冯慧奇

摘要：水口电站位于福建省闽清县闽江干流上，共装机7台，总装机容量1400MW，是我国“八五”期间重大水电建设项目之一。水口机组转轮直径8m，轴流转浆式水轮机。1996年11月29日7台机组全部并网发电。水口6号机于1995年底投入运行，机组各项性能指标均满足设计要求，运行正常。但2000年5月中旬机组振动增大，停机检查发现转轮体内的活塞杆在M540χ4螺纹处发生断裂。为了进一步改善机组的稳定性，对活塞杆进行改造。

关键词：水口活塞；改造

1 水口活塞杆改造加工

水口活塞杆改造主要包括活塞盘、超级螺母、活塞杆、支撑套、活塞环、卡环的加工。

1.1 活塞盘

活塞盘为返厂修复件，材料为铸钢20SiMn。在加工过程中，PT探伤发现铝青铜焊层有线性缺陷，经过UT探伤，缺陷为贯穿型线性缺陷。经过计算改变结构，将线性缺陷车掉，增加护套，护套与活塞盘采用热套的方法装配。

改变结构后，活塞盘加工的重点是护套与活塞盘的装配，护套与活塞盘为止口紧量配合。为了保证护套与活塞盘的装配，我们采取了5点工艺措施：

⑴活塞盘调平，方箱摆放于平台上，吊放活塞盘，调平、垫实；

⑵活塞盘上平面焊接8个导向块，下平面焊接8个定位块，导向块与定位块上把合顶紧螺栓，主要用于护套装配时调整方向；

⑶护套加热至280°，保温时间4小时，保证护套的内径尺寸增大10mmm（配合止口为3mm）；

⑷用吊攀起吊护套，用手拉葫芦调整护套的水平，通过引导块导向，定位块限位，护套装配在活塞盘外圆上；

⑸护套冷却约12小至室温，用塞尺检查护套与活塞盘间隙。装配合格后，堆焊铝青铜焊层，退火，加工活塞盘。

1.2 超级螺母

螺母材料为锻钢34CrNi3Mo，M580Χ8螺纹的是目前哈电机加工的最大螺纹尺寸。

超级螺母的加工工艺重点：

⑴超级螺母的硬度值在241HB-302 HB，为此选用进口铣丝刀片VER8.0 ISO VTX和ABS-125 铣丝刀盘。

⑵数控编程铣螺纹，操作简单，精度高，效率高，确保丝孔的形位公差在0.03mm以内。

⑶由于M580Χ8属非标螺纹，为此制作了专用的螺纹千分尺检查工具，并制作牙型样板检查螺矩。

1.3 活塞杆

活塞杆材料由原来的锻钢20SiMn改为锻钢35CrMo，增加了活塞杆的强度。活塞杆的加工精度要求高，为了保证活塞杆的加工质量，采取4点工艺要求：

⑴利用数控车床加工，数控车床的精度可以保证R150（0，+0.2）的公差要求，可以保证轴颈的同轴度0.03mm；

⑵M580Χ8超大型外螺纹同样采用数控镗铣床加工；

⑶活塞杆螺纹加工合格后，与超级螺母研配。因活塞杆重15吨，超级螺母重1.4吨，为了减少因重力因素造成螺纹的研伤，活塞杆必须调水平立放；

⑷活塞杆加工后，利用样板检查R150、R65及20°斜面，然后与卡环配研。

1.4 支撑套

支撑套材料为ZG20SiMn，2瓣把合结构，每个合缝面有3个M12χ60mm螺钉把合，内圆φ470H7mm，外圆φ600g7mm，高660mm。这种工件在加工后容易变形，为了解决变形问题，提出了3点工艺要求：

⑴在每个合缝面增加2个工艺锥销孔；

⑵支撑套利用车胎的定位止口加工，在一个工位完成内、外圆的加工保证了内外圆的同轴度；

⑶为了更好的释放应力，要求在半精车后拆瓣，释放应力。

1.5 活塞环

活塞环的加工工艺已经成型，划线并划检加工余量、粗车（利用经验公式计算内外圆加工尺寸）、刨开口、利用专用工具卡箍组圆、在开口处钻较销孔、装销并铆合活塞环、车内外圆、拆瓣。

1.6 卡环

卡环材料为铸钢35CrMo，2瓣把合结构，每个合缝面有2个M36χ110mm螺钉把合，外圆φ850，内圆φ440、R150、R65及20°斜面光滑过渡。为了保证卡环与活塞杆研磨质量，采取了3点措施：

⑴R150、R65及20°斜面单边留量0.03mm，同理活塞杆对应部位单边留量0.03mm；

⑵该部位的光洁度必须达到Ra1.6以上，防止在两件装配研磨时研伤工件；

⑶加工使用数控立车，保证R150、R65及20°斜面公差要求，同时使用样板检查。

1.7 操作机构的装配工艺

操作机构的装配主要包括活塞杆与活塞盘、卡环、支撑套、超级螺母的装配。

1.7.1 活塞杆与活塞盘的装配

活塞杆与活塞盘用联轴螺栓把合。联轴螺栓的把紧是采用的加热器工具进行，主要是联轴螺栓的加热预紧量。螺母的把合应对称分布，并且加热温度要分段，在不同温度阶段分别把紧螺母（对称把合），并在室温下用百分表测螺杆伸长量。这种均匀对称的把合、加热的方式，可以保证螺杆承受相同的力，防止在装配过程中活塞杆因受力不均造成偏心。

1.7.2 活塞杆与卡环的装配

卡环为2瓣结构，不能有大小瓣，否则卡环不能与活塞杆装配。通过卡环合缝面的把合螺钉调整卡环的内径尺寸由大变小，固定活塞杆，利用吊车的力量转动卡环，达到研磨的目的和要求。

1.7.3 活塞杆与超级螺母的装配。

活塞杆M580χ8的螺纹中径为φ574.804（-0.508，-0.208），超级螺母M580χ8的中径为φ574.804（0，+0.3），中径间隙为0.2-0.8mm，小径间隙为0.2-1.2mm，M580χ8超级螺母与活塞杆试装配。活塞杆立放在平台上调平固定，吊起超级螺母，用手拉葫芦调平超级螺母，在试装配过程中，活塞杆与超级螺母通过研修，将螺母与活塞杆装配到位。

在整个活塞杆的装配中，我们可以从温度、百分表及力矩扳手等工具定量的读出数据，而是靠数据来说明把合力矩的大小。这种科学的把合方式，可使装配各部件受力一致，延长使用寿命。

2 结论

水口活塞杆改造装配的成功，为以后水口机组再改造提供了宝贵的技术支持和借鉴。