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[摘 要] 重点介绍石佛滩电站灯泡贯导水机构装配结构的主要装配关系、功能性特点和关键工艺性。
[关键词] 灯泡贯 灯泡贯流式水轮机 石佛滩电站 贯流式导水机构
0.概述
2011年为四川达州石佛滩电站电站生产制造的10MW灯泡贯流式水电机组，装机(MW)3×10MW，水头(m)额定7m/最高8m/最小3m，额定流量140m3/s,水机型号GZ995-WP-420。
其贯流式导水机构，是调节控制水轮机水能流量的重要部件，为锥形体的多支点联动机构。主要由内、外配水环、导叶、控制环装置及导叶的传动装置等组成。导水机构的导叶开关转动动作是由接力器通过控制环及导叶传动机构来控制的。导水机构的结构比较复杂，一些关键部位采用了多项安装方便、防运动构件发生干涉或卡死、防机组飞逸的安全防控结构措施。如导叶装配、连杆装置结构中的能自动调心的万向球轴承，组合式安全特殊导叶臂中的拉断销和摩擦环安全运行保护装置，导叶下端轴可拆卸组装结构，导叶传动结构中连杆销装置及重锤装置和锁定装置等。导水机构具有结构特殊而复杂，功能多、可靠性强、技术精度高，加工制造水平要求高等特点。其结构的特殊性及在生产厂内的加工制造都具有一定的技术含量，生产工艺方式有着特殊要求。
1.导水机构装配结构基本特点
石佛滩灯泡贯机组导水机构与立式机组不同，装配结构比较复杂。主要结构由内配水环（简称内环）、外配水环（简称外环）、导叶、控制环以及导叶的传动机构控制装置（包括16件连杆装置、8件导叶臂和8件安全特殊导叶臂等）、接力器及重锤和锁定装置等组成。其水轮机中心轴线与导叶的轴线呈65o锥角，整体为锥形体装配结构。在电站机组安装时呈卧式结构形式，大端的前方为发电机部分，小端的前方为转轮部分。其主要功能作用，一是引导和控制水能流量进入转轮室，使水流形成环量按规定方向驱动转轮转动运行。二是为适应电力系统及机组负荷变化，根据机组的功率出力的需要，通过调节导叶开度大小，来改变和控制流进转轮的水能过流量，从而起到调节峰值作用。水轮机停止运行时,导叶关闭切断水流，全部关闭状态起到封水的作用。
导水机构中的内环和外环，呈同心环锥形状装配结构，是导水机构的组合支撑体。两环的导叶同轴孔装配的活动导叶，呈双支点结构。内环的外锥和外环的内锥表面均为水能过流通道表面，由球面和锥面所组成，其中的导叶转动段为球形面。两环与导叶两端均为对应的球面结构呈呈单边呈0.6—1.2mm间隙密封配合，这样能保证导叶在转动时能有效的封水。同时，除要求两端面间隙较小外，还要求导叶立面间隙较小，以保证导叶间在关闭时能也要有效的封水。
导叶与导叶臂组和组合式安全特殊导叶臂、连杆装置和控制环部件及接力器动力源共同组成导叶传动装置。导叶大端轴颈分别与向心球轴承、导叶臂和组合式安全特殊导叶臂装配。起到支撑定位、导向、传动的作用。导叶的小端为可拆卸的组合装配轴结构，下转轴孔装有FZ-2A轴套，属于无油自动润滑轴承。孔用于装配下端轴，给电站安装维修方便。与导叶装机连接的两种导叶臂在外配水环外锥上呈间隔均布布置。
控制环装置装配在外配水环的小端外圆上，控制环的滚槽与外环小端外圆滚槽组合成V轴承槽，内部装有480个SΦ30mm钢球，形成组合滚珠轴承。控制环的16个吊耳孔通过连杆装置与导叶臂连接，控制环的二个径向对称的大耳孔通过推拉杆连接接力器。控制环还装有重锤装置和锁定装置。导叶的开关转动动作是由接力器通过控制环及导叶传动机构来控制的。
