第八章 水轮机典型零部件的制造工艺

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1、第八章 水轮机典型 零部件的制造工艺尾水管蜗壳水轮机埋入部件主要 包括座环、蜗壳、尾水管、 轴流式水轮机转轮室、 机坑里衬、基础环 接力器坑衬、 地板栏杆等。座环第一节 反击式水轮机埋入部件的 制造工艺设计基础环一、座环的加工工艺设计座环是水轮机的基础部件，它承受整个机组 的重量、蜗壳上方混凝土的重量、水轮机的水 推力和蜗壳及座环的内部水压力。它是由上环 、下环和固定导叶组合而成。根据结构大小有 整体、分瓣结构，带蝶形边和无蝶形边结构。 （见图81）1毛坯及材料n整铸分铸铁、铸钢结构：中、小型通常带蜗壳 ，其材料铸铁多用HT200，铸钢多用 ZG20MnSi等材料。n铸焊结构：通常上环、下环，

2、固定导叶分别铸 造、后焊接，材料多用ZG20或ZG20MnSi。n全焊结构：通常上环、下环、固定导叶分别焊 接，后进行组焊，材料多用20号钢，Q235等 材料。2工艺分析n1）工艺基准 固定导叶开挡中心线（即水轮机 中心线）即是设计基准又是工艺基准，考虑顶 盖与底环平面平行，即保证座环上塘口平面与 下塘口平面的平行，最好采用一次装夹定位加 工。n2）加工可行性 座环属圆环形零部件，外圆直 径大，加工尺寸受工厂加工设备最大立车卡盘 直径的限制。对于超立车卡盘直径的座环加工 ，可采用辅助调试平台固定，花盘上找正辅助 刀具加工。 2工艺分析n对轴流式机组的座环，因过流量大，导叶数少 ，形状高瘦，装夹

3、时要防止变形，可采取辅助 措施进行加固，同时控制切削量，减小切削抗 力，提高加工精度。n对整铸座环，加工余量大，可通过粗车释放应 力，防止铸造缺陷。n对大型带蝶形边的座环，一般蝶形边由热压成 型，进行打磨（铲磨）加工或用仿型铣蝶形边 ，再进行焊接。3工艺准备1）划分车间工艺路线材料准备焊接车间水轮机机加工车间焊 接车间（预装蜗壳）（见下图）水轮机机加工 车间总装车间（与导水机构预装）。 2）工艺流程设计（以分两瓣座环为例） 3）加工中的测量及划线工具外径的测量：外径千分尺（12m）划线工具：划线中心座、划线地规、大型角尺 、组合划线工作平台等。 二、水轮机尾水管的加工一、尾水管的结构及特点1、

4、作用2、结构类型直锥形、弯管形、弯肘形、喇叭形等。 二、尾水管的材料一般为1020mm的钢板压模、组焊而成。尺寸 按照尾水管水力设计的单线图进行。材料多为Q23（ A3）等。 三、加工工艺水力设计模具制作钢板下料压模成 形法兰粗加工组合焊接法兰精加工 水压实验尾水管加工图如图8-2所示。三、轴流式水轮机转轮室的制造工艺一、轴流式水轮机转轮室的结构特点叶片中心线以上为圆柱形，下部为球形。一般为全焊整体结构，也可以为分节结构和组焊结构。 二、材料选择铸造采用ZG30焊接采用Q235，0Cr13，0Cr13Ni9Ti，1Cr13Ni9Mo 三、工艺分析1、球形面的加工难度大，一般要采用靠模或数控加工

5、；2、该件结构尺寸较大，又属于薄壁件，因此刚性较差， 加工过程中要注意防止其变形。 四、加工方法1、机械靠模2、电气仿型靠模3、数控仿型靠模四、金属蜗壳的制造工艺一、金属蜗壳的结构及材料选择金属蜗壳多为345度全包角，一般有整体铸造和 钢板焊接结构形式。对整体铸造蜗壳，其尺寸不大， 对焊接蜗壳尺寸都较大，故分成若干节分别制造后， 再焊接成形。蜗壳材料：Q235（A3）钢、HT200、20G锅炉 钢、高强度低合金钢。由强度计算确定壁厚。 二、工艺过程分析水力计算和水力单线图钢板下料卷制成形 冷装（或预装）焊接检验试压。四、金属蜗壳的制造工艺三、蜗壳的下料14 四、蜗壳的成型15 五、蜗壳的预装1

