百龍灘水電廠轉輪室修補工藝研究

黎秀榮，曹登峰

（1.南寧發電設備總廠，廣西 南寧 530031；2.南寧職業技術學院,廣西 南寧 530008）

百龍灘水電廠是紅水河水電梯級開發的第七個梯級電站。座落在廣西馬山縣境內，電廠總裝機容量19.2萬kW，由6臺3.2萬kW燈泡貫流式機組組成。1996年開始運行發電。

1 轉輪室球面前部空蝕概況

水輪機轉輪室為組焊圓筒狀零件（見圖1），工件最大直徑Φ6930mm，高度2370mm，總質量3500 kg，由兩瓣組合而成。工件材料為Q235-A鋼板與1Cr18Ni9Ti鋼板焊接而成。

經過十多年運行，轉輪室球面前部空蝕嚴重?？瘴g區在漿葉進水邊前部側面所對應的區域，距工件小端向內440～620mm處，長度約180mm，整圓直徑擴大約10mm，部份部位空蝕深度達7～8mm。空蝕造成水輪機運行時產生強烈的振動和噪聲，運行效率降低，嚴重時危害機組運行安全。

圖1 轉輪室與支架

2 修復技術難點

根據電廠要求，在工件空蝕部位內壁鑲嵌一層1Cr18Ni9Ti不銹鋼板，再恢復原來尺寸，而工件其余部位均保持原尺寸及精度，不進行加工。主要技術難點如下：

（1）工件焊接變形。工件本身為薄壁件，其厚度與直徑之比達1:180。工件先在車床上車削去一層金屬，再以15mm厚不銹鋼板，卷成弧狀鑲入焊牢，其焊接過程中產生的熱變形及內應力變形，很難控制。由于工件尺寸大，質量大，如產生變形很難矯正。

（2）工件原有尺寸精度恢復。車削內腔尺寸時，只加工鑲嵌部位，在工件圓弧連結部位進刀，加工部位與非加工部位可能出現錯位誤差。

（3）工件運輸及修補過程中變形。工件拆分為兩瓣，由電廠運到南寧有100 km，加工完成再運回電廠，加工過程中還要吊裝、翻身，在此過程中也極易引起工件變形。

3 針對難點采取的方法

3.1 減少焊接變形

為保證焊接質量，減少焊接變形，采用以下方法：

（1）分段鑲嵌。為使不銹鋼板與工件內壁貼緊，并減少鑲嵌難度，將不銹鋼板卷曲成型后割成12個弧板，每個弧板上均勻分布14個Φ13mm沉孔（見圖2），裝焊時用D型夾將弧板與母材夾緊，每塊弧板施焊時先夾緊中間部位，中部、上、下及沉孔處點焊牢，再移動D形夾，依次向兩邊夾緊，點焊，直至全部貼緊點焊牢固。

圖2 弧板展開圖

（2）支架固定，分層分段對稱焊接，充分錘擊，減少焊接應力。為減少焊接變形，工件進廠后，加裝一中部米字形支架（用Φ110mm鋼管焊接而成）。工件在焊接加工時，始終用中部米字形支架（見附圖1）固定。

采用焊接工藝性能極佳的A132焊條，手工施焊，對稱焊接，每一段分為3層施焊，采用小電流施焊，每焊一層后清渣，充分錘擊焊縫，盡量減少焊接應力。焊接過程中要嚴格控制工件溫升，焊接區周圍溫升要控制在100℃以下，溫度高時，要停下，待工件冷卻后，再進行焊接，焊縫焊滿，充分錘擊，以消除應力。

3.2 焊接部位車削

工件焊接后，上車床找正，割去上部支撐后檢查變形情況，用百分表找正內圓和端面，內圓對應8點上允差在0.1mm以內，數控加工焊接部位尺寸，加工合格后，在車床上裝焊上部米字形支撐，以防變形。粗加工后如有焊接缺陷，則及時補焊。

3.3 防止加工及運輸過程中工件變形

零件在電廠兩瓣末拆開時就地裝配好，上、下即用米字型支架充分固定兩瓣型狀，再拆分為兩瓣運輸，到工廠后在工件運輸、焊接、加工過程中，盡量不拆支架，只在工件兩次車削時割去上部支架。由于有中部支架支撐，工件變形較小。車削加工后，即刻焊回上部支架以保持工件形狀。

4 工藝過程

（1）清理把合面，裝入定位銷，工件把合成整圓，均勻上緊螺栓。

（2）車削（CQ5280，左刀架裝有數控裝置）。割去上部支架，找正工件，車鑲嵌部位（小端向內434開始）成內錐（長 192 mm，小端 Φ6488.23 mm，大端Φ6544mm）。

（3）裝焊。在車床上裝焊上部支架。

（4）裝焊。D形夾固定（每個弧板用3個D形夾，一般可使工件內圓與弧板貼緊），對稱點焊，全部弧板點焊固定后，焊接焊縫及塞焊各孔（焊縫分3層焊滿，采用小電流施焊，每次分別錘擊去應力，并注意控制溫升）。

（5）車削。上車床（CQ5280）割去上端支撐，檢查工件內圓變形情況，找正工件，車削鑲嵌部位原尺寸合（數控加工）。

（6）裝焊。裝焊上部米字形支架。

（7）拆卸焊接。工件拆分成兩瓣，焊接分辨面結合處，手工磨平焊縫（見圖3）。

圖3 分瓣面焊接圖

（8）油漆。

5 結束語

轉輪室焊接加工后，完全恢復原尺寸，鑲補部位車削后與原部位連結良好，最大錯位不到0.5mm，經手工打磨平滑，基本看不出錯位痕跡，完全滿足了用戶要求，經電廠數月的運行，噪聲和振動大大降低，機組出力提高，效果明顯。用戶表示，今后機組大修中轉輪室補焊加工，仍委托南寧發電設備總廠進行。

[1]中國機械工程學會焊接學會.焊接手冊(第2卷)[K].北京：機械工業出版社，1992.

[2]楊 潔，等.水輪機檢修、故障處理、運行調試與維護綜合技術手冊[K].北京：北京科大電子出版社，2005.