НАЗНАЧЕНИЕ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ

Основные конструктивные типы гидротурбин: осевые (рис. 1), радиально-осевые (рис. 2) и ковшевые. Выбор конструктивного типа турбины зависит от условий ее работы, напора и мощности.

Основными узлами гидротурбин являются: рабочее колесо, турбинная камера, статор, направляющий аппарат, отсасывающая труба, вал турбины.

Рабочее к о д е с о осевой турбины состоит из втулки и крепящихся к ней лопастей, радиально-осевой — из внутреннего илц верхнего обода (ступицы), наружного или нижнего обода с рас­положенными между ними лопастями (рис. 3).

Рабочее колесо ковшевой турбины (рис. 4) состоит из диска со ступицей и расположенных по окружности 14—25 ковшей.

В сварном исполнении изготовляют наиболее крупные лопасти поворотно-лопастных турбин (например, для турбины Саратовской ГЭС), лопасти двухперовых турбин (рис. 5), рабочие колеса ради­ально-осевых и ковшевых турбин.

Турбинная камера представляет собой тонкостенную сварную конструкцию большого диаметра. Радиально-осевые тур­бины "большой мощности обычно устанавливают в спиральной камере (рис. 6), обеспечивающей наименьшие габариты здания ГЭС. Камеры поворотно-лопастных турбин обычно составляют из листов, снаружи приваривают вертикальные и горизонтальные ребра. . Поскольку внутренняя поверхность камеры подвержена кавитационным разрушениям, ее, как правило, выполняют из нер­жавеющей кавитационностойкой стали или из биметалла. Так как камеры наиболее крупных турбин не могут быть изготовлены с механической обработкой, необходимо принимать специальные меры для обеспечения высокой точности получения сварной кон­струкции.

Статор служит для передачи на фундамент нагрузок от веса агрегата, осевого гидравлического давления воды на рабочее колесо и массы бетонного перекрытия (см. рис. 1 и 2). Статор современных мощных гидротурбин состоит из нескольких секторов (рис. 7),

Эти секторы представляют собой сварную конструкцию, состоящую из верхнего и нижнего обода и колонн. Ободья имеют приливы, сечение которых такое же, как у колонн. Колонны с ободьями Рис. 1. Поворотно-лопастная гидротурбина: / — вал; 2 — статор; 3 — направляющий аппарат; 4 — рабочее колесо; 5 — турбин­ная камера; 6 — отсасывающая труба

обычно соединяют электрошлаковой сваркой методом плавящегося мундштука.

Направляющий аппарат направляет водяной поток на лопасти рабочего колеса и обеспечивает регулировку мощности турбины посредством изменения расхода воды. Направляющий аппарат состоит из крышки турбины и нижнего кольца; направляю­щих лопаток, посаженных на неподвижные оси, и механизма их поворота, Крышку турбины обычно изготовляют сварной из про­ката.

Разработано несколько вариантов сварного исполнения лопаток направляющего аппарата. Так, на рис. 8 показана лопатка, выпол­ненная сваркой. При этом цапфы изготовлены из круглого проката, а тело лопасти отштамповано из листа.

Отсасывающая труба турбины имеет форму расходящегося книзу конуса, что позволяет создавать за рабочим

чат, .. .. _ . . В?	====*u=, v v ~................
................ “ ш;
/////////////////////, і 7 І		ЩІІ 1 йі, 1_______ -—-—=i§ii
ХТІ!+ 1 ff * * + +Ж +	ЇЯЧІІ,,п-ГТ„Г1^П1 I || + А &
у4 jjij
^тггп...............
_ .. _ —і— / «мт®/ Nl 1	v yf Т-Ч4- —■——'
““Л Г. / Z=241	/фш , *~jl ~j
Jdim ІІші-— - з,—=,		Н Plfl -*•
	11|Г +чЬх. —'
	. ............................ —Р
шШШШт	Ш v г у............................................... V “

Рис. 2. Радиально-осевая гидротурбина: / — вал; 2 — рабочее колесо; 3 — направляющий аппарат; 4 — статор; 5 — спиральная камёра; 6 — отсасывающая труба

колесом статическое разряжение и использовать значительную часть кинетической энергии потока, уходящего от рабочего колеса.

