杰瑞電站75MW特大型燈泡貫流式導水機構的結構和安裝

陳傳坤（東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

杰瑞電站75MW特大型燈泡貫流式導水機構的結構和安裝

陳傳坤
（東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

摘要：貫流式機組適合開發低水頭水能資源，其中燈泡貫流式機組的應用最廣泛。燈泡貫流式機組的發展趨勢是大容量和大型化，但是大型化將增加機組安裝的難度，其中導水機構的安裝直接影響機組的安裝工期和質量。與立式機組相比，燈泡貫流式導水機構結構復雜、安裝難度大。巴西杰瑞電站燈泡貫流式水輪發電機組額定功率75MW，是目前世界上單機容量最大的特大型燈泡貫流式水輪發電機組。本文主要介紹杰瑞電站導水機構的結構特點和安裝工藝，可供其他大型燈泡貫流式導水機構借鑒。

關鍵詞：杰瑞；燈泡貫流式；導水機構；安裝

1電站概況

杰瑞電站位于巴西西部與玻利維亞交界處的朗多尼亞州的馬代拉河（亞馬遜河支流）流域上，距州府波多韋柳約110km。電站分左右兩岸，共裝有50臺單機容量為75MW的特大型燈泡貫流式水輪發電機組，其中右岸28臺由ALSTOM、ANDRITZ和VOITH供貨，左岸22臺由我公司設計、制造。左岸的22臺機組分為兩期：一期12臺、二期10臺，截至目前一期已有5臺機組投入商業運行，二期已開始尾水管的安裝。

2基本參數

水輪機基本參數：

水輪機型號GZ（790）-WP-790；

旋轉方向沿水流方向看順時針；

葉片數4；

水輪機額定出力76.5MW；

額定水頭15.2m；

額定轉速85.71r/mim；

導水機構基本參數：

導葉數量16；

導葉瓣體長度2828mm；

端面間隙 外環側0.7～1.5mm，內環側2～2.8mm；

導葉外環最大直徑11520mm；

導葉內環最大直徑5635mm；

導水機構總重304t，參與預裝部件重量約205t（不包括重錘、轉輪室、補償節和導葉內環延伸段）。

3導水機構結構

杰瑞導水機構包括：導葉內環、導葉外環、導葉、控制環、導葉臂、套筒裝配、連桿裝配（液壓連桿和彎曲連桿）、重錘裝配、轉輪室、補償節、導葉內環延伸段等。

導葉材質為ZG20SiMn，導葉不帶密封條，導葉的搭接部位堆焊不銹鋼并精加工形成密封面，導葉的正面和背面都設有三個起吊螺孔，方便導葉的吊裝。導葉軸線與機組中心線的夾角是60°。導葉自身未設下軸頸，下端軸通過螺柱與導葉把合在一起形成導葉下支點，見圖1。

圖1導葉下支點1-M64螺柱，2-軸套，3-導葉內環4-導葉下支座，5-導葉下端軸

導葉內環為整體結構，導葉內環下游設有水導軸瓦的安裝扇形底座。導葉外環分為四瓣。導葉內、外環與導葉全關時的配合面堆焊不銹鋼形成環形凸臺，環形凸臺精加工后高出內、外環過流面約2mm。

導葉套筒內安裝有可自動調節的自潤滑向心關節軸承，可以在一定程度上消除導葉軸孔同軸度偏差對導葉靈活動作的影響。套筒法蘭與導葉外環并不直接接觸，通過調節螺套與外環接觸，利用螺套調節套筒的位置調整導葉端面間隙，這種結構可以不需要刮大平面，只需要刮螺套配合處的小平面，降低了加工難度。套筒與導葉間有U形組合密封圈和軸用回轉方形圈兩道密封，與外環軸孔間有一“O”型密封圈，同時套筒上設有排水孔，以排出導葉上軸頸處可能的漏水。套筒與外環的配合情況見圖2。