6、4第二节 导水机械主要 零部件的加工第二节 导水机构主要零部件的加工 导水机构是水轮机的重要部件，它的作用 是调节水轮机的水量和截断水流，并为进入水 轮机的水流建立必要的环量。导水机构包括顶盖、活动导叶、底环、控 制环及导叶传动机构等。 一、顶盖的加工1、顶盖的结构特点 2、材料及毛坯HT200、ZG20MnSi、 Q235、1Cr18Ni9Ti整体铸造（小型机组）组焊（大、中型）背面3、组焊结构顶盖的工艺分析 （1）材料的可焊性好，可加工性好、零件刚性 差，要防止加工变形。 （2）设备加工能力评估。 （3）图纸的设计基准、工艺基准、定位基准。 （4）特殊加工方法，顶盖和底环上导叶轴孔同 心度

7、要求高，要用特殊的方法进行加工。 （5）大直径零件的检测。4、工艺准备及过程（以分2瓣顶盖的加工为例）见图纸分析5、小型机组顶盖加工工艺设计实例5.1、车1）、夹工件左端外圆（顶盖上面）， 以抗磨板端面及已见光外圆找正，夹紧；车成右端面，保证抗磨板的厚度；车成端面上环槽；车成外圆及基准B面；车成内孔；车各处倒角符合图纸要求。 2）、工件翻面，按已加工平面、 圆面找正，夹紧；车其余各尺寸符合图纸要求。 5.2、划 1）、划工件XY十字中心线，作标记； 2）、划导叶轴孔加工线； 3）、划H向平面加工线，共六处。5.3、镗 1）、工件用弯板装夹，按线找正，粗镗各导叶孔，单 边留5mm余量； 2）、工

8、件平放于工作台，按线找正，以最小加工量镗 成H向六处平面。 5.4、钳去各处毛刺。 5.5、配镗（同底环加工工序5） 1）、将顶盖、底环组合件吊装于镗床弯板上，找正顶 盖导叶孔端面与镗轴垂直，压紧； 2）、以顶盖端导叶轴孔找正，逐一配镗顶盖、底环各 导叶轴孔符合图纸要求。 5.6、钳（同底环加工工序6） 1）、拆压板、螺杆； 2）、割去工艺搭子，打磨修光焊点。5.7、划 1）、以XY中心线为基准：划连接孔加工线；划螺 孔加工线；划锥销孔加工线等。 2）、分别以各导叶轴孔为基准：划导叶套筒连接孔。 5.8、钻钻各光孔、螺孔，各孔口倒角符图。 5.9、钳 1）、钳钻攻导叶套筒连接孔符图； 2）、去

9、各处毛刺，对测压孔过丝； 3）、钳装各配合件，其中压环不得高出顶盖平面； 4）、参与导水机构预装，与导叶套筒配销。 5.10、漆按技术要求涂漆。n顶盖待发6、加工中要注意的问题 （1）、防止加工过程中的变形； （2）、要用标准平面检查顶盖下平面的变形； （3）、注意异种材料的加工及抗磨板的加工。二、底环的加工1、底环加工及装配图2、底环加工主要工序名称及说明1、车 1）夹工件右端外圆（底面），以抗磨板端面找平，以 已加工内孔找圆，夹紧；车成左端面，注意保证抗磨板厚度；车成端面上环 槽符图；车成左端外圆，车成抗磨环内孔尺寸，各处倒角符 图； 2）配焊在左端外圆均布六块工艺搭子，按示意图与顶 盖配

10、车搭子尺寸，保证总间隙为0.10.3； 3）车一组等高垫块，工件翻面吊放于等高块上，找正 ，夹紧；车成右端各尺寸符图；2、划 1）、划工件XY十字中心线，引至四周，作标记； 2）、划各螺纹孔，光孔及导叶孔加工线。 3、钻预钻各孔 4、钳 1）、清理各加工表面，去毛刺； 2）、将底环右端（底部）向下吊放于车床工作台上， 底部用千斤顶支撑，夹外圆，找正内孔及左端面。 在底环左端面上均布几块等高块，厚度不大于 10mm，吊顶盖于底环工艺搭子止口内，注意保证 两工件上XY线对齐，找正顶盖与底环同心，同心 度控制在0.04mm范围内；（见下图） 3）用68组工艺螺杆及搭压板将顶盖与底环把紧，复 查同心度

11、； 4）焊牢顶盖、底环成一体。5、镗 1）、将顶盖、底环组合件吊装于镗床弯板上，找正顶 盖导叶孔端面与镗轴垂直，压紧； 2）、以顶盖端导叶轴孔找正，逐一配镗顶盖、底环各 导叶轴孔符合图纸要求。 6、钳 1）、拆压板、螺杆； 2）、割去工艺搭子，打磨修光焊点。 7、镗 1）、按图逐一镗底环上各导叶轴孔止口孔符图； 2）、镗各光孔符图； 3）、镗各螺纹孔底孔，钳配攻丝。 8、划以导叶轴孔为基准划与座环连接的螺孔加工线；9、钻钻连接孔。 10、钳 1）、攻丝； 2）、去毛刺。 11、漆按技术要求涂漆。三、大型环形零部件的加工1、环形零部件在结构上的一些共同特点（16） 2、在加工过程中注意的问题 （

