环境温差对明厂房大型座环加工精度的影响分析

赵七美

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

环境温差对明厂房大型座环加工精度的影响分析

赵七美

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

大型水轮机座环从现场加工开始至调整导叶端面间隙时的时间间隔约5～7个月，对于明厂房结构的水电站，在这段时间内，环境温差变化较大，由于热胀冷缩的原因，温差的变化对座环加工精度影响较大，将会直接影响机组的安装质量，在加工过程中需根据当时机坑内的温度计算实际加工尺寸，以确保后续机组安装的尺寸精度，确保机组安装质量。本文对梨园水电站根据环境温差来计算实际加工尺寸的工艺和技术进行分析、总结，以期对同类型电站提供指导和借鉴。

环境温差；座环加工；机组安装精度；梨园水电站；明厂房

1 概述

梨园水电站位于云南省丽江市玉龙县（右岸）与香格里拉县（左岸）交界处的金沙江中游河段，为岸边式明厂房结构，主厂房内共设置4台立轴混流式水轮发电机组，单机容量600 MW，总装机容量2 400 MW，水轮机额定水头106 m，最大水头118 m。座环本体和上筒体各分4瓣到货，在现场进行组装、焊接、安装和加工，座环固定导叶中心安装高程为EL1494.805 m。根据设计要求，在现场利用大型立式车床进行座环加工。

根据明厂房现场实际情况、机组结构特点和施工工期的长短，在座环加工期间需考虑环境温差的影响，需根据加工和测量时机坑内的实际温度来计算实际尺寸，以确保机组安装精度和质量。

2 座环加工时考虑环境温差的必要性

座环底环板加工面至上法兰加工面间的开档距离（以下简称为座环大开档尺寸）设计为5 345 mm，允许偏差为0～+0.15 mm。根据设计说明，设计图纸上的尺寸和偏差均认为是环境温度为25℃时的尺寸和偏差设定。

活动导叶端面总间隙为0.85～1.2 mm，其中导叶上端面间隙为0.5～0.7 mm，导叶下端面间隙为0.35～0.5 mm。

从座环加工至调整导叶端面间隙时的时间间隔约5～7个月，在这段时间内环境温差若按7℃计算，座环加工时用内径千分尺进行测量，若按0.06 mm/℃来计算温差对加工精度的影响，7℃×0.06 mm/℃=0.42 mm，也就是说，在这段时间内，由于存在温差，在座环加工时测量的尺寸，至导叶端面间隙调整时会造成0.42 mm的偏差，这将直接影响导叶端面间隙值的调整和验收要求，也必将影响机组的安装质量。

综合以上的分析，由于热胀冷缩的原因，温差对测量仪器或测量设备造成偏差，当温度升高时，测量仪器伸长，测量尺寸的读数减小，当温度降低时，测量仪器缩短，测量尺寸的读数增大。故在明厂房结构的座环加工过程中，为确保机组安装精度和质量，需考虑环境温差的影响。

3 加工基准点设置

（1）机组安装高程确定：用NA2水准仪配GPM3测微仪，测量23个固定导叶中心线高程，取与平均值最接近的固定导叶高程为座环的安装高程，此即为水轮机安装高程，同时作为加工时的高度测量基准面，梨园电站首台机（4号机）20号固定导叶、3号机12号固定导叶的高程最接近平均值。均分24点分别测量座环底环板面、上法兰平面的高程，计算出各平面加工余量。

（2）机组中心确定：以下环板内镗口为基准架设求心器，采用电测法分24点，测量座环上法兰、导向条和上环板内镗孔半径值，计算圆度和同心度，同时计算各部位的加工余量，通过数据分析，当各部位的同心度满足要求，以及各部位的加工余量整圆基本均匀后，此中心即可确定为座环加工时的中心测量基准，同时也作为以后机组安装的中心基准。