圖2套筒與外環1-軸承壓蓋，2-導葉，3-自潤滑向心關節軸承，4-套筒裝配5-導葉外環，6-擋圈，7-調節螺套

導葉的安全保護采用液壓連桿和彎曲連桿間隔布置，液壓連桿和彎曲連桿兩端都設有自潤滑向心關節軸承，可以很好地適應導葉復雜的空間運動。液壓連桿的工作壓力為8MPa、動作力55kN，彎曲連桿中心與兩端叉頭中心的偏心6mm，彎曲連桿的斷面直徑由廠內動作試驗確定。

杰瑞導水機構為單接力器操作控制環，依靠重錘關機，重錘和接力器都位于機組+X側，重錘通過叉頭和圓柱銷掛在控制環上，重錘共5層重約25t，重錘底部設有緩沖橡膠板。重錘裝配見圖3。

圖3重錘裝配

為了補償尾水管到座環外環軸向距離的偏差，設有補償節，補償節分為四瓣，補償量為15mm。補償節與轉輪室之間沿軸向有三道φ16mm耐油橡膠圓條、補償節與尾水管法蘭間有兩道φ8mm耐油橡膠圓條，補償節上開設有排水孔，以排出補償節與轉輪室配合部位處可能產生的漏水。補償節與轉輪室之間設有頂絲螺栓以調整補償節與轉輪室的同軸度，轉輪室通過補償節和壓環將受力傳遞至尾水管混凝土，從而改善轉輪室的受力。補償節結構見圖4。

圖4補償節1-尾水管，2-壓環3-補償節，4-轉輪室

控制環安裝在導葉外環下游法蘭外圓處，控制環與導葉外環間設有鋼球，手動鎖錠安裝在轉輪室和控制環之間。控制環及鎖錠見圖5。

圖5控制環及鎖錠1-轉輪室，2-導葉外環，3-鋼球4-壓環，5-控制環，6-鎖錠銷

4導水機構安裝

燈泡貫流式導水機構的安裝，與立式機組的導水機構安裝有一些區別，一般都是先在安裝間進行預裝（導葉內環延伸段、轉輪室、補償節及重錘不參與預裝），然后整體吊入機坑。

導水機構安裝順序見圖6：

4.1導水機構安裝前的準備

在導水機構預裝之前需對座環進行復測，并且完成座環內、外環法蘭平面度的處理，復測得到的座環內、外環下游法蘭的間距是導水機構預裝調整的依據，導葉內、外環上游法蘭間距與座環內、外環下游法蘭間距的偏差應不大于±0.5mm。

圖6安裝順序框圖

4.2導葉內環預裝

導葉內環預裝的目的是調整導葉內環相對于座環內環、尾水管的方位和中心，并以預裝后導葉內環為基準調整導葉外環，從而確定導水機構整體相對于座環及尾水管的方位和中心。導葉內環中心調整時需考慮主軸和轉輪就位后、流道充水后水導軸承處的下沉量，根據計算和經驗，下沉量大機組可按0.30～0.50mm考慮，小機組可按0.10～0.20mm考慮。

在導葉外環組裝的同時進行導葉內環預裝，不占直線工期，并且通過導葉內環預裝，可以盡早知道混凝土澆筑后的座環內環與導葉內環把合螺栓孔的錯位情況，當導葉內環預裝完成吊出機坑就可以進行擴孔，為導水機構整體吊入機坑安裝節省了擴孔時間。通過導葉內環預裝，可以減少導水機構整體懸吊在橋機上的時間，從而減小導水機構起吊過程中的變形、降低導水機構吊入機坑后的調整難度和調整量。

4.3導葉外環組裝

由于導葉外環分成四瓣，可能存在“大小瓣”的情況，因此在導葉外環組裝時不能簡單地將分瓣面作為X、Y座標軸，應根據法蘭上的螺孔和四點弦長校核并確認X、Y座標軸。導葉外環組裝過程中應重點檢查分瓣面在鋼球滑槽處的錯牙，錯牙應不大于0.10mm。外環組裝后需檢查、調整其橢圓度，并根據圖紙在外環下游法蘭上劃出控制環全開、全關位置。

