Конструкция валов гидравлических турбин проста, это массивная труба с одним или двумя фланцами (лист 205, рис. 3) . Заготовки обечаек обычно получают ковкой, заготовки фланцев — также ковкой или иногда в виде стальных отливок.

Возможен и другой вариант — изготовление цилиндрической части из двух корыт, согнутых в горячем состоянии под прессом и сваренных продольными электрошлаковыми швами (рис. 4). Коль­цевые швы выполняют электрошлаковой сваркой с формированием обратной стороны внутренним ползуном. Неравномерность поперечной усадки по периметру кольцевого шва при такой однопроход­ной сварке приводит к искривлению оси вала. Для компенсации этого искривления при сборке сред­него кольцевого стыка между двумя обечайками 2 (рис. 3) зазор в месте начала шва устанавливали 33 мм, а в плоскости, повернутой на 90°, — 38 мм. После выполнения среднего стыка сваренные обе­чайки проходили высокий отпуск и подвергались промежуточной механической обработке. Затем выполняли сборку и сварку стыков с фланцами 1 и 3. Чистовую механическую обработку, обеспечи­вающую точность размеров готового вала, производили после нормализации и высокого отпуска.

При сварке валов сплошного сечения, когда электрошлаковый шов выполняют снизу вверх без вращения, переменный зазор в стыке создают предварительным перекосом осей собираемых загото­вок в вертикальной плоскости.

В конструкциях гидротурбин (рис. 1,2) наряду с валами 1 сварными являются и другие детали машиностроительного характера: статоры 2, направляющие аппараты 3 и рабочие колеса 4.

Статор (лист 206, рис. 6) составляют из секторов, соединяемых на монтаже фланцевыми борто­выми соединениями. Секторы собирают и сваривают из отливок — поясов и колонн (рис. 7). Соеди­нение колонны с выступом пояса выполняют электрошлаковой сваркой плавящимся мундштуком, схема сборки под сварку показана на рис. 9.

Поворотные лопатки направляющего аппарата сваривают из литых или прокатных заготовок. В последнем случае отштампованные из листа элементы пера лопатки собирают и сваривают под флю­сом (рис. 8). Затем к этому узлу электро шлаковой сваркой приваривают выходную кромку в виде полосы толщиной 70 мм. Последней операцией является сборка пера лопатки с литыми заготовками верхней и нижней царф и полуавтоматическая сварка стыковых швов в СО2 .

Лопасти поворотно-лопастных турбин изготовляют литыми, а также в сварном исполнении (рис. 10), причем к их материалу предъявляются требования стойкости против кавитационного разруше­ния. Отливки из углеродистых сталей такой стойкостью не обладают. Использование более стойких высоколегированных сталей увеличивает стоимость изделия. Повышение стойкости отливок из угле­родистых сталей можно обеспечить путем облицовки их тонкими листами из кавитационно-стойкой стали (рис. 11). Однако крепление листов к перу лопасти электрозаклепками и обваркой по контуру не обеспечивает требуемой надежности. Отсутствие плотного прилегания облицовочных листов по всей поверхности сопровождается их вибрацией в процессе работы, приводящей к разрушению сварных швов. Значительно лучшие результаты дает облицовка тонкими листами кавитационно­стойкой стали методом сварки взрывом.

Рабочие колеса мощных радиально-осевых гидротурбин имеют большие размеры. Так, например, рабочее колесо турбины Красноярской ГЭС (см. лист 205, рис. 5) имеет диаметр почти 9 м, что на­много превышает габарит подвижного состава железных дорог. Поэтому возможность его изготовле­ния целиком в условиях Ленинградского металлического завода им. XXII съезда КПСС без расчлене­ния на монтажные блоки была обеспечена только благодаря наличию водного пути от места располо­жения завода-изготовителя до места монтажа.

Рабочее колесо состоит из верхнего и нижнего ободов и лопастей. Последовательность и содер­жание основных этапов процесса его изготовления показаны на рис. 12 (лист 207). Верхний обод вы­полнен из двух литых заготовок из стали 20ГС-Л с максимальной толщиной 500 мм (рис. 12, а). От­ливки проходили предварительную механическую обработку всех поверхностей, кроме поверхности по наружному диаметру. Затем заготовки собирали в кольцо и устанавливали в вертикальное поло­жение под электрошлаковую сварку, причем для компенсации неравномерности поперечной усадки по длине шва зазор в нижней части стыка задавали в пределах 25 ... 27 мм, а в верхней — 50 ... 54 мм. После сварки верхний обод подвергали высокому отпуску и передавали на механическую обра­ботку, где внутреннюю поверхность обода обрабатывали окончательно, а остальные поверхности — с припуском. Лопасти рабочего колеса выполняли из стали 20ГС-Л литьем в кокиль. Требуемую точ­ность формы обеспечивали рубочными и наплавочными работами с проверкой по простран­ственному шаблону и последующей шлифовкой. Для повышения стойкости против кавитационного износа часть выпуклой поверхности лопастей покрывали тонкой кавитационно-стойкой сталью мето­дом сварки взрывом.