4 座环加工设备布置

座环加工设备由上海VOITH公司提供，属于专用立式车床，车床分为上、下径向支架，上径向支架与机坑里衬焊接（其外壁设有预埋锚钩），下径向支架与座环下筒体焊接。在车床上分别设有上、下施工安全平台。刀架在中心柱上能够上下轴向移动。立式车床结构和布置位置如图1所示。

图1 立式车床结构和布置位置

5 座环加工部位技术要求

座环加工共有4个部位：①座环上法兰平面及盘根槽；②筒阀上导轨及带导轨的导叶出水边；③座环下环板内镗口；④座环底环板平面。各部位加工余量及允许偏差如表1所示。

6 座环加工程序

机坑内支撑切除→机坑清扫→全封闭平台吊装搭设→机坑测定→计算加工余量→机组中心及高程确定→车床部分部件安装间组装→吊装车床部件→车床组装→立柱中心调整→立柱铅垂度调整→车床调试→加工座环底环板面→加工下环板内镗口→加工固定导叶出水边导向条→加工上导向条→加工上法兰面及密封槽→整体尺寸测量→车床吊出机坑→清扫机坑→挂钢琴线复测各加工尺寸→座环加工整体验收→刨除上下支架基础。

表1 座环各部位加工余量及允许偏差一览表

7 温差对座环大开档尺寸精度影响值计算

梨园电站座环大开档尺寸（底环板面至上法兰面距离）设计为5 345 mm，实际加工时应记录机坑内的环境温度，根据实际环境温度计算加工尺寸。

（1）按设计图纸：环境温度在25℃时，座环大开档尺寸为 5 345（0～+0.15）mm。

（2）内径千分尺的线膨胀系数α为1.15×10-5℃-1，环境温度每变化△t℃时，内径千分尺测量长度的变化量△L为：△L=α×L×△t

式中：L为测量长度；△t为环境温度变化值。

环境温度每变化1℃时，内径千分尺测量座环大开档尺寸时其长度的变化量：

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

（3）根据环境温度每变化1℃时，内径千分尺的测量误差为0.06 mm。举例说明和计算如下：

1）当机坑内温度为20℃时，座环大开档加工尺寸应为：

0.06 mm/℃×（25℃-20℃）=0.30 mm，座环大开档实际加工尺寸应为5 345.3 mm。

2）当机坑内温度为 24℃时，0.06 mm/℃×（25℃-24℃）=0.06 mm，座环大开档加工尺寸应为5 345.06 mm。

3）当机坑内温度为 15℃时，0.06 mm/℃×（25℃-15℃）=0.6 mm，座环大开档加工尺寸应为5 345.6 mm。

在每次测量前提前2 h将测量仪器放入机坑，适应环境温度，尽量减少测量误差。

8 考虑温差后实际加工尺寸

梨园电站4台套座环大开档加工实际尺寸根据温差情况计算如表2所示。

表2 梨园电站4台套座环大开档实际加工尺寸计算表

表2中加工尺寸，为重点闸明环境温差对加工精度的影响，未计入顶盖、底环和导叶的实际高度的影响。

从表2中可以看出，梨园电站4台套座环大开档的加工尺寸最小值为5 345.0 mm，最大值为5 345.63 mm，可以说每台机组的加工尺寸均不相同（因加工时的环境温度不同），最大值和最小值相差0.63 mm，这就是考虑环境温差后的效果。

9 结论

座环底环板面至上法兰面的尺寸按加工时机坑内的实际温度进行计算，再综合考虑导叶、顶盖和底环的实际加工偏差，经计算后再确定最终的加工尺寸，确保了座环加工和导水机构预装的质量。至目前为止，梨园电站4台机组已全部投产发电，导水机构安装尺寸均满足设计图纸和厂家工艺要求，其成功的工艺措施和计算方法可为同类型明厂房水电站提供技术支持。

TK730.4

B

1672-5387（2017）10-0048-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.017

2017-07-21

赵七美（1968-），女，教授级高级工程师，从事水电站机电设备安装工作。