导水机构中的一些关键部位的优化结构特点突出，如外配水环部件及连杆装置所设置的向心球轴承结构，使导水机构运行过程中，能够避免导叶整个传动机构的开关动作发生干涉转动不灵活现象。组合式安全特殊导叶臂中的拉断销和摩擦环安全运行保护装置，防运动构件发生干涉或卡死、防机组飞逸的安全防控结构措施。导叶传动结构中连杆销装置及重锤装置和锁定装置等安全运行保护装置。
2、导水机构主要零部件基本特点
石佛滩燈泡贯机组导水机构的重要部件是内配水环、外配水环、导叶，其次是控制环以及导叶的传动机构控制装置。下面对这些主要零部件的基本结构特点和工艺特点进行个性化分析与介绍。
2.1内配水环和外配水环
内环为组焊整体结构件。圆锥毛坯由四段钢板压形拼焊而成的环件装焊组成，两头为拼焊的法蓝。外锥中间段为导叶运行段，加工后呈SR1362（+0.150）凸球形面段。其余为非球面的圆锥弧形段，外锥球形面腰线位置均布有垂直于球面的16个导叶轴承孔φ120H7（+0.080），导叶轴孔的轴线与主轴中心线成65°夹角。导叶轴承孔的φ125轴沉孔，用于安装定位导叶小端下轴孔的导叶转轴工件，小端直径φ2029.5，内圆弧R800H7采用钢板焊接结构。装焊有用于水导轴承安装支撑台。下部设有扇形板，是水导轴承的支承部件。大端直径φ2745.3，高度760(±0.18)，圆周上均布设置四个G1/2测压孔，用以电站测量水压力接仪表之用。
外环为组焊成的分瓣组装把合结构件。圆锥毛坯由五段钢板压形拼焊而成的环件装焊组成，两头为拼焊的法蓝。外锥腰线处装焊有16个等高导叶轴承孔座圈法蓝，并且等距分布，加工后的导叶轴承孔为16—φ300H8（+0.080），两端沉孔用于装配向心关节球轴承、导叶套筒和导叶以及用于调配导叶与两水环间隙值的定位套。16个导叶轴承孔与主轴中心线呈65°夹角。内锥腰线处中间段为导叶配合面运行段，加工后呈SR2957（+0.60+0.30）内凹球形面段。其余锥体为非球面的圆锥段。分瓣拼合面装焊有合缝把合筋板。小端法蓝外圆滚珠槽半边结构槽，可与控制环组合成组合轴承“V”滚珠槽。
2.2导叶及其导叶的传动机构和控制环装置
导水机构中的16件活动导叶结构为组焊加工件，由导叶体和导叶轴组焊而成。导叶体ZG30铸钢件，大端与长圆轴组焊，导叶封水边表面堆焊不锈钢，用以提高导叶表面的抗汽蚀能力。导叶小端，镗有装配导叶下转轴的轴孔。导叶过流面每一截面厚薄不一样，整个导叶瓣体过流面翼型呈鱼状。
3、石佛滩灯泡贯水轮机导水机构整机技术质量指标要求
3.1内、外配水环应调整同轴度，其偏差应≤0.3mm；
3.2内、外配水环的大端面相对之间尺寸距离应符合设计尺寸公差要求，其偏差应≤0.4mm；内、外配水环的大小头两端面平度面均在0．2mm以内。
3.3导叶在全关位置及各转动位置时,导叶端面间隙值要控制在0.8~1.6mm之间；
3.4导叶立面间隙值允许最大≤0.20mm，其长度不超过导叶高度的15%；导叶全关时，允许在导叶高度1/4范围内立面间隙≤0.10mm。其余范围用0.05mm塞尺不能通过；
3.5导水机构在厂内组装装配，应保证操作机构灵活。导叶上下轴套应同心,导叶转动应灵活;
3.6导叶全关与全开之间的转角75o。导叶转角与接力器行程关系应符合设计数值要求。
4、石佛滩导水机构主要工艺特点
石佛滩灯泡贯机组导水机构的重要加工部件是内配水环、外配水环和导叶。关系到整机的制造质量。具有尺寸精度及位置精度要求高，加工难度大的特点，生产工艺方式有特殊性要求。