12、1）划线检查 （2）分瓣面的划线和加工问题（P124） （3）基准面的选择 （4）工件装夹 （5）有关加工面加工次序的安排 （6）工序分开 （7）避免变形 （8）平面上把合孔的划线 （9）内径超过立车卡盘的大型环形件的加工 （10）大型环形件的加工表面粗糙度问题 3、大型环形件的直径测量 四、顶盖与底环导叶轴孔的加工工艺导叶轴孔的加工是顶盖与底环加工过程中的重要工 序，一般在顶盖与底环的平面及圆面精车之后进行。其 加工的方法有：1、划线同镗法这种方法适用于轴孔位置要求不高，而同轴度要求较 高的情况。1）、钻床上镗底环轴孔要点：先划出顶盖上的导叶轴孔线，按孔线在镗床 上精镗出顶盖轴孔，然后将顶盖

13、放在底环上，按X、Y线 和工艺定位止口定位，使顶盖和底环同心，以平面找平 后，再按顶盖轴孔找正，镗或扩铰底环轴孔。适用：小型机组的加工2）、在镗床上同镗轴孔2、号孔、单镗法n 要点：先划出顶盖轴孔加工线，在镗床上单镗顶 盖轴孔，然后将顶盖平放在底环上，找正同心，用 专用号孔工具按顶盖轴孔号划出底环轴孔线，如图8 21所示，再将底环拆成两半，在镗床上按平面找 正工件，按孔线找正镗杆，单镗底环轴孔。n 要求：号孔要准确，单镗底环前按线找正精度要 高。适用：轴孔中心位置和同轴度要求不太高的大中 型中低水头的机组的加工中。3、镗模单镗法 n 要点：这种方法就是自制一个镗孔模，镗模上 孔的中心位置度按顶

14、盖、底环轴孔中心位置的设 计要求加工。镗模的两个平行平面上设有与顶盖 、底环配合的止口。顶盖底环镗孔时，都按规定 方向装上这个镗模，用这个镗模找正镗孔。 n这种方法的关键是镗模刚性要好。因此镗模坯料 要用铸件，并应消除应力退火，粗加工后需作自 然时效或人工时效处理方可精加工。至于镗模上 各孔位置精度保证并不十分困难。 n 适用情况：由于镗模费用较高，大镗模制造困 难，因此一般只适用于机组台数为两台以上，尺 寸较小的机组（D12.5m）。n这种方法的最大优点是顶盖、底环可分别互换。4、立车同镗或单镗法工艺要点： n1）先精车好顶盖。 n2）精车底环，并车出顶盖、底环工艺定位止口。 n3）吊装顶盖

15、叠放在底环上，按X、Y线和工艺止口定中 心、压紧。 n4）用带镗头的立刀架或大型立式镗床同镗两件轴孔，如 图822所示。或只同镗出找正孔，拆开两半后上镗床 按找正分别打表找正、单镗。适用：这种方法所镗孔同轴度精度高，主要适用于大 型机组。条件：立车立刀架必须带镗头附件或有大型立式镗床 。立车花盘应具有精密分度装置，如没有，就需自己设 置简单精密分度装置。缺点：是轴孔中心找正困难，找正时花盘转动速度应 极低，如没有极低转速，在只能靠手动盘车（花盘如没 有极低转速，电动点车用作微动很困难）。5、在顶盖上装轴孔定位环，按定位环找正同镗轴孔 n 要点：其工艺与上述在立车上镗孔一样，也需要有带 镗头的垂

16、直刀架，只是按定位环找正镗孔中心。定位环 事先装设于顶盖每个轴孔位置，由钳工调定好中心位置 并固定。定位环有很高的中心位置度。如操作困难，或 刀架刚性差，顶盖下轴孔和底环轴孔只镗出找正孔，拆 开后再上镗床按找正孔打表找正进行单镗。 n 这种方法装设定位环主要是为了提高轴孔中心位置精 度。如果立车垂直刀架刚性不足，可只用此法先精镗顶 盖轴孔，然后在顶盖轴孔中装刀杆定位套，加强刀杆稳 定性，再镗底环轴孔找正孔。 n 这个方法还可作如下改变：先用装定位环的方法在立 车或镗床上单镗出顶盖轴孔，再将顶盖底环平叠在一起 ，找平工件，装刀杆定位套，在大型横臂钻床上镗底环 轴孔找正孔，类似如图819所示，再拆开单镗。 n 必须注意的是顶盖轴孔、定位套和刀杆三者之间的配 合精度必须很高，所用刀杆与镗头主轴之间应用万向接 头连接。6、在花盘可精密分度的立车上单镗 n 条件：该方法所用立车的花盘必须具有高精度