大型水輪機轉輪分瓣下環尺寸測量控制方法

杜 鵬，趙樹文，司鵬飛，常 程，簡輝東

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

0 前言

轉輪是水輪機的核心,其質量、性能的好壞直接影響到機組的安全、穩定和發電效率。隨著單機容量的不斷擴容，水輪機轉輪的尺寸也在不斷增加。通常水輪機轉輪是通過鑄造將上冠、下環、葉片分別制造，加工后再組焊成整體。由于大型轉輪的尺寸較大,單個鑄造生產場地及成品運輸均受到限制,故在大型轉輪零部件生產的過程中采用將下環分瓣鑄造的方法生產。由于下環直徑大且生產過程中采用分瓣鑄造，在生產過程中尺寸要求嚴格，已發生變形，鑄造生產過程出現重復返修，影響轉輪質量及生產周期。本文主要探討了大型分瓣下環在鑄造過程的尺寸檢測及控制方法，通過過程控制使大型分瓣下環符合技術要求。

1 產品介紹

該下環粗加工后重約70t，鑄造工藝設計100t之余，最大開口直徑約10m，最小開口直徑9m 左右，最大高度2.5m，設計分4 瓣生產，單瓣重達20t 之余。鑄件整體成弧形過渡，尺寸公差要求4瓣組圓圓度為2mm，整體開口跨度大，生產過程中極易產生多量、缺量等。

圖1 分瓣下環示意圖

2 現狀及問題

水輪機下環是鑄造件，必須經過樣模制作、造型、熔煉澆注、清理、熱處理、加工、氣刨、修磨、焊補等關鍵工序。由于分瓣下環結構因素，在生產過程中，某些關鍵工序的控制稍有不當，就會出現多量、缺量等，需要重復返修，嚴重影響下環質量（其中最主要的是變形），制約生產周期。

2.1 樣模造型變形

分瓣下環的樣模是由多個大尺寸芯盒組配完成。該模樣制作過程中，芯合尺寸大，單個重量大，容易出現芯盒之間的間隙過大及芯盒變形等問題，導致下環尺寸不合格。

2.2 凝固收縮變形

分瓣下環在冷卻過程中，由于熱脹冷縮原理及自身的機構而產生較大的變形。其變形量會因造型條件、砂箱強度、砂型硬度、下環壁厚的變化而不同。

2.3 熱處理變形

分瓣下環熱處理過程的最高溫度超過l000℃。在這種高溫條件下，由于下環結構原因，自身重力的作用產生變形；同時若熱處理過程中下環裝爐方式不當，則更易致使其變形。

2.4 返修過程變形

在鑄造生產中，通常采用氣刨和焊接方法對多量或缺量部位進行返修；氣刨和焊接都是通過電弧產生高溫將金屬熔化，對分瓣下環來說就是集中熱輸入的過程，由于分瓣下環自身結構易變形，同時因集中熱輸入而導致返修變形。

3 測量控制

3.1 造型過程測量及控制

單個砂芯尺寸容易保證，但由于分瓣下環是組芯造型，當砂芯組合后，較難確保其尺寸是否合格。為此制作專項卡板，檢測每瓣下環的所有砂芯組芯后的尺寸。為確保組芯尺寸合格，把此項工作納入造型關鍵過程質量控制卡內，專項檢查。

3.2 熱處理變形及控制

由于分瓣下環熱處理過程的最高溫度超過l000℃，在高溫條件下自身重力的作用產生變形。為減少變形，在熱處理前，在下環上測量開口弦長尺寸與圖紙比對（如圖2 所示），且采用防變形拉筋或專用工裝控制。熱處理完成拆防變形工裝時必須控制下環整體溫度，降低因溫度變化產生的變形。

圖2 弦長測量示意圖

3.3 返修變形及控制

分瓣下環通常采用氣刨和焊接方法對多量或缺量部位進行返修；氣刨和焊接都是通過電弧產生高溫將金屬熔化。由于分瓣下環自身結構易變形，對于此類返修應控制熱輸入量，可采用分段、左右對稱的方法進行返修。返修前建立基準，過程中定時測量監控變形情況。

4 結論

通過采取相應措施，分瓣下環鑄造過程尺寸變形完全控制，全部符合技術要求，無重復返修，減少了過程重復返修及生產周期，規范了分瓣下環返修操作。