首先在关键的机加工方面，除了要保证，内、外配水环和导叶的型面加工质量外，重点是如何保证内、外配水环同轴孔的加工质量，这直接关系到导水机构的装配质量。
內环及外环的导叶轴孔的尺寸精度、形状精度、位置精度及粗糙度有着严格的质量要求，要保证内、外配水环的加工质量，就要针对内、外配水环结构特点、加工难点，采取相应的工艺措施。尤其要有特殊的工艺手段，如采用合理的工装结构，适宜的加工设备，正确的加工方法，来保证导叶轴孔的分度质量、镗孔质量以及相关的形位尺寸公差的精度，来满足大型工件加工的质量与生产周期。
二是在装配方面，除了要保证导水机构动作试验位置正确、动作灵活可靠外，重点要是如何保证导叶与内、外配水环的端面间隙符合质量要求及全关时导叶与导叶彼此之间啮合立面间隙质量，这也直接关系到导水机构的封水密封的装配质量。
4.1石佛滩内、外配水环的导叶同轴孔的镗孔加工方法的质量保证内、外环的16组导叶斜轴孔的尺寸精度、同轴度精度要求高。镗孔加工主要工艺方案采取先进行内环和外环先分别粗镗成，再对内环利用工装完成精镗，然后再利用工装将外环与内环组合装配后，以内环导叶轴孔为基准进行配镗精加工外环的导叶轴孔，每加工完一个孔，卸装夹压板，液压顶出装置顶起工件，转动内环大端的分度盘，插销定位。然后液压顶出装置回位，装夹压板，进入下一组斜孔的镗削。
4.2全关位置导叶端面密封和立面密封间隙值的修配方面
1）导叶的端面间隙值保证方法。先用塞尺检查导叶体两端与内外环之间的间隙值。通过调整导叶臂上的盖板螺钉，使导叶轴向移动，来调整端面间隙。符合设计图纸要求后，锁定导叶位置。对仍不符合要求的将采取如下方式进行处理：对误差不大的可采取先垫调整垫片，个别导叶端面间隙局部过小时,轻微打磨外环内表面或解体后根据检测的尺寸换算后，配车间隔套端面尺寸，直至符合要求。若极个别导叶间隙值太小的则采取配车导叶体两端球面的措施。
2）导叶立面密封间隙值的修配。全关位置的导叶立面为金属接触密封，采取导叶立面密封综合积累最大间隙误差分解修配方法修配。首先用塞尺检测进出水边接缝处立面间隙值。用粉笔标出需要打磨的接合过高部位和缝隙过大部位。用电动磨盘从1#导叶开始，以每个导叶的进水面为基准，打磨修配导叶的出水边，打磨后涂红丹粉关闭拼合导叶，检查打磨后的啮合点的质量及缝隙大小，逐步对导叶的整个出水边的封水面进行修磨。修配磨封水面分粗打磨、半精修磨及精修磨。粗打磨后要关闭整个导叶，检查每个导叶的出水边与相邻导叶的进水面的啮合点的质量及缝隙大小。检查测量最后一个导叶的缝隙大小，然后将误差再分摊到其余各个导叶上，在后序的精修磨过程中，根据各导叶的不同打磨量进行修正。以保证导叶彼此搭接的封水啮合面的立面间隙值符合标准要求。然后，使导叶全部处于关闭状态。
5、结束语
石佛滩灯泡水轮机的贯流式导水机构结构特点突出，生产工艺技术性强。它的结构性和工艺制造性，都有着与常规机组不同的特点。通过生产制造与装配试验严格把关，解决了工艺技术难题，确保了产品的制造质量和使用性能。
通过对石佛滩灯泡贯流式水轮机导水机构特点及重点工序的工艺性归纳总结、研究，积累了一定的实践经验。对今后进一步提高工艺加工制造能力与工艺进步，降低生产成本，缩短生产周期，提升产品质量有实际意义。
参 考 资 料
[1]季盛林、刘国柱主编《水轮机》.第二版.水利电力出版社1985
[2]沙锡林.主编《贯流式水电站》北京.中国水利水电出版社1999
[3]刘大恺.著《水力机械流体力学》交通大学出版社1988
[4]梁章堂.胡斌超《贯流式水轮机的应用与技术发展研讨》中国农村水利水电.2005第6期
