【摘 要】本文阐述了混流式水轮机组蜗壳精度的高低对整机性能的影响。在对美国Applegate电站的金属蜗壳工艺安排中，以蜗壳三维模型为基础，分别从车床加工方式、焊接形式等方面进行了工艺安排。最终，按照该工艺流程生产处了合格的金属蜗壳，为今后类似机组的蜗壳生产工艺的编排，提供了可行性较高的参考依据。

　　【关键词】水轮机；蜗壳；工艺安排

　　蜗壳是水轮发电机组的主要过流部件。其功能[1]是将水流从进口断面引入，在出口端形成一定规律的速度环量，保证水流进入导水机构之前的均匀状态。故蜗壳的内表面，是决定水流状态的关键。它精度的高低，直接关系到机组的水力损失大小和运行的稳定性。因此，从设计到施工的过程中，内表面的光滑程度，是需要研究的主要问题。通常情况下，蜗壳的设计过程中，尺寸是经过了水动试验来确定的，且当前的三维建模软件已经非常成熟，所以建立光滑流线形状的蜗壳流道模型，也不存在多大的难度。故从理论阶段保证其光滑流道的目的不难实现。而关键的步骤是在施工过程中，收到工艺安排、操作设备等因素的限制，往往最终的产品和设计要求会存在误差，有时甚至误差非常大。所以，本文基于美国Applegate电站的蜗壳设计中，着重从工艺性上来研究产品的生产加工流程，制定出了合理的工艺路线，最终生产出了合格的产品。

　　1 蜗壳生产方式的确定

　　美国Applegate电站的水轮机形式是混流式机组。因此，设计的蜗壳是金属蜗壳，材料为Q345A。其模型的整体形状是呈弯曲的、非规则的光滑流线型曲面（如图1所示）。因此，在其生产的过程中，主要采用的方式是将各蜗壳断面桥接而成的壳节进行展开，投影到平面上，再根据投影平面的尺寸，进行下料加工。其生产方式的操作步骤分为：1）根据电站的参数（如扬程H、流量Q、功率P等），进行水动试验，将试验确定的尺寸参数，构建出金属蜗壳的三维流场模型；2）延展断面之间的壳节[2]（如图2所示）；3）将平面壳节进行尺寸定义；4）根据尺寸生产各壳节，并焊接成整体。

　　2 车床加工方式的确定

　　蜗壳壳节的车床加工方式，主要是体现在内表面的加工。因为内表面是起引流的作用，关乎机组的强度、效率以及稳定性等。所以，对它的要求是：（1）粗糙度要高；（2）尺寸偏差极小。故普通的加工机床受精度限制，会产生较大误差。在车床的选择上，宜选用高精度加工设备，且针对于其主要是平面加工的特点，便可以确定以磨床为主要的加工设备。因为磨床的优点是：（1）以平面加工为主；（2）加工面域较大；（3）加工精度高，一般来说加工出的零件表面粗糙度可以达到Ra0.4。磨床加工确定后，加工的形式拟选择矩台周磨式（如图3所示）。

　　3 分瓣形式的选择

　　3.1 分瓣特点分析

　　美国Applegate电站的混流式机组的特点是转轮直径D较大。由此可知，蜗壳的尺寸更大，且运输路途遥远。因此，产品的分瓣是必不可少的条件。待分成几瓣的产品运至电站后，再将其焊接成整体。除尺寸因素外，分瓣的另一个关键，是确保拼焊后的产品强度依然满足要求（无论采用什么措施，拼焊后强度都会减弱）。所以，如何选择合理的分瓣方案，必须从以下几点来探讨：1）避免拼焊时，焊缝过于集中，因为焊缝越集中[4]，应力的集中程度越大，则蜗壳的塑性变形量越大；2）禁止产生十字焊缝；3）焊缝的数量不能过多。若无法满足上述3个条件，势必导致蜗壳强度，继而降低其运行的稳定性。因此，对于该电站机组的蜗壳分瓣形式，本文拟采取偏置法。主要实施步骤为：1）从进口断面开始，逐级定义壳节顺序；2）相邻的壳节分瓣不对心，即采取偶数壳节沿截面正中心切割，奇数壳节则置于正中心以上的一段距离H处的偏置分瓣方式。采取该方案之后，便不会出现十字焊缝、且焊缝集中问题，也得到了有效解决（如图4、图5所示）。此外，防止焊缝太多的问题上，结合该电站蜗壳的具体尺寸，当某一壳节尺寸能够满足运输条件时，之后的壳节便都采取整体运输的形式。

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