Облицовка конуса отсасывающей трубы современных мощных турбин представляет собой сложную сварную конструкцию. Так, облицовка конуса отсасывающей трубы Красноярской ГЭС имеет высоту 6,2 м и диаметр 10,7 м. Облицовка состоит из двух поясов — верхнего и нижнего. Каждый пояс состоит из шести сегментов, соединяемых при монтаже. Каждый сегмент собирали в специаль­ном приспособлении из 255 деталей, полученных газовой резкой с последующей гибкой. Сварные швы выполняли полуавтоматиче­ской сваркой в С02. После сварки проверяли геометрические раз-

А-А

25736

Рис. 5. Сварно-литай лопасть рабо - .Т чего крлеса двухперовой турбины

Рис. 7. Сектор статора:

/ — верхний обод; 2 — колонна; 3 — нижний обод

Рис. 8. Сварная лопатка направляющего аппарата

Рис. 6. Спиральная камера радиаль­но-осевой турбины (со статором)

-< § а	» I	1 1	і 1	I *
	1		^2 3
vfj т 61 Ок	А

меры сегментов для обеспечения точной сборки облицовки на мон­таже.

Вал турбины (см. гл. I, рис. 9) изготовляют сварным. Он представляет собой обечайку с приваренными по концам литыми фланцами. Обечайку обычно изготовляют цельнокованой или со­ставной из двух полуобечаек, полученных гибкой из листового проката. Продольные швы полуобечаек и кольцевые швы, соеди­няющие обечайку и фланцы, выполняют электрошлаковым способом.

Изготовление основных узлов и деталей гидротурбин с приме­нением сварки позволило резко сократить предельные массы поко­вок или отливок, обеспечить их более высокое качество, уменьшить объем механической обработки, выполняемой на уникальных стан­ках или вручную, обеспечить рациональное использование высоко­легированных кавитационностойких материалов путем изготовле­ния биметаллических деталей или деталей комбинированной кон­струкции, сваренных из сталей различного класса.

ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ И МЕТОДОВ СВАРКИ

Сталь для изготовления основных узлов турбин должна обла­дать требуемым уровнем механических свойств и их стабильностью по сечению детали, достаточной кавитационной и гидроабразивной стойкостью, хорошей свариваемостью.

В связи со строительством мощных гидроэлектростанций, рабо­тающих при повышенных напорах, требования к механической прочности турбинных деталей значительно возросло. Это привело к широкому использованию низколегированных и легированных сталей повышенной прочности взамен применявшихся ранее угле­родистых сталей (табл. 1). Наряду со статической прочностью материалы должны обладать высокой прочностью при переменных в том числе при бигармонических и асимметрических нагрузках.

Кавитационная или гидроабразивная стойкость в ряде случаев является решающим фактором при выборе материала.

Обычно областями возникновения кавитационных и гидроабра­зивных разрушений являются поверхности выходных кромок лопастей рабочего колеса, внутренняя поверхность обода рабочего колеса радиально-осевой турбины и камеры рабочих колес осевых турбин в зонах, близких к выходным кромкам. Для уменьшения кавитационных разрушений детали турбины изготовляют из кави­тационностойкой стали или покрывают их защитным слоем этой стали.

Хорошей кавитационной и гидроабразивной стойкостью обла­дают хромистые и хромоникелевые нержавеющие стали мартенсит - ного класса, обеспечивающие сочетание коррозионной стойкости, однородности структуры, высокой прочности и твердости. Высокой кавитационной стойкостью обладают хромомарганцовистые стали