4.4套筒安裝

套筒安裝前需檢查內部向心關節軸承是否能靈活轉動，若轉動不靈活需拆出檢查、處理。通過調節螺套調整套筒法蘭對稱四點到導葉外環軸孔法蘭的距離，偏差應大于1mm。

4.5導葉安裝

在導葉安裝前，需將套筒底部的壓環和U形組合密封圈拆下并套在導葉上軸頸內，并在U形組合密封圈和軸用回轉密封圈表面涂抹潤滑油脂。通過導葉瓣體上的三個螺孔起吊導葉，使導葉軸線與水平面的夾角約30°，利用導葉安裝工具將導葉緩慢拉入套筒內。導葉就位后，安裝擋圈和軸承壓蓋，并在導葉下端進行臨時支撐。

4.6導葉臂安裝

導葉臂和導葉在廠內同鉆鉸銷孔，根據標記對號安裝，調整銷孔錯位，裝入4個圓柱銷。導葉臂安裝完成后，通過導葉臂將導葉轉至全關位置，并用導葉限位裝置連接相鄰導葉。

4.7導葉內、外環的連接

將導葉外環吊起，并將內環吊入外環內。初調內、外環上游法蘭的間距以及內、外環的方位和中心。間距允許偏差±0.5mm，方位允許偏差±1mm，中心允許偏差0.5mm。初調完成后，安裝導葉下端軸、M64螺柱和下支座，調整下支座法蘭對稱四點到導葉內環軸孔法蘭的距離偏差不大于0.5mm。

貫流式導水機構在現場很難和立式機組一樣進行導葉軸孔同軸度的測量，在實際操作過程中，通過檢查導葉能否依靠自重靈活打開、導葉端面間隙是否存在規律性傾斜和偏差，對軸孔同軸度進行大致判斷。導葉依靠自重能否打開、轉動是否靈活也與套筒、下支座的安裝調整有關，如前所述套筒到外環的距離偏差不宜大于1mm、下支座到內環的距離不宜大于0.5mm。杰瑞37號機就出現過因套筒到外環距離偏差較大約4mm，而影響導葉靈活動作的問題。

由于外環下游法蘭內側是過流圓錐面，上游法蘭受內環影響，內環下游法蘭有扇形板，不方便用常規的電測法進行內、外環同軸度的測量。在實際操作過程中，我們通過用塞尺測量導葉端面總間隙和用內徑千分尺測內、外環開檔進行計算和分析內、外環的同軸度。在計算時需將測得端面間隙和開檔數據向水平面進行投影。

4.8控制環安裝

控制環組裝后，標記并校核控制環的X、Y座標軸。利用控制環吊裝工具將控制環吊裝在外環下游法蘭外側，在控制環底部進行臨時支撐，調整控制環與外環的徑向間隙均勻，控制環與外環的滑槽對齊。逐一安裝鋼球，并在鋼球表面涂抹潤滑油脂。安裝壓環，先將壓環與控制環把緊，再利用頂絲螺栓將壓環頂起約0.20mm。壓環調整到位后，松開控制環底部支撐，利用手動葫蘆轉動控制環檢查其動作靈活性，并將控制環轉至全關位置。

4.9連桿安裝

連桿安裝前，需檢查液壓連桿的液壓缸內是否充滿油、油質是否合格，檢查連桿兩端的向心關節軸承是否轉動靈活。調整導葉和控制環至全關位置，測量導葉臂到控制環小耳孔的距離，根據測量值，通過旋轉桿身來調節連桿的長度。連桿就位后，按要求預緊叉頭和連桿間的螺母。

4.10導葉端面和立面間隙調整

導葉端面總間隙是2.7～4.3mm，取決于導葉瓣體長度和內、外環開檔。其中，外環側端面間隙是0.7～1.5mm，內環側端面間隙是2～2.8mm。導葉端面間隙的調整，主要是調整導葉進、出水邊間隙均勻、偏差不允許大于0.40mm，從而進行導葉端面總間隙的分配。若端面總間隙小則打磨內、外環上不銹鋼密封面。考慮機組漏水量、導水機構吊裝變形等因素，確保導葉轉動不發生卡阻，若內、外環側端面間隙在安裝間預裝時小于1.5mm和1mm、吊入機坑后小于1mm和0.7mm，則打磨內、外環。