[5]GB/T15468－1995《水轮机基本技术条件》■
[关键词] 灯泡贯 灯泡贯流式水轮机 石佛滩电站 贯流式导水机构
0.概述
2011年为四川达州石佛滩电站电站生产制造的10MW灯泡贯流式水电机组，装机(MW)3×10MW，水头(m)额定7m/最高8m/最小3m，额定流量140m3/s,水机型号GZ995-WP-420。
其贯流式导水机构，是调节控制水轮机水能流量的重要部件，为锥形体的多支点联动机构。主要由内、外配水环、导叶、控制环装置及导叶的传动装置等组成。导水机构的导叶开关转动动作是由接力器通过控制环及导叶传动机构来控制的。导水机构的结构比较复杂，一些关键部位采用了多项安装方便、防运动构件发生干涉或卡死、防机组飞逸的安全防控结构措施。如导叶装配、连杆装置结构中的能自动调心的万向球轴承，组合式安全特殊导叶臂中的拉断销和摩擦环安全运行保护装置，导叶下端轴可拆卸组装结构，导叶传动结构中连杆销装置及重锤装置和锁定装置等。导水机构具有结构特殊而复杂，功能多、可靠性强、技术精度高，加工制造水平要求高等特点。其结构的特殊性及在生产厂内的加工制造都具有一定的技术含量，生产工艺方式有着特殊要求。
1.导水机构装配结构基本特点
石佛滩灯泡贯机组导水机构与立式机组不同，装配结构比较复杂。主要结构由内配水环（简称内环）、外配水环（简称外环）、导叶、控制环以及导叶的传动机构控制装置（包括16件连杆装置、8件导叶臂和8件安全特殊导叶臂等）、接力器及重锤和锁定装置等组成。其水轮机中心轴线与导叶的轴线呈65o锥角，整体为锥形体装配结构。在电站机组安装时呈卧式结构形式，大端的前方为发电机部分，小端的前方为转轮部分。其主要功能作用，一是引导和控制水能流量进入转轮室，使水流形成环量按规定方向驱动转轮转动运行。二是为适应电力系统及机组负荷变化，根据机组的功率出力的需要，通过调节导叶开度大小，来改变和控制流进转轮的水能过流量，从而起到调节峰值作用。水轮机停止运行时,导叶关闭切断水流，全部关闭状态起到封水的作用。
导水机构中的内环和外环，呈同心环锥形状装配结构，是导水机构的组合支撑体。两环的导叶同轴孔装配的活动导叶，呈双支点结构。内环的外锥和外环的内锥表面均为水能过流通道表面，由球面和锥面所组成，其中的导叶转动段为球形面。两环与导叶两端均为对应的球面结构呈呈单边呈0.6—1.2mm间隙密封配合，这样能保证导叶在转动时能有效的封水。同时，除要求两端面间隙较小外，还要求导叶立面间隙较小，以保证导叶间在关闭时能也要有效的封水。
导叶与导叶臂组和组合式安全特殊导叶臂、连杆装置和控制环部件及接力器动力源共同组成导叶传动装置。导叶大端轴颈分别与向心球轴承、导叶臂和组合式安全特殊导叶臂装配。起到支撑定位、导向、传动的作用。导叶的小端为可拆卸的组合装配轴结构，下转轴孔装有FZ-2A轴套，属于无油自动润滑轴承。孔用于装配下端轴，给电站安装维修方便。与导叶装机连接的两种导叶臂在外配水环外锥上呈间隔均布布置。
控制环装置装配在外配水环的小端外圆上，控制环的滚槽与外环小端外圆滚槽组合成V轴承槽，内部装有480个SΦ30mm钢球，形成组合滚珠轴承。控制环的16个吊耳孔通过连杆装置与导叶臂连接，控制环的二个径向对称的大耳孔通过推拉杆连接接力器。控制环还装有重锤装置和锁定装置。导叶的开关转动动作是由接力器通过控制环及导叶传动机构来控制的。