1. Конструкционные стали, применяющиеся в гидротурбостроении Марка Термообработка Механические свойства Область применения а02 ав 6 ■ф I s' 6 и * я о кгс/мм2 % 20ГС ОIX II 11 О) 00 О ОО о о о о РР 30 55 18 40 6,0 Детали, не под­верженные ка­витации или защищенные облицовкой (рабочие колеса, валы, статоры, направляющий аппарат) 20ГСФ Н = 940 °С 0 = 600 °С 40 60 18 40 5,0 20ДГСФ Н = 940 °С 0 = 600 °С 50 65 16 40 5,0 10ХСНД Н = 940 °С 0 = 600 °С 40 60 16 50 5,0 Спиральные камеры 10Х12НД Н = 950 °С 0 = 660 °С 55 70 16 50 8,0 Рабочие колеса и другие дета­ли, работающие в условиях кавитации 06X12НЗД И = 950 °С Н = 800 °С 0 = 600 °С 65 80 16 60 10,0 10Х18НЗГЗД2 И = 10504-1100 °С 0 = 800 °С, 6 ч 0 = 600 °0, 24 ч 45 65 12 3,0 Детали, рабо­тающие в усло­виях гидро­абразивного износа Примечания: 1. Н — нормализация; О—отпуск. 2. Для механических свойств приведены средние значения.

переходного класса и дисперсионно-упрочняемые хромоникелевые нержавеющие стали (например, сталь 08Х14АГ12, 03Х12Н9МЮТ и др.). Эти стали, а также нержавеющие стали марок 12X13 и 08Х18Н9Т применяют в качестве облицовочного материала.

Хорошая свариваемость — одно из основных требований к стали. Сварные швы должны быть равнопрочны с основным металлом и обладать высокой стойкостью против образования холодных трещин. Сварка должна выполняться без подогрева или с минимальным предварительным и сопутствующим подогревом.

Значительные трудности возникают при изготовлении деталей из кавитационностойких нержавеющих сталей мартенситного класса, так как сварка таких сталей, как правило, требует подогрева.

Поэтому в связи с переводом основных узлов турбины на сварное исполнение были разработаны и' освоены новые нержавеющие высокопрочные хромойикельмедистые стали (см. табл. 1), обла­дающие повышенной технологичностью при сварке. В этих сталях содержание углерода снижено до 0,1—0,05%. Это позволило повы­сить пластичность мартенсита, образующегося при сварке. В состав сталей введены аустенитообразующие элементы (никель и медь), обеспечивающие сохранение высокой прочности, кавитационной стойкости и низкого содержания б-феррита. Повышение содержа­ния б-феррита в сталях такого типа способствует росту зерна и образованию холодных трещин.

Наиболее ответственные соединения (лопастей со ступицей, фланцев с обечайкой вала и т. д.) должны обеспечивать равнопроч - ность, хорошую пластичность, высокую усталостную и коррозион­но-усталостную прочность; в том числе при бигармонических и знакопеременных нагрузках. Этого достигают выполнением сварки электродами, близкими по составу основному металлу, .с последую­щей термообработкой металла, что позволяет получать сварные соединения, однородные по структуре и свойствам (табл: 2).

При расположении сварных соединений вне зоны действия максимальных нагрузок, .требования к их прочности могут быть понижены. В этом случае допускается сварка не по всему сечению (например, соединение лопастей рабочего колеса с нижним ободом) или выполнение сварки электродами аустенитного класса без подо­грева и последующей термообработки; по прочностным характери­стикам такие сварные соединения уступают основному металлу. Чаще всего электроды аустенитного класса применяют на деталях из высокопрочных нержавеющих сталей при выполнении ремонтных работ в условиях ГЭС.

Выбор методов сварки для изготовления основных деталей тур­бин определяется^ следующими особенностями их производства: индивидуальный или мелкосерийный выпуск деталей; разнообразие конструктивных форм, конфигурации сварных швов и марок сталей;

значительные габаритные размеры и масса деталей.

Наиболее широко при производстве деталей гидротурбин приме­няют следующие методы сварки.

Электродуговая сварка качественными электр о д а м и — наиболее маневренный способ изготовления деталей турбин благодаря, возможности выполнять конструкции сложной формы с различной конфигурацией швов, изготовляемых из углеродистых и легированных сталей, производить наплавку поверхностей, имеющих сложную форму кавитационностойкими материалами, и выполнять ремонт деталей турбин в условиях ГЭС.