Сборку начинали с разметки гладкой внутренней поверхности верхнего обода под установку ло­пастей по шагу и профилю. Отказ от использования приливов-пеньков (рис. 12, б) позволил повысить точность размещения лопастей и облегчить обработку поверхности обода. 14 лопастей последователь­но устанавливали на верхний обод с соблюдением зазора в стыке (снизу 37 мм, вверху 47 мм) и за­крепляли с помощью приварки скоб и технологических элементов жесткости (рис. 12, в). Затем на верхнем ободе закрепляли ось с цапфами и с ее помощью собранный узел устанавливали на стойках специального кантователя (рис. 12, г). Этим обеспечивалась возможность поворота узла в положение, удобное для выполнения каждого стыка электрошлаковой сваркой плавящимся мундштуком. Плав­ный переход от тела лопасти к телу верхнего обода задавали соответствующей формой медных под­кладок, охлаждаемых водой; их крепление с помощью клиньев показано на рис. 12, д. После сварки и высокого отпуска производили обработку торцов лопастей под сопряжение с нижним ободом на ка­русельном станке (рис. 12, е) и подготовку кромок под К-образную разделку.

Нижний обод собирали из четырех штампованных заготовок из стали 22К толщиной 190 мм, как показано на рис. 12, ж. После попарного выполнения стыков электрошлаковой сваркой и высокого отпуска обод подвергали механической обработке с оставлением припуска 15 мм по внешнему диа­метру на чистовую обработку. Общую сборку колеса проводили, как показано на рис. 12, з. При по­мощи гидравлических домкратов нижний обод поднимали и вводили в сопряжение с кромками лопа­стей. Сварка производилась одновременно 2 ... 4 сварщиками в среде СО2 . Сваренное колесо прохо­дило полный цикл термообработки: нормализацию и высокий отпуск, после чего выполнялась окон­чательная механическая обработка.

Применительно к изготовлению радиально-осевых колес крупных гидротурбин возможны и дру­гие конструктивно-технологические решения, отличающиеся от рассмотренного выше. Так, рабочее колесо Плявиньской ГЭС выполнялось из двух частей, исходя из необходимости перевозки по желез­ной дороге, причем заводская сварка выполнялась преимущественно вручную обмазанным элект­родом. Такая технология изготовления представлена на рис. 13 (лист 208).

Все элементы этого колеса выполняли литьем из стали 20ГС-Л. Нижний и верхний ободы отливали из двух частей, и до поступления на общую сборку они проходили нормализацию и фрезеровку плос­костей разъема, а после спаривания подвергались предварительной обточке с чистовой обработкой внутренних поверхностей, сопрягаемых с лопастями. После разметки этих поверхностей и термиче­ской вырезки пазов ободы разбирали на две половины для передачи на общую сборку. Вид этих эле­ментов показан на рис. 13, д. Отливки лопастей после отжига подвергали механической обработке для обеспечения требуемой геометрической формы и состояния поверхности. Кроме того, их торцы обрабатывали так, чтобы при сборке под сварку они входили в соответствующие пазы верхнего и нижнего ободов (рис. 13, б). Так как рабочее колесо изготовляли из двух половин, то две лопасти, по­падающие в плоскость разъема, делали разрезными и впоследствии сваривали на монтаже.

Для совпадения плоскостей разъема обеих половин колеса необходима точная сборка каждой из половин и предотвращение искажений этой плоскости при сварке и термообработке. Это обеспечи­вали приваркой половин ободов по плоскости разъема к плоскости достаточно жесткой технологиче­ской плиты (рис. 13, б). Затем в пазы ободов заводили хвостовики лопастей и прихватывали к плите по плоскости разъема. Сборку завершали установкой дополнительных технологических элементов жесткости из труб (рис. 13, в).

Приварка лопастей к ободам производилась способом "поперечной горки” электродами типа Э50А путем заполнения разделки в пазах с последующей зачисткой корня шва и выведением галтельных переходов (рис. 13, д). Для предотвращения образования трещин применяли подогрев до температу­ры 120 ... 200 °С (рис. 13, г). Освобождали сваренное полуколесо от связей с жесткой плитой только после завершения сварки и прохождения высокого отпуска для снятия остаточных сварочных на­пряжений. Заводское изготовление завершалось окончательной механической обработкой колеса, временно собранного из двух половин (рис. 13, е).

На место монтажа колеса доставляли по железной дороге в разобранном виде. Конструкцией ко­леса предусмотрено соединение стыков верхнего обода на болтах, а нижнего — с помощью сварки. Такое решение определяется, с одной стороны, невозможностью осуществить болтовое соединение нижнего обода из-за жесткого ограничения габаритов стыка, а с другой стороны, стремлением из­бежать искажений окончательно обработанной поверхности верхнего обода, которой он присоединя­ется к фланцу вала гидротурбины. Стыки нижнего обода сваривали ручной сваркой способом "попе­речной горки" одновременно четыре сварщика попарно "дуга в дугу". Прогрев до температуры 120 ... 200 С производили с помощью индукторов (рис. 13, ж). Эти же индукторы использовали для высокого отпуска стыков обода после сварки. Стыки разъемных лопастей сваривали многослойной сваркой вручную без подогрева (рис. 13,з).