导水机构中的一些关键部位的优化结构特点突出，如外配水环部件及连杆装置所设置的向心球轴承结构，使导水机构运行过程中，能够避免导叶整个传动机构的开关动作发生干涉转动不灵活现象。组合式安全特殊导叶臂中的拉断销和摩擦环安全运行保护装置，防运动构件发生干涉或卡死、防机组飞逸的安全防控结构措施。导叶传动结构中连杆销装置及重锤装置和锁定装置等安全运行保护装置。
2、导水机构主要零部件基本特点
石佛滩燈泡贯机组导水机构的重要部件是内配水环、外配水环、导叶，其次是控制环以及导叶的传动机构控制装置。下面对这些主要零部件的基本结构特点和工艺特点进行个性化分析与介绍。
2.1内配水环和外配水环
内环为组焊整体结构件。圆锥毛坯由四段钢板压形拼焊而成的环件装焊组成，两头为拼焊的法蓝。外锥中间段为导叶运行段，加工后呈SR1362（+0.150）凸球形面段。其余为非球面的圆锥弧形段，外锥球形面腰线位置均布有垂直于球面的16个导叶轴承孔φ120H7（+0.080），导叶轴孔的轴线与主轴中心线成65°夹角。导叶轴承孔的φ125轴沉孔，用于安装定位导叶小端下轴孔的导叶转轴工件，小端直径φ2029.5，内圆弧R800H7采用钢板焊接结构。装焊有用于水导轴承安装支撑台。下部设有扇形板，是水导轴承的支承部件。大端直径φ2745.3，高度760(±0.18)，圆周上均布设置四个G1/2测压孔，用以电站测量水压力接仪表之用。
外环为组焊成的分瓣组装把合结构件。圆锥毛坯由五段钢板压形拼焊而成的环件装焊组成，两头为拼焊的法蓝。外锥腰线处装焊有16个等高导叶轴承孔座圈法蓝，并且等距分布，加工后的导叶轴承孔为16—φ300H8（+0.080），两端沉孔用于装配向心关节球轴承、导叶套筒和导叶以及用于调配导叶与两水环间隙值的定位套。16个导叶轴承孔与主轴中心线呈65°夹角。内锥腰线处中间段为导叶配合面运行段，加工后呈SR2957（+0.60+0.30）内凹球形面段。其余锥体为非球面的圆锥段。分瓣拼合面装焊有合缝把合筋板。小端法蓝外圆滚珠槽半边结构槽，可与控制环组合成组合轴承“V”滚珠槽。
2.2导叶及其导叶的传动机构和控制环装置
导水机构中的16件活动导叶结构为组焊加工件，由导叶体和导叶轴组焊而成。导叶体ZG30铸钢件，大端与长圆轴组焊，导叶封水边表面堆焊不锈钢，用以提高导叶表面的抗汽蚀能力。导叶小端，镗有装配导叶下转轴的轴孔。导叶过流面每一截面厚薄不一样，整个导叶瓣体过流面翼型呈鱼状。
3、石佛滩灯泡贯水轮机导水机构整机技术质量指标要求
3.1内、外配水环应调整同轴度，其偏差应≤0.3mm；
3.2内、外配水环的大端面相对之间尺寸距离应符合设计尺寸公差要求，其偏差应≤0.4mm；内、外配水环的大小头两端面平度面均在0．2mm以内。
3.3导叶在全关位置及各转动位置时,导叶端面间隙值要控制在0.8~1.6mm之间；
3.4导叶立面间隙值允许最大≤0.20mm，其长度不超过导叶高度的15%；导叶全关时，允许在导叶高度1/4范围内立面间隙≤0.10mm。其余范围用0.05mm塞尺不能通过；
3.5导水机构在厂内组装装配，应保证操作机构灵活。导叶上下轴套应同心,导叶转动应灵活;
3.6导叶全关与全开之间的转角75o。导叶转角与接力器行程关系应符合设计数值要求。
4、石佛滩导水机构主要工艺特点
石佛滩灯泡贯机组导水机构的重要加工部件是内配水环、外配水环和导叶。关系到整机的制造质量。具有尺寸精度及位置精度要求高，加工难度大的特点，生产工艺方式有特殊性要求。
首先在关键的机加工方面，除了要保证，内、外配水环和导叶的型面加工质量外，重点是如何保证内、外配水环同轴孔的加工质量，这直接关系到导水机构的装配质量。