ЭлектрошлаКовую сварку используют при изготов­лении крупногабаритных рабочих колес, валов, статоров и других

				Механические свойства
Сталь	Методы сварки	Электроды или сварочная проволока	Термообработка	ао,2	ав	6		V
				кгс/мм2	%	кгс-м/см2
	ЭДС	Э50 (УОНИИ-13/55)	0=640 °С	35	54	21	72	12,0
20ГС	СУГ	Св-08Г2С	—	36	48	20	70	16,0
	ЭШС	Св-08Г2С	Н = 900 °С 0=600 °С	34	54	24	65	12,0
20ДГСФ	ЭШС	Св-08ХГ2СМ	Н = 950 °С 0=600 °С	50	65,6	18	55	8.0
ЭДС	Э60А (ЦУ-4)	0=600 °С	47,5	60,2	24	68	10,5
10Х12НД и 06Х12НЗД	ЭДС	ЦЛ-41, ЦЛ-51	О = 6504-670 °С	67	82	20	60	8,0
ЭА2 (ЦЛ-25)]	—	38	60	30	50	7,0
	ЭШС	Св-ЮХІЗ	Н = 950 °С О = 650 °С	65	75	16	58	8,0
10Х18НЗГЗД2	ЭДС	ЦЛ-33	0=800 °С 0=600 °С	48	70	14	20	6,0
ЭШС	Св-10Х 18НЗГЗД2	—	50	70	10	20	5,0
Обозначения: ЭДС — электродуговая сварка; ЭШС Н — нормализация; О — отпуск.	— электрошлаковая сварка; СУГ — сварка в	среде углекислого газа;

Выбор материалов и методов сварки

деталей турбин, имеющих продольные, кольцевые и криволинейные швы большой толщины. Основные способы электрошлаковой сварки, применяемые в гидротурбостроении:

сварка проволочным электродом — для выполнения кольцевых и продольных швов валов турбин;

сварка плавящимся мундштуком — для выполнения криволиней­ных швов большой толщины в рабочих колесах, лопастях и статорах турбин.

Полуавтоматическая сварка в среде С02 — прогрессивный метод сварки в гидротурбостроении, так как, сохра­няя маневренность ручной сварки, позволяет повысить производи­тельность сварочных операций. Применяют при изготовлении деталей из углеродистых и низколегированных сталей, не требую­щих подогрева.

Автоматическая наплавка ленточным элек­тродом предназначена для защиты поверхности лопасти ра­диально-осевой турбины, изготовленной из низколегированной стали, кавитационностойкими материалами.

Облицовку деталей методом сварки взры­вом применяют при изготовлении биметаллических лопастей радиально-осевых турбин.

КОНСТРУКТИВНОЕ ОФОРМЛЕНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Особенности конструктивного оформления и технологические приемы изготовления рассмотрим на примере трех наиболее харак­терных деталей: рабочего колеса радиально-осевой турбины, спи­ральной камеры и вала.

Рабочие колеса ради а льно - о севых гид­ротурбин обычно изготовляют целиком из нержавеющей стали. Крупные колеса, в которых кавитационным разрушениям подвер­жены ограниченные участки поверхности лопастей, целесообразно изготовлять из низколегированной стали с поверхностной защитой мест, подвергающихся разрушениям. Возможно изготовление таких рабочих колес в комбинированном исполнении (лопасти из нержа­веющей кавитационностойкой стали, а верхний и нижний ободья из низколегированной стали).

Наиболее рационально целиком изготовлять рабочее колесо на заводе. Однако в ряде случаев из-за условий транспортирования на строительство ГЭС по железной дороге его изготовляют из двух или более частей с последующей сборкой колеса на станции. При этом членение должно быть произведено так, чтобы избежать разъема его по лопастям. Чаще всего при монтаже осуществляют болтовое соединение по верхнему ободу и сварное соединение по нижнему ободу.

Для сварных рабочих колес обычно отдельно изготовляют верхний обод (ступицу), нижний обод и лопасти и затем лопасти приваривают к верхнему и нижнему ободьям. В наиболее крупных рабочих колесах верхний и нижний ободья изготовляют в сварном исполнении. При изготовлении крупных рабочих колес применяют различные схемы сборки колеса под сварку и различные методы выполнения сварки.

