度每變化△t℃時，內(nèi)徑千分尺測量長度的變化量△L為：△L=α×L×△t

式中：L為測量長度；△t為環(huán)境溫度變化值。

環(huán)境溫度每變化1℃時，內(nèi)徑千分尺測量座環(huán)大開檔尺寸時其長度的變化量：

△L=α×L×△t=1.15×10-5℃-1×5 345 mm×1℃=0.06 mm。

（3）根據(jù)環(huán)境溫度每變化1℃時，內(nèi)徑千分尺的測量誤差為0.06 mm。舉例說明和計算如下：

1）當機坑內(nèi)溫度為20℃時，座環(huán)大開檔加工尺寸應(yīng)為：

0.06 mm/℃×（25℃-20℃）=0.30 mm，座環(huán)大開檔實際加工尺寸應(yīng)為5 345.3 mm。

2）當機坑內(nèi)溫度為 24℃時，0.06 mm/℃×（25℃-24℃）=0.06 mm，座環(huán)大開檔加工尺寸應(yīng)為5 345.06 mm。

3）當機坑內(nèi)溫度為 15℃時，0.06 mm/℃×（25℃-15℃）=0.6 mm，座環(huán)大開檔加工尺寸應(yīng)為5 345.6 mm。

在每次測量前提前2 h將測量儀器放入機坑，適應(yīng)環(huán)境溫度，盡量減少測量誤差。

8 考慮溫差后實際加工尺寸

梨園電站4臺套座環(huán)大開檔加工實際尺寸根據(jù)溫差情況計算如表2所示。

表2 梨園電站4臺套座環(huán)大開檔實際加工尺寸計算表

表2中加工尺寸，為重點閘明環(huán)境溫差對加工精度的影響，未計入頂蓋、底環(huán)和導(dǎo)葉的實際高度的影響。

從表2中可以看出，梨園電站4臺套座環(huán)大開檔的加工尺寸最小值為5 345.0 mm，最大值為5 345.63 mm，可以說每臺機組的加工尺寸均不相同（因加工時的環(huán)境溫度不同），最大值和最小值相差0.63 mm，這就是考慮環(huán)境溫差后的效果。

9 結(jié)論

座環(huán)底環(huán)板面至上法蘭面的尺寸按加工時機坑內(nèi)的實際溫度進行計算，再綜合考慮導(dǎo)葉、頂蓋和底環(huán)的實際加工偏差，經(jīng)計算后再確定最終的加工尺寸，確保了座環(huán)加工和導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝的質(zhì)量。至目前為止，梨園電站4臺機組已全部投產(chǎn)發(fā)電，導(dǎo)水機構(gòu)安裝尺寸均滿足設(shè)計圖紙和廠家工藝要求，其成功的工藝措施和計算方法可為同類型明廠房水電站提供技術(shù)支持。

TK730.4

B

1672-5387（2017）10-0048-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.017

2017-07-21

趙七美（1968-），女，教授級高級工程師，從事水電站機電設(shè)備安裝工作。