水口６＃機活塞桿裝配改造的工藝研究

馮慧奇

摘要：水口電站位于福建省閩清縣閩江干流上，共裝機7臺，總裝機容量1400MW，是我國“八五”期間重大水電建設項目之一。水口機組轉輪直徑8m，軸流轉漿式水輪機。1996年11月29日7臺機組全部并網發電。水口6號機于1995年底投入運行，機組各項性能指標均滿足設計要求，運行正常。但2000年5月中旬機組振動增大，停機檢查發現轉輪體內的活塞桿在M540χ4螺紋處發生斷裂。為了進一步改善機組的穩定性，對活塞桿進行改造。

關鍵詞：水口活塞；改造

1 水口活塞桿改造加工

水口活塞桿改造主要包括活塞盤、超級螺母、活塞桿、支撐套、活塞環、卡環的加工。

1.1 活塞盤

活塞盤為返廠修復件，材料為鑄鋼20SiMn。在加工過程中，PT探傷發現鋁青銅焊層有線性缺陷，經過UT探傷，缺陷為貫穿型線性缺陷。經過計算改變結構，將線性缺陷車掉，增加護套，護套與活塞盤采用熱套的方法裝配。

改變結構后，活塞盤加工的重點是護套與活塞盤的裝配，護套與活塞盤為止口緊量配合。為了保證護套與活塞盤的裝配，我們采取了5點工藝措施：

⑴活塞盤調平，方箱擺放于平臺上，吊放活塞盤，調平、墊實；

⑵活塞盤上平面焊接8個導向塊，下平面焊接8個定位塊，導向塊與定位塊上把合頂緊螺栓，主要用于護套裝配時調整方向；

⑶護套加熱至280°，保溫時間4小時，保證護套的內徑尺寸增大10mmm（配合止口為3mm）；

⑷用吊攀起吊護套，用手拉葫蘆調整護套的水平，通過引導塊導向，定位塊限位，護套裝配在活塞盤外圓上；

⑸護套冷卻約12小至室溫，用塞尺檢查護套與活塞盤間隙。裝配合格后，堆焊鋁青銅焊層，退火，加工活塞盤。

1.2 超級螺母

螺母材料為鍛鋼34CrNi3Mo，M580Χ8螺紋的是目前哈電機加工的最大螺紋尺寸。

超級螺母的加工工藝重點：

⑴超級螺母的硬度值在241HB-302 HB，為此選用進口銑絲刀片VER8.0 ISO VTX和ABS-125 銑絲刀盤。

⑵數控編程銑螺紋，操作簡單，精度高，效率高，確保絲孔的形位公差在0.03mm以內。

⑶由于M580Χ8屬非標螺紋，為此制作了專用的螺紋千分尺檢查工具，并制作牙型樣板檢查螺矩。

1.3 活塞桿

活塞桿材料由原來的鍛鋼20SiMn改為鍛鋼35CrMo，增加了活塞桿的強度。活塞桿的加工精度要求高，為了保證活塞桿的加工質量，采取4點工藝要求：

⑴利用數控車床加工，數控車床的精度可以保證R150（0，+0.2）的公差要求，可以保證軸頸的同軸度0.03mm；

⑵M580Χ8超大型外螺紋同樣采用數控鏜銑床加工；

⑶活塞桿螺紋加工合格后，與超級螺母研配。因活塞桿重15噸，超級螺母重1.4噸，為了減少因重力因素造成螺紋的研傷，活塞桿必須調水平立放；

⑷活塞桿加工后，利用樣板檢查R150、R65及20°斜面，然后與卡環配研。

1.4 支撐套

支撐套材料為ZG20SiMn，2瓣把合結構，每個合縫面有3個M12χ60mm螺釘把合，內圓φ470H7mm，外圓φ600g7mm，高660mm。這種工件在加工后容易變形，為了解決變形問題，提出了3點工藝要求：

⑴在每個合縫面增加2個工藝錐銷孔；

⑵支撐套利用車胎的定位止口加工，在一個工位完成內、外圓的加工保證了內外圓的同軸度；

⑶為了更好的釋放應力，要求在半精車后拆瓣，釋放應力。

1.5 活塞環

活塞環的加工工藝已經成型，劃線并劃檢加工余量、粗車（利用經驗公式計算內外圓加工尺寸）、刨開口、利用專用工具卡箍組圓、在開口處鉆較銷孔、裝銷并鉚合活塞環、車內外圓、拆瓣。

1.6 卡環

卡環材料為鑄鋼35CrMo，2瓣把合結構，每個合縫面有2個M36χ110mm螺釘把合，外圓φ850，內圓φ440、R150、R65及20°斜面光滑過渡。為了保證卡環與活塞桿研磨質量，采取了3點措施：

⑴R150、R65及20°斜面單邊留量0.03mm，同理活塞桿對應部位單邊留量0.03mm；

⑵該部位的光潔度必須達到Ra1.6以上，防止在兩件裝配研磨時研傷工件；

⑶加工使用數控立車，保證R150、R65及20°斜面公差要求，同時使用樣板檢查。

1.7 操作機構的裝配工藝

操作機構的裝配主要包括活塞桿與活塞盤、卡環、支撐套、超級螺母的裝配。

1.7.1 活塞桿與活塞盤的裝配

活塞桿與活塞盤用聯軸螺栓把合。聯軸螺栓的把緊是采用的加熱器工具進行，主要是聯軸螺栓的加熱預緊量。螺母的把合應對稱分布，并且加熱溫度要分段，在不同溫度階段分別把緊螺母（對稱把合），并在室溫下用百分表測螺桿伸長量。這種均勻對稱的把合、加熱的方式，可以保證螺桿承受相同的力，防止在裝配過程中活塞桿因受力不均造成偏心。

1.7.2 活塞桿與卡環的裝配

卡環為2瓣結構，不能有大小瓣，否則卡環不能與活塞桿裝配。通過卡環合縫面的把合螺釘調整卡環的內徑尺寸由大變小，固定活塞桿，利用吊車的力量轉動卡環，達到研磨的目的和要求。

1.7.3 活塞桿與超級螺母的裝配。

活塞桿M580χ8的螺紋中徑為φ574.804（-0.508，-0.208），超級螺母M580χ8的中徑為φ574.804（0，+0.3），中徑間隙為0.2-0.8mm，小徑間隙為0.2-1.2mm，M580χ8超級螺母與活塞桿試裝配。活塞桿立放在平臺上調平固定，吊起超級螺母，用手拉葫蘆調平超級螺母，在試裝配過程中，活塞桿與超級螺母通過研修，將螺母與活塞桿裝配到位。

在整個活塞桿的裝配中，我們可以從溫度、百分表及力矩扳手等工具定量的讀出數據，而是靠數據來說明把合力矩的大小。這種科學的把合方式，可使裝配各部件受力一致，延長使用壽命。

2 結論

水口活塞桿改造裝配的成功，為以后水口機組再改造提供了寶貴的技術支持和借鑒。