Рассмотрим технологическую схему изготовления рабочего ко­леса турбины Красноярской ГЭС (см. рис. 3). Масса его достигает 240 т. Верхний обод рабочего колеса изготовляли из двух литых

Рис. 9. Установка для сварки верхнего обода рабочего колеса: 1 *— левая стойка; 2 — верхний обод; 3 ■— правая стойка; 4 — леса

половин (сталь 20ГСЛ), свариваемых одновременно двумя швами электрошлаковым способом (рис. 9). Нижний обод, имеющий форму усеченного конуса, также сваривали электрошлаковым методом из четырех элементов, получецных путем гибки листов стали 22К тол­щиной 190 мм. Далее производили термообработку и механическую обработку заготовок верхнего и нижнего ободьев.

Лопасти рабочего колеса Красноярской турбины изготовляли в виде чистой кокильной отливки из стали 20ГСЛ. Часть выпуклой поверхности лопасти, наиболее подверженной кавитационному износу, защищали наплавкой или облицовкой нержавеющей сталью.

Наплавку выполняли автоматически ленточным электродом под слоем флюса на специальной установке с манипулятором, обеспе­чивающим поворот лопасти в процессе наплавки.

Облицовку лопастей осуществляли методом сварки взрывом. Для этого облицовочному листу из нержавеющей стали придавали необходимую форму, после чего лист приваривали к соответствую-
щему участку лопасти. Как при наплавке, так и при облицовке, для уменьшения коробления к выходным кромкам лопасти привари­вали специальные элементы жесткости.

Освоена новая прогрессивная технология изготовления биметал­лических лопастей методом штампогибки, позволяющая сущест­венно повысить их точность. В этом случае лопасти изготовляют из проката. С одной стороны производят облицовку плоской заготовки листом из нержавеющей кавитационностойкой стали методом взрыва, а с другой стороны выполняют механическую обработку для получения необходимого профиля. Далее производят нагрев

Рис. 10. Кантователь для электрошлако­вой сварки рабочего колеса

заготовки и гибку ее в штампе для получения требуемой гео­метрической формы лопасти.

Сборка рабочего колеса Красноярской турбины начи­налась с установки на плиточ­ный стенд верхнего обода, внутренняя поверхность ко­торого размечалась под уста­новку лопастей по шагу и профилю. Установка 14 лопа­стей осуществлялась с по­мощью специального пово­ротного шаблона. Зазор в сварном стыке устанавливали внизу 37 мм и вверху—47 мм. Контрольные точки лопасти при сборке смещали с учетом ожидае­мых деформаций в процессе сварки. Лопасти закрепляли на ободе путем приварки скоб и технологических элементов жесткости. Далее верхний обод крепили с осью кантователя и устанавливали в горизонтальное положение на специальном приспособлении, позво­ляющем обеспечивать вертикальное положение каждого сварного стыка в процессе сварки (рис. 10). Лопасти соединяли с верхним

ободом электрошлаковой сваркой методом плавящегося мундшту­

ка. Конструкция плавящегося мундштука и формирующих медных планок (рис. И) позволяла получать плавный радиусный переход от лопасти к ободу. После окончания электрошлаковой приварки лопастей производили термообработку верхнего обода с лопастями, подготовку кромок лопастей под сборку с нижним ободом и окон­чательную сборку рабочего колеса.

Лопасти к нижнему ободу приваривали качественными электро­дами. Далее проводили термообработку рабочего колеса (нормали­зация и отпуск), контроль всех поверхностей и стыков с помощью керосиновой пробы, травлением и ультразвуком и окончательную механическую обработку. Соединение лопастей с нижним ободом является менее нагруженным по сравнению с соединением с верх­
ним ободом. Поэтому сварку этого соединения выполняли с непол­ным проваром кромок. Уменьшение объема наплавленного металла при этом способствовало снижению уровня сварочных напряжений и предотвращению образования трещин в процессе сварки.