導葉立面間隙允許局部不大于0.20mm、累計長度不得超過導葉瓣體的1/4。導葉立面間隙調整前，將導葉瓣體的密封面清理干凈，用刀口尺檢查密封面，去除高點和毛刺，并根據圖紙將導葉閉合點圓周分別標記在導葉內、外環上：閉合點圓周都在軸孔中心線的上游，內、外環上閉合點圓周到軸孔中心線的距離分別是66.8mm和131.2mm。通過控制環關閉導葉，精確調整1號導葉的閉合棱在閉合點圓周上、偏差不大于1mm，逐一測量其他導葉的閉合棱與閉合點圓周的偏差、逐一測量導葉立面間隙，根據測量所得偏差值和立面間隙值進行立面間隙的調整。由于貫流式機組水頭相對而言較小，且杰瑞導葉的偏心距（進、出水邊閉合點到導葉軸線距離的比值）只有1.04，因此未考慮轉動導葉調整立面間隙時進、出水邊的差異，而是通過研磨導葉出水邊的閉合棱以及調整連桿長度進行立面間隙的調整。

4.11導水機構吊裝

導水機構整體吊裝共4個吊點，都在導葉外環上，兩個主吊耳靠近上游法蘭對稱分布于+Y兩側，兩個輔吊耳靠近下游側的筋板對稱分布于+Y兩側。由于導葉外環直徑大、導水機構預裝整體重量大，導水機構吊裝過程中不可避免產生變形，使導葉端面間隙、立面間隙以及內外環的位置發生變化。為了減小吊裝過程中導水機構的變形，設有翻身支架連接并加固內外環。此外，也用調節螺套提升套筒和導葉使導葉緊貼導葉外環過流面，在導葉和內環間加塞兩塊楔子板并將楔子板打緊、點焊，用導葉限位裝置將相鄰導葉連接在一起，從而利用導葉增加導水機構的整體剛度。導水機構吊裝示意圖見圖7。

由于進行了導葉內環與座環內環預裝、采取了以上加固措施，因此可以方便、快捷地根據內環預裝銷孔，確定導水機構整體在機坑內的位置。導水機構吊入機坑后主要調整工作是根據預裝時端面間隙數據，利用調節螺套重新進行端面間隙的分配和調整，以及立面間隙的檢查和調整。

圖7導水機構吊裝1-翻身支架裝配，2-導葉限位裝置，3-翻身座

4.12導水機構其余部件安裝

導葉內環延伸段安裝時先初步確定其位置，待主軸調整合格后，再精確調整，使下游法蘭與主軸同心，以方便后續檢修密封的安裝調整。

轉輪室下半部在轉輪聯軸前吊入機坑，可以作為轉輪聯軸的工作平臺，待葉片安裝完成后，安裝轉輪室上半部。轉輪室組圓后，盤車測量葉片與轉輪室的間隙，并根據該間隙值利用轉輪室調圓工具調整轉輪室的圓度及方位。

補償節圍繞轉輪室組圓后，利用頂絲螺栓調整補償節與轉輪室徑向間隙使之均勻，檢查補償節與尾水管把合孔的錯位情況，并進行擴孔。補償節安裝完成后，實測補償節與尾水管法蘭的徑向距離并配做壓環。

導葉接力器安裝調整完成后，根據圖紙在轉輪室和控制環間安裝、調整鎖錠裝置，在導葉外環上裝焊導葉臂限位塊。

4.13水壓試驗

導水機構各部件把合后都需進行水壓檢漏試驗，包括座環內、外環與導葉內、外環，內環延伸段與內環，外環與轉輪室，補償節與尾水管以及補償節與轉輪室。水壓試驗的壓力0.4MPa，時間10min，不允許有泄漏。

5結語

目前杰瑞左岸一期的12臺導水機構已預裝完成，并有五臺成功投入運行。本文簡單介紹了杰瑞導水機構的結構特點，較詳細地說明了杰瑞導水機構的安裝工藝。希望能為貫流式導水機構特別是大型、特大型燈泡貫流式導水機構的設計、制造和安裝提供有益的借鑒。

中圖分類號：TM312

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）04-0012-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.004

收稿日期：2014-06-09

作者簡介：陳傳坤（1981-），男，工程師，從事水輪機安裝技術服務工作。