燈泡貫流式水輪發電機組安裝工藝

胡寶玉

（中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西 西安 710068）

燈泡貫流式水輪發電機組安裝工藝

胡寶玉

（中國水電建設集團十五工程局有限公司 陜西 西安 710068）

燈泡貫流式機組屬于臥式機組，由于這種機組在低水頭、低轉速下運行，水輪發電機組流道體積較大，在安裝調整過程中難度較大；機組油循環屬于外循環類型，管路長，管件多，系統中設備較多，增加了安裝過程中質量控制的難度；冷卻系統也屬于強迫循環的類型，為了保證機組安全、正常運行，對設備的制造和安裝質量要求較高。

燈泡貫流式；臥式機組；質量控制；安裝

湘祁水電站壩址位于湘江干流中游，是湘水干流梯級開發的第四級，距上游在建的浯溪水電站60km，距下游已建成的近尾洲電站46km。是一個以發電為主，兼顧航運等綜合利用的水電樞紐工程。樞紐建筑物主要包括大壩、電站廠房、船閘三部分。電站廠房安裝4×20MW燈泡貫流式水輪發電機組，機組轉輪直徑6.2米，制造廠家為浙江富春江水電設備股份有限公司。本文主要從湘祁水電站機組的安裝過程中的幾個主要事項進行總結分析。

1 尾水管安裝

1.1 尾水管結構

湘祁水電站水輪機尾水管分三節，分別是前錐段、中錐段、后錐段。在制作廠每節尾水管分三個瓦片制作后運到工地，在工地搭設平臺先單節拼裝，調整圓度、平面度后，再進行尾水管內部支撐，最后分節吊入機坑組裝。

1.2 尾水管安裝

三節尾水管分別利用土建MQ900圓筒形高架門機吊入基坑支墩上安裝。安裝時先從帶法蘭面的前錐段開始調整，調整好法蘭面的中心、里程、平面度后加固，再依次調整中錐段、后錐段符合設計和廠家資料要求后，焊接尾水管環縫。

2 管形座安裝

2.1 管形座的結構形式

管形座由下T型座、內錐、上 T型座、外錐、襯板等部件組成。湘祁水電站管形座沒有固定水平儀，其機組主要重量由下T型座承擔，軸向水推力、定子、燈泡頭、機架等產生的扭矩由上、下T型座和內錐的整體來承擔。

2.2 管形座安裝

管形座安裝需控制中心、水平、高程、圓度、波浪度、里程樁號。在安裝過程中，準確調整各控制點的位置和尺寸，以確保混凝土澆筑完成后，管形座的各項參數滿足后續機組安裝需要。根據以往安裝的經驗，管形座實際安裝高程應該比設計高程高2～4mm,以消除導水機構和轉輪室安裝后向下擾度值，其它參數按照規范或設計值調整。湘祁水電站機組廠家要求管形座實際安裝高程比設計高4mm。

2.3 管形座的調整加固

管形座拼裝組成整體后，體積大、重量大、調整難度大，在組裝過程中須控制各部位的尺寸，做好基礎處理，防止在安裝過程中累積偏差大，增加調整難度。根據測量放點調整管形座內錐、外錐的中心、水平、高程、圓度、波浪度、樁號，各參數調整完成后進行加固。上下T型座、內錐在安裝過程中已組成整體，強度較好，在混凝土澆注過程中變形較小；外錐直徑大，結構單薄，直接與混凝土接觸，在澆筑過程中受混凝土入倉、振動、凝固的影響，變形的幾率較大，加固的重點要防止外錐的樁號、波浪度、圓度變化超出安裝要求，對內支撐、水平支撐的加固要結實、有效，接觸面不能出現空隙，各加固點的受力狀況良好，在適當的位置增加外支撐，防止其變形。

3 導水機構安裝

3.1 導水機構組裝

在安裝間依次組裝導水機構外環、導葉、內環、控制環等部件。組裝過程中要重點控制外環法蘭面和內環法蘭面相對距離，以及導葉端面間隙、立面間隙。內外環法蘭面相對距離和X、Y方位調整定位后，用無縫鋼管、型鋼自制支架加固、支撐、定位內外環。導葉端面間隙大小要由導葉所處的方位決定，處于水平方向，即-X和+X方向的導葉端面間隙，應調整導葉上下端面間隙相等；處于+Y方向的導葉端面間隙，應調整導葉上端間隙小于下端間隙；處于-Y方向的導葉端面間隙，應調整導葉上端間隙小于下端間隙。導葉立面間隙要求調整至0mm，局部可以不超過0.2mm，在調整時可能出現間隙集中到一個導葉立面的現象，這時需要測量這個集中間隙的大小，將其平均分配到每個導葉立面間隙，在組裝廠不能通過打磨導葉立面來調整導葉間隙。