В отличие от рабочего колеса Красноярской турбины рабочие колеса для Асуанской ГЭС, масса которых достигала 140 т, целиком изготовляли из нержавеющей стали марки 08Х12НДЛ. Верхний обод и лопасти были литые, а нижний обод сварной, полученный электрошлаковой сваркой из трех гнутых заготовок.

В первых рабочих колесах приварку лопастей к верхнему ободу осуществляли электрошлаковым способом. Причем сборку и сварку производили в специальном приспособлении, позволяющем совме­

¥*0таж Рис. 11. Схема соединения лопасти с верхним ободом рабочего колеса Красноярской ГЭС

стить эти операции [61. В последующих рабочих колесах приварку лопастей к верхнему ободу выполняли электродуговой сваркой. Перевод на электродуговую сварку был обусловлен необходимостью получения большой точности рабочего колеса (при электрошлаковой сварке не удавалось с достаточной точностью компенсировать деформации лопастей) и снижением общего цикла изготовления за счет одновременной сварки всех 14 лопастей, устранения нормали­зации после сварки и некоторых вспомогательных операций при сборке. Подогрев при сварке до температуры 200—220 °С осуществ­ляли со стороны верхнего обода кольцевым индуктором и 14 индук­торами, установленными на лопастях на расстоянии 70—100 мм от места сварки. Приварку лопастей к верхнему ободу производили в следующем порядке: первый и последующие три-четыре слоя накладывали с выпуклой стороны лопасти обратноступенчатым способом с общим направлением шва от тонкой части к толстой, затем производили выборку шва с противоположной стороны и сварку четырех-пяти слоев с вогнутой стороны лопасти. Такой порядок сварки сохраняли и в дальнейшем. Это способствовало получению минимальных деформаций лопасти в процессе сварки.

11 Под ред. Куркина С. А.

Рис. 12. Схема сборки рабочего колеса турбины Ингурской ГЭС

Сборку рабочего колеса в целом и приварку лопастей к нижнему ободу осуществляли по той же технологической схеме, которую применяли. для рабочих колес Красноярской ГЭС.

Особенностью конструкции рабочих колес для высоконапорных ГЭС является малое расстояние между верхним и нижним ободом и между лопастями. Это чрезвычайно затрудняет выполнение опе­раций по приварке лопастей к ободьям (особенно при сварке с подо­гревом) и делает невозможным индукционный подогрев лопастей.

В связи с этим для изготовления таких рабочих колес (напри­мер, для турбины Ингурской ГЭС) применяют иную технологиче­скую схему сборки и сварки. Все элементы этого рабочего колеса вы­полняли литыми из стали 08Х12НДЛ. После механической обработ­ки и разметки в верхнем и нижнем ободьях вырезали пазы для соедине­ния лопастей с ободьями «в паз».

Сборку колеса осуществляли в следующем порядке: на специально изготовленную плиту с закрепленны­ми на ней подставками и стойками устанавливали нижний обод (рис. 12).

Обод закрепляли и фиксировали бол­тами. В пазы обода заводили лопа­сти колеса, выставляли их в рабочее Рис. 13. Схема сварных соеди-

положение и закрепляли струбцинами нений с верхним ободом рабоче-

К стойкам. На верхние хвостовики го колеса Ингурской ГЭС

лопастей надевали верхний обод.

Регулировали и фиксировали его также болтами. Полная сборка рабочего колеса и возможность регулировки каждого его элемента позволили обеспечить высокую точность геометрической формы конструкции, что особенно важно для получения хороших гидро­динамических характеристик турбины.

После завершения всей сборки колеса, установленного нижним ободом вниз, его подогревали специальными газовыми горелками до температуры 220—250 °С.

Сварку рабочего колеса производили в следующем порядке: сначала заваривали корень шва в соединениях верхнего обода с лопастями (рис. 13) качественными электродами марки ЦЛ-41. Во избежание прожога и вытекания металла при сварке корневых швов с противоположной стороны разделки устанавливали медные подкладки, которые впоследствии удаляли. После заварки корня шва заполнение разделки производили электродами ЦЛ-41 или полуавтоматической сваркой керамическими стержнями ЦСК-20Х13, проволокой Св-06Х14. После заполнения примерно 70—75% раз­делки производилась подварка галтелей и швов в труднодоступных местах, контроль швов и промежуточная термообработка рабочего колеса.