內环及外环的导叶轴孔的尺寸精度、形状精度、位置精度及粗糙度有着严格的质量要求，要保证内、外配水环的加工质量，就要针对内、外配水环结构特点、加工难点，采取相应的工艺措施。尤其要有特殊的工艺手段，如采用合理的工装结构，适宜的加工设备，正确的加工方法，来保证导叶轴孔的分度质量、镗孔质量以及相关的形位尺寸公差的精度，来满足大型工件加工的质量与生产周期。
二是在装配方面，除了要保证导水机构动作试验位置正确、动作灵活可靠外，重点要是如何保证导叶与内、外配水环的端面间隙符合质量要求及全关时导叶与导叶彼此之间啮合立面间隙质量，这也直接关系到导水机构的封水密封的装配质量。
4.1石佛滩内、外配水环的导叶同轴孔的镗孔加工方法的质量保证内、外环的16组导叶斜轴孔的尺寸精度、同轴度精度要求高。镗孔加工主要工艺方案采取先进行内环和外环先分别粗镗成，再对内环利用工装完成精镗，然后再利用工装将外环与内环组合装配后，以内环导叶轴孔为基准进行配镗精加工外环的导叶轴孔，每加工完一个孔，卸装夹压板，液压顶出装置顶起工件，转动内环大端的分度盘，插销定位。然后液压顶出装置回位，装夹压板，进入下一组斜孔的镗削。
4.2全关位置导叶端面密封和立面密封间隙值的修配方面
1）导叶的端面间隙值保证方法。先用塞尺检查导叶体两端与内外环之间的间隙值。通过调整导叶臂上的盖板螺钉，使导叶轴向移动，来调整端面间隙。符合设计图纸要求后，锁定导叶位置。对仍不符合要求的将采取如下方式进行处理：对误差不大的可采取先垫调整垫片，个别导叶端面间隙局部过小时,轻微打磨外环内表面或解体后根据检测的尺寸换算后，配车间隔套端面尺寸，直至符合要求。若极个别导叶间隙值太小的则采取配车导叶体两端球面的措施。
2）导叶立面密封间隙值的修配。全关位置的导叶立面为金属接触密封，采取导叶立面密封综合积累最大间隙误差分解修配方法修配。首先用塞尺检测进出水边接缝处立面间隙值。用粉笔标出需要打磨的接合过高部位和缝隙过大部位。用电动磨盘从1#导叶开始，以每个导叶的进水面为基准，打磨修配导叶的出水边，打磨后涂红丹粉关闭拼合导叶，检查打磨后的啮合点的质量及缝隙大小，逐步对导叶的整个出水边的封水面进行修磨。修配磨封水面分粗打磨、半精修磨及精修磨。粗打磨后要关闭整个导叶，检查每个导叶的出水边与相邻导叶的进水面的啮合点的质量及缝隙大小。检查测量最后一个导叶的缝隙大小，然后将误差再分摊到其余各个导叶上，在后序的精修磨过程中，根据各导叶的不同打磨量进行修正。以保证导叶彼此搭接的封水啮合面的立面间隙值符合标准要求。然后，使导叶全部处于关闭状态。
5、结束语
石佛滩灯泡水轮机的贯流式导水机构结构特点突出，生产工艺技术性强。它的结构性和工艺制造性，都有着与常规机组不同的特点。通过生产制造与装配试验严格把关，解决了工艺技术难题，确保了产品的制造质量和使用性能。
通过对石佛滩灯泡贯流式水轮机导水机构特点及重点工序的工艺性归纳总结、研究，积累了一定的实践经验。对今后进一步提高工艺加工制造能力与工艺进步，降低生产成本，缩短生产周期，提升产品质量有实际意义。
参 考 资 料
[1]季盛林、刘国柱主编《水轮机》.第二版.水利电力出版社1985
[2]沙锡林.主编《贯流式水电站》北京.中国水利水电出版社1999
[3]刘大恺.著《水力机械流体力学》交通大学出版社1988
[4]梁章堂.胡斌超《贯流式水轮机的应用与技术发展研讨》中国农村水利水电.2005第6期
[5]GB/T15468－1995《水轮机基本技术条件》■