3.2 導水機構安裝

導水機構組裝完成，管形座內外環法蘭面檢查清理干凈后，可以吊入導水機構安裝。在把合擰緊管形座和導水機構內外環法蘭面連接螺栓后，由于導水機構在翻身、吊裝過程中受力變形引起導葉間隙變化，應再次檢查調整導葉端面和立面間隙。這時要求調整導葉兩端面間隙均勻，立面無間隙。對于立面局部間隙超過設計要求的導葉，可以通過對導葉立面局部打磨調整間隙。

4 大軸及導軸承安裝

貫流式機組轉動部分的重量全部由水導軸承和發電機導軸承承擔，軸承與大軸均勻、良好的接觸有利于機組安全運行。湘祁水電站水輪機導軸承為筒式結構，發電機導軸承為分塊瓦式結構。

4.1 筒式導軸瓦調整

在安裝前檢查工作面接觸情況，接觸點應均布于整個工作面上，進出油側不能存在吊角接觸。水導瓦、發電機導軸瓦在安裝間安裝到大軸上，大軸吊裝時吊入機坑內。根據設計位置調整大軸的中心、水平，大軸定位后調整水導軸承間隙，使水導軸承前后兩側間隙一致；調整支撐環法蘭面與管形座法蘭面的間隙，該間隙應均勻，出現不均勻現象時，采用加墊方式使其接觸均勻，較小的差異可通過發導軸承的球形支座自適應調整。

4.2 分塊瓦時導軸承安裝

分塊瓦式導軸承由六塊瓦組成，其中兩塊瓦位于軸頸上部位置，四塊位于大軸軸頸底部，按30度間隔布置均勻，主要承擔機組轉動部分重量，每塊瓦的承載重量是否均勻取決于瓦背墊快的實際厚度與理論厚度的偏差，偏差越小，受力越均勻；同時獲取理論厚度的過程也影響導軸瓦的承載效果，在決定每塊瓦墊塊厚度的過程中，受設備加工精度及其他因素的影響，同一導軸瓦多個測點測出的結果存在差異，在決定采用數據過程中，需要綜合考慮，采集的數據與實際之間存在偏差，該偏差影響每塊瓦的受力狀況。在分塊式導軸瓦安裝過程中，承重瓦受力狀況決定機組運行時的瓦溫，受力均勻，則瓦溫偏差較小，反之，則大。

5 間隙調整

機組轉動部分的間隙主要是發電機空氣間隙調整和轉輪間隙調整，間隙調整均勻有利于機組運行穩定，減小機組運行振動幅度。

5.1 發電機空氣間隙調整

定子與轉子之間的空氣間隙是否均勻影響機組磁場強度的均衡，磁場強度影響發電機運行振動振幅及定子線圈及鐵心溫度。在調整空氣間隙時，盡量保證機組在運行狀態時間隙均勻，減小間隙不均勻對機組運行工礦的不利影響。

5.2 發電機空氣間隙調整

貫流式機組定子、管形座內錐、燈泡頭、進人筒等部件組成一個較大的封閉空間，該封閉空間在機組充水后全部浸泡在水中，會受到較大的浮力，該浮力通過定子傳遞到管形座內錐，定子受浮力影響也會產生上浮變形，因此在調整發電機空氣間隙時應考慮定子上浮對空氣間隙的影響，將空氣間隙的上部分調整為小于下部分，以抵消機組充水后的定子上浮變形引起上部分空氣間隙的增大值。在機組充水時，現場測量燈泡頭進人口處上浮量大約有1～1.5mm。

5.3 轉輪間隙調整

轉輪漿葉與輪轂之間有一個串動量。由于貫流式機組安裝后軸線呈水平狀態，槳葉與轉輪室之間的間隙與機組所處的狀態有關，機組正常運行時，受離心力影響，槳葉全部向外串動，使轉輪室與槳葉之間的間隙減小，因此調整轉輪間隙時需考慮靜態與動態的區別。機組處于靜態時，上下槳葉受重力影響，處于下部的槳葉向外串動，處于上部的槳葉向內串動，左右兩側的槳葉串動方向由其在最終位置的前一個位置決定，大軸轉動前，前一個位置在上部時，該槳葉向內串動，反之，則向外串動。