Затем колесо устанавливали верхним ободом вверх и произво­дили заполнение оставшейся части разделки в местах соединения верхнего обода с лопастями. Далее колесо кантовали и начинали вываривать корни швов нижнего обода по всей длине разделки. Швы имели наклонное и полувертикальное пространственное положение, сварку производили по методу «поперечной горки» с постоянным заполнением разделки.

После заполнения примерно 80—85% объема разделки колесо термообрабатывали (второй промежуточный отпуск), вновь уста­навливали в положение нижним ободом вверх и производили заварку оставшихся объемов в пазах, подварку галтельных швов и при­варку кольца (рис. 14). После завершения всех сварочных операций

Рис. 14. Схема сварного соединения кольца с нижним ободом рабочего ко­леса Ингурской ГЭС

рабочее колесо подвергали окон - - чательной термообработке, меха­нической обработке и контролю.

Недостатком технологической схемы изготовления Ингурского рабочего колеса является боль­шой объем наплавленного метал­ла, обусловливающий высокую трудоемкость сварочных опера­ций.

Вместе с тем, в зависимости от конструкции рабочего колеса и условий производства, каждая из приведенных технологических схем может оказаться предпочтительной.

Так, технология изготовления рабочего колеса с применением электрошлаковой сварки имеет преимущества при изготовлении очень крупных рабочих колес со швами большой толщины, а техно­логия сварки «в паз» имеет преимущества при изготовлении рабочих колес высоконапорных турбин с труднодоступными участками сое­динения лопастей с ободьями.

Спиральная камера мощной гидротурбины является сложной сварной конструкцией, характеризующейся большими габаритами, значительной толщиной листовых элементов, слож­ностью геометрической формы, высокими требованиями к точности изготовления и качеству сварных соединений (отклонения формы сечения камеры от проектной приводят к значительному возраста­нию максимальных напряжений).

Рассмотрим конструкцию и технологию изготовления спиральной камеры (см. рис. 6) для турбины Красноярской ГЭС. Она состоит из 31 звена конусной формы, каждое из которых в свою очередь состоит из 2—5 технологических частей.

Для наиболее напряженных звеньев спиральной камеры (в зоне сопряжения со статором) была применена высокопрочная сталь СК-2 (a0f2 55 50 кгс/мм2). Менее напряженные звенья изготовляли

из сталей 10ХСНД и МСтЗ*

Ввиду больших размеров и сложной формы развертка каждого звена определялась разметчиками на плазе. С плаза снимали необ­ходимые размеры, на основании которых изготовляли толевые шаблоны для последующей разметки звеньев.

Вырезку деталей осуществляли газовой резкой с одновременным скосом кромок под сварку.

Рис. 15. Схема контроля согнутого звена спиральной камеры: / — контролируемое звено; 2 — мерительная штанга; 3 — стойка приспособления; 4 — имитатор части статора; 5 — контрольный плаз

Гибка частей звеньев производилась на прессе с помощью универсального гибочного штампа. На специальном приспособле­нии осуществляли контроль согнутого звена (рис. 15).

Точность изготовления отдельных элементов играет решающую роль в последующей сборке на заводе и на монтаже, поэтому части звеньев, имеющие отклонения от заданной формы, подвергали повторной подгибке. Для предупреждения изменения формы звеньев в процессе'сварки при сборке устанавливали временные элементы жесткости. Сварку звеньев производили по Х-образной разделке

^—h р

У77ШУ////ШШ

Условные обозначения

заводская сварка сварка на монтаже

Рис. 16. Схема монтажа спиральной камеры турбины Красноярской ГЭС

в нижнем положении с кантовкой. Сварку элементов из стали СК-2 или СК-2 + 10ХСНД выполняли низколегированными элек­тродами типа Э70, а стали 10ХСНД и МСтЗ — электродами УОНИИ-13/45.

