百龙滩水电厂转轮室修补工艺研究

黎秀荣，曹登峰

（1.南宁发电设备总厂，广西 南宁 530031；2.南宁职业技术学院,广西 南宁 530008）

百龙滩水电厂是红水河水电梯级开发的第七个梯级电站。座落在广西马山县境内，电厂总装机容量19.2万kW，由6台3.2万kW灯泡贯流式机组组成。1996年开始运行发电。

1 转轮室球面前部空蚀概况

水轮机转轮室为组焊圆筒状零件（见图1），工件最大直径Φ6930mm，高度2370mm，总质量3500 kg，由两瓣组合而成。工件材料为Q235-A钢板与1Cr18Ni9Ti钢板焊接而成。

经过十多年运行，转轮室球面前部空蚀严重。空蚀区在浆叶进水边前部侧面所对应的区域，距工件小端向内440～620mm处，长度约180mm，整圆直径扩大约10mm，部份部位空蚀深度达7～8mm。空蚀造成水轮机运行时产生强烈的振动和噪声，运行效率降低，严重时危害机组运行安全。

图1 转轮室与支架

2 修复技术难点

根据电厂要求，在工件空蚀部位内壁镶嵌一层1Cr18Ni9Ti不锈钢板，再恢复原来尺寸，而工件其余部位均保持原尺寸及精度，不进行加工。主要技术难点如下：

（1）工件焊接变形。工件本身为薄壁件，其厚度与直径之比达1:180。工件先在车床上车削去一层金属，再以15mm厚不锈钢板，卷成弧状镶入焊牢，其焊接过程中产生的热变形及内应力变形，很难控制。由于工件尺寸大，质量大，如产生变形很难矫正。

（2）工件原有尺寸精度恢复。车削内腔尺寸时，只加工镶嵌部位，在工件圆弧连结部位进刀，加工部位与非加工部位可能出现错位误差。

（3）工件运输及修补过程中变形。工件拆分为两瓣，由电厂运到南宁有100 km，加工完成再运回电厂，加工过程中还要吊装、翻身，在此过程中也极易引起工件变形。

3 针对难点采取的方法

3.1 减少焊接变形

为保证焊接质量，减少焊接变形，采用以下方法：

（1）分段镶嵌。为使不锈钢板与工件内壁贴紧，并减少镶嵌难度，将不锈钢板卷曲成型后割成12个弧板，每个弧板上均匀分布14个Φ13mm沉孔（见图2），装焊时用D型夹将弧板与母材夹紧，每块弧板施焊时先夹紧中间部位，中部、上、下及沉孔处点焊牢，再移动D形夹，依次向两边夹紧，点焊，直至全部贴紧点焊牢固。

图2 弧板展开图

（2）支架固定，分层分段对称焊接，充分锤击，减少焊接应力。为减少焊接变形，工件进厂后，加装一中部米字形支架（用Φ110mm钢管焊接而成）。工件在焊接加工时，始终用中部米字形支架（见附图1）固定。

采用焊接工艺性能极佳的A132焊条，手工施焊，对称焊接，每一段分为3层施焊，采用小电流施焊，每焊一层后清渣，充分锤击焊缝，尽量减少焊接应力。焊接过程中要严格控制工件温升，焊接区周围温升要控制在100℃以下，温度高时，要停下，待工件冷却后，再进行焊接，焊缝焊满，充分锤击，以消除应力。

3.2 焊接部位车削

工件焊接后，上车床找正，割去上部支撑后检查变形情况，用百分表找正内圆和端面，内圆对应8点上允差在0.1mm以内，数控加工焊接部位尺寸，加工合格后，在车床上装焊上部米字形支撑，以防变形。粗加工后如有焊接缺陷，则及时补焊。

3.3 防止加工及运输过程中工件变形

零件在电厂两瓣末拆开时就地装配好，上、下即用米字型支架充分固定两瓣型状，再拆分为两瓣运输，到工厂后在工件运输、焊接、加工过程中，尽量不拆支架，只在工件两次车削时割去上部支架。由于有中部支架支撑，工件变形较小。车削加工后，即刻焊回上部支架以保持工件形状。

4 工艺过程

（1）清理把合面，装入定位销，工件把合成整圆，均匀上紧螺栓。

（2）车削（CQ5280，左刀架装有数控装置）。割去上部支架，找正工件，车镶嵌部位（小端向内434开始）成内锥（长 192 mm，小端 Φ6488.23 mm，大端Φ6544mm）。

（3）装焊。在车床上装焊上部支架。

（4）装焊。D形夹固定（每个弧板用3个D形夹，一般可使工件内圆与弧板贴紧），对称点焊，全部弧板点焊固定后，焊接焊缝及塞焊各孔（焊缝分3层焊满，采用小电流施焊，每次分别锤击去应力，并注意控制温升）。

（5）车削。上车床（CQ5280）割去上端支撑，检查工件内圆变形情况，找正工件，车削镶嵌部位原尺寸合（数控加工）。

（6）装焊。装焊上部米字形支架。

（7）拆卸焊接。工件拆分成两瓣，焊接分辨面结合处，手工磨平焊缝（见图3）。

图3 分瓣面焊接图

（8）油漆。

5 结束语

转轮室焊接加工后，完全恢复原尺寸，镶补部位车削后与原部位连结良好，最大错位不到0.5mm，经手工打磨平滑，基本看不出错位痕迹，完全满足了用户要求，经电厂数月的运行，噪声和振动大大降低，机组出力提高，效果明显。用户表示，今后机组大修中转轮室补焊加工，仍委托南宁发电设备总厂进行。

[1]中国机械工程学会焊接学会.焊接手册(第2卷)[K].北京：机械工业出版社，1992.

[2]杨 洁，等.水轮机检修、故障处理、运行调试与维护综合技术手册[K].北京：北京科大电子出版社，2005.