6 潤滑油系統及輪轂供油系統

貫流式機組設置有兩套獨立的機組油循環系統，潤滑油系統為水導軸承、發電機推導軸承提供冷卻及潤滑功能，輪轂油系統為轉輪低壓腔提供恒壓油保證槳葉靈活操作以及防止水進入轉輪體內。

6.1 潤滑油系統

潤滑油系統在安裝過程中應保證管路、管件、設備的清潔，防止固體雜質進入循環系統，造成軸承損傷。潤滑油系統是貫流式機組一個重要的輔助系統，直接影響機組的安全運行，在機組保護系統中，從潤滑油系統中采集軸承前壓力和軸承后流量信號作為機組保護信號。機組啟動運行時，在機組的轉速上升階段，會采集到壓力下降及油路中斷信號，這是由于機組由靜止加速到額定轉速的過程中，軸承潤滑油出油量大于機組靜態時的出油量，使進油管的壓力有下降趨勢。在機組轉速上升過程中，由于軸瓴轉動產生的離心力使其表面附著潤滑油向周圍空間噴灑，中斷了靜態時形成的正常閉合油路，使軸承后管路系統中流體中斷，在流量開關位置會采集到油路中斷信號，如果不采用延時保護或延時時間短，則機組不能完成自動開機。

6.2 輪轂供油系統

輪轂供油系統包含高位油箱、管路、漏油箱、受油器等部件。不同廠家由于受油器結構不同，向輪轂里供油的途徑不同。一種結構的受油器是槳葉操作高壓油相對封閉，不滲進低壓腔，另一種結構的受油器是高壓油經浮動瓦間隙滲進低壓腔，兩種結構的受油器在功能上沒有區別。輪轂高位油箱的功能是向轉輪體提供穩定的恒壓油及作為調速器漏油箱和回油箱之間的中間油箱，要求其具有足夠的容積，滿足系統的正常運行。不同結構的受油器及不同操作結構的轉輪，在確定輪轂高位油箱調節容積時考慮的因素不同，在確定油箱的調節容積，其大小應容納幾個地方的總進油量。

6.2.1 輪轂高位油箱作為調速系統回油箱和漏油箱之間的中間油箱，當漏油箱油位過高時，需要向高位油箱輸送，漏油箱起泵油位到停泵油位之間的容積，是決定輪轂高位油箱調節容積大小的一個參數。

6.2.2 機組調節時，操作油壓高于恒壓油壓力，受油器浮動瓦的滲漏油向高位油箱集中在槳葉設計開、關機時間內，一個全行程受油器浮動瓦向高位油箱注油的體積也是確定輪轂高位油箱調節容積大小的一個因數。槳葉動作時,由于活塞(活塞缸)移動引起活塞桿在轉輪低壓腔內體積的變化引起腔內壓力超過恒壓油壓力,使轉輪體內油體向高位油箱集中,活塞一個全行程轉輪低壓腔容積的變化量也是決定輪轂高位油箱調節容積的一個因數。在實際安裝過程中,由于高位油箱的調節容積小于總進油量,在機組調試過程其正常運行過程中,輪轂高位油箱就會出現溢油現象。溢油現象還與高位油箱的溢油管是否溢油順暢有關，當機組輪轂高位油箱布置遠離自身機組，設計布置較長水平管線，使回油過程出現氣堵現象，減緩了管內回油的流速，降低了高位油箱的排油能力，占用了高位油箱的調節容積，出現油箱頂部溢油現象。解決此現象的辦法是在油管截面足夠正常排油的前提下，在管路的水平段與垂直段的彎頭頂部加裝排氣閥，消除氣塞現象，使管內排油時形成的帶壓氣體能夠盡早排出管內，加快油的流速。

7 調試及試運行

湘祁水電站機組靜態調試過程中先將調速系統、潤滑油系統、高壓油頂起系統、輪轂恒壓油系統、冷卻系統、勵磁系統、監控及保護系統全部調試完成后，再進行動態調整對系統進行再次整定。經過仔細調整，機組各部位振動、瓦溫正常，2011年12月15日首臺機組順利并網發電。

胡寶玉（1978.5.26—），男，2001年河海大學水電學院水動專業畢業，現在中國水電十五局安裝公司工作，機電設備和金屬結構設備制作安裝工程師。

王洪澤］