Сборку спиральной камеры на монтаже начинали после уста­новки статора турбины, проверки фундаментных опор и установки секции 18 и 2, а также отражательного листа /9 (рис. 16). Затем к каждой из этих секций последовательно пригоняли смежные приле­гающие секции.

Замыкающим элементом сборки камеры являлась секция 12, изготовляемая с некоторым припуском для подгонки. Секции спи­рали, состоящие из двух или трех монтажных элементов, собирали последовательно, начиная с нижнего элемента. Подгонку сопря­гаемых стыков производили при помощи болтовых стяжек. Регули­ровка высотного положения каждой секции и в целом спиральной камеры производилась с помощью домкратов, а форму трубы спи­рали исправляли растяжками (см. рис. 16).

Для уменьшения потолочной сварки разделку швов верхней части спирали делали с наружной стороны, а в нижней части — с внутренней. Боковые части спирали имели Х-образную разделку. Сварку выполняли качественными электродами, причем для соеди­нения монтажных элементов из высокопрочной стали применяли электроды аустенитного класса. В первую очередь в каждой секции заваривали продольные швы, затем приваривали звенья к статору и после этого сваривали кольцевые стыки. Сварку продольных и кольцевых швов спирали выполняли способом последовательного поочередного обратноступенчатого исполнения швов или способом наварки слоев горкой.

Для равномерного распределения остаточных напряжений по окружности кольцевые швы заваривали одновременно два или несколько сварщиков.

При изготовлении сварных валов гидротурбин (см. рис. 9 гл. 1) особое внимание уделяют обеспечению точности заданных размеров и положения оси вала и обеспечению непрерывности процесса сварки кольцевых стыков, необходимого для качественного выпол­нения шва. Так как усадка неодинакова по длине стыка, сборку под электрошлаковую сварку выполняют с переменным зазором 33 мм на участке начала и замыкания шва и 38 мм на противополож­ном участке.

Непрерывность процесса сварки на НКМЗ обеспечивают приме­нением сварочной установки с дублирующими головками. При выходе из строя любой из деталей головки происходит немедленная ее замена, и процесс электрошлаковой сварки продолжается.

Сварку начинают на вспомогательной пластинке, вваренной в зазор. Перед замыканием начало шва с помощью специального резака вырезают по определенному шаблону. В процессе замыкания в соответствии с изменением сварочного пространства меняют расстояние между электродами и размах их колебаний. Сварочную ванну выводят в специальный карман, который в дальнейшем удаляют газовой резкой.

Для устранения опасности появления горячих трещин при замы­кании скорость подачи проволоки в начале и конце сварки уста­навливают меньшей по сравнению с погонной частью шва (соот­ветственно 120 и 220 м/ч). Кроме того, перед замыканием проводят предварительный подогрев начального участка шва.

В результате такого подогрева в момент замыкания происходит постепенное укорочение зоны металла впереди места сварки. Это способствует сближению свариваемых кромок и уменьшению жест­кости конечного участка кольцевого шва.

После окончания электрошлаковой сварки кольцевых швов производят термообработку заготовок, включающую нормализацию и отпуск, и чистовую механическую обработку вала.

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА

Основным методом контроля сварных соединений в рабочих колесах, статорах, валах и других деталях, имеющих швы большой толщины криволинейной формы, является ультразвуковая дефекто­скопия. Наличие поверхностных трещин, непроваров и шлаковых включений контролируют в этих швах магнитной дефектоскопией, травлением, керосиновой пробой. Точность пространственного расположения лопастей в рабочем колесе проверяют по положению контрольных точек.

Основными методами контроля конструкций, изготовленных из листовых элементов (например, спиральные камеры), являются внешний осмотр швов, замеры усиления и гамма-просвечивание.

Точность изготовления на заводе сварных элементов спиральной камеры проверяют путем контрольной сборки.

Окончательную проверку качества сборки и сварки спиральной камеры производят после окончания ее монтажа перец бетонирова­нием путем гидравлических испытаний.