導水機構(gòu)現(xiàn)場預(yù)裝及取消預(yù)裝的可行性探討

唐志安，李志輝（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 桐廬 311504）

導水機構(gòu)現(xiàn)場預(yù)裝及取消預(yù)裝的可行性探討

唐志安，李志輝
（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 桐廬 311504）

摘要：導水機構(gòu)是整個水輪機組的重要組成部件之一，我國混流式水輪機導水機構(gòu)傳統(tǒng)的安裝方法主要為先預(yù)裝，然后再進行正式的安裝工序。本文通過某電站導水機構(gòu)現(xiàn)場預(yù)裝介紹，并結(jié)合其他電站現(xiàn)場安裝情況，探討取消大型水輪機導水機構(gòu)預(yù)裝的可能性，供同行參考。

關(guān)鍵詞：導水機構(gòu)；水輪機；預(yù)安裝；取消

1　引言

某水電站裝有4臺機單機容量為225MW的水輪發(fā)電機組，電站額定水頭58m，最大水頭66m，額定流量437.6m3/s，轉(zhuǎn)輪公稱直徑6.69m，其轉(zhuǎn)輪在電站現(xiàn)場加工制造。

導水機構(gòu)均在工廠進行了預(yù)裝驗收，并實際測量出廠內(nèi)預(yù)裝相關(guān)尺寸，以便于電站現(xiàn)場控制座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)等相關(guān)接口尺寸。一般情況下，電站現(xiàn)場導水機構(gòu)采用東芝成熟的傳統(tǒng)安裝方式，即先通過導水機構(gòu)預(yù)裝，再進行正式安裝。

本文將主要以該電站水輪機導水機構(gòu)現(xiàn)場安裝為例進行相關(guān)說明。

2　導水機構(gòu)簡介

該水輪機導水機構(gòu)由底環(huán)、頂蓋、24片活動導葉及操作機構(gòu)組成（見圖1，圖2），用兩只平行布置的直缸式導葉接力器操作（一推一拉方式），并通過調(diào)速器來控制和調(diào)整導葉開口來調(diào)節(jié)流量。底環(huán)和頂蓋分別安裝在現(xiàn)場機械加工過的基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)安裝面上，其高程、導水機構(gòu)的凈空高度是通過控制加工基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)相關(guān)尺寸來保證。活動導葉、底環(huán)、頂蓋的抗磨環(huán)用耐腐蝕、抗磨損的不銹鋼材料制造；下、中、上導葉軸套軸襯系以高強度銅合金為基體，滑動面都開盲孔，鑲嵌自潤滑固體潤滑材料，長期運行中無需作特殊潤滑處理。導葉操作機構(gòu)由連接導葉和接力器之間的所有部件組成，包括：導葉臂、摩擦臂、連桿、控制環(huán)、接力器推拉桿、剪斷銷、偏心銷

圖1導水機構(gòu)裝配

1－頂蓋；2－底環(huán)；3－活動導葉；4－控制環(huán)；5－導葉連桿機構(gòu)；

圖2導水機構(gòu)工廠預(yù)裝照片

3　電站導水機構(gòu)預(yù)安裝過程

3.1底環(huán)安裝

底環(huán)的中心與高程是整臺機組安裝的基礎(chǔ)，其精確定位是十分重要的。底環(huán)頂面高程的定位是通過固定導葉中心量取1/2的導水機構(gòu)凈高來決定。因座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)現(xiàn)場機加工尺寸根據(jù)廠內(nèi)導水機構(gòu)預(yù)裝及導水機構(gòu)各零部件實際尺寸綜合確定完成，當?shù)篆h(huán)吊入機坑放置在基礎(chǔ)環(huán)上時，其安裝高程就已滿足設(shè)計要求（底環(huán)吊裝前清理基礎(chǔ)環(huán)、底環(huán)安裝面，必要時，可以復(fù)核底環(huán)安裝高程）；底環(huán)的中心定位是根據(jù)機坑測定時座環(huán)的中心確定。機坑測定時在座環(huán)上測量X、Y四個軸線方向上的半徑，底環(huán)吊入機坑后按此四個半徑調(diào)整鋼琴線至機組中心位置，并根據(jù)該鋼琴線來調(diào)整底環(huán)中心及圓度，整個底環(huán)測量點數(shù)為8點（X、Y軸線上4點及45°方向4點），底環(huán)軸線方位通過在座環(huán)上頂蓋安裝面的四個軸線方向標記來調(diào)整。當?shù)篆h(huán)中心及安裝方位調(diào)整完成后，檢查整個底環(huán)的安裝水平度（因基礎(chǔ)環(huán)為現(xiàn)場機加工，基礎(chǔ)環(huán)、底環(huán)安裝面清理干凈的情況下，底環(huán)整個水平符合規(guī)范要求），當符合規(guī)范要求時，開始對稱安裝及把緊底環(huán)安裝螺栓。底環(huán)安裝螺栓把緊完成后，復(fù)核底環(huán)安裝中心及水平。

3.2頂蓋預(yù)裝

底環(huán)定位安裝以后，頂蓋的高程將決定了導葉的端面間隙。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)指導書的安裝程序規(guī)定及國標GB8564-2003標準，經(jīng)與設(shè)計商量溝通后，先均勻吊入8個較長的導葉進行預(yù)裝，然后將頂蓋吊入機坑（頂蓋吊起時，須先初步調(diào)整整個頂蓋水平）。調(diào)整頂蓋前，先測量預(yù)裝8個導葉的端面間隙及頂蓋與座環(huán)件的間隙，符合規(guī)范要求的情況下，開始頂蓋的安裝調(diào)整。中心的確定是掛鋼琴線以底環(huán)上的止漏環(huán)為基準，頂蓋上取8點（與底環(huán)安裝一樣）測出中心，調(diào)整頂蓋。方位的確定則是通過對導葉上、中、下軸套座的中心同心情況測量來調(diào)整頂蓋。頂蓋安裝調(diào)整完成后，檢查導葉端面間隙大小及底環(huán)與頂蓋間的凈高距離，符合要求后，用液壓力矩扳手按設(shè)計要求對稱把緊頂蓋安裝螺栓，完成后復(fù)核導葉端面間隙大小及頂蓋中心。最后鉆鉸頂蓋與座環(huán)、底環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)間的定位銷孔及安裝定位銷。

3.3導葉軸套同軸度測量方法

預(yù)裝階段，頂蓋吊入機坑后，根據(jù)軸線初步定中心后，檢查無導葉安裝孔的上、中、下軸套的同軸度，從而確定頂蓋需要調(diào)整的方向和方位。

在軸套同軸度測量時，以中軸套為基準，測量上、下軸套的同軸度。測量過程中使用傳統(tǒng)的掛鋼琴線方法。根據(jù)3個軸套分別測得的數(shù)據(jù)，計算3個軸套的同軸度，從而確定頂蓋是否需要調(diào)整。

但根據(jù)后來測量反應(yīng)的結(jié)果以及考慮上、中軸套間距較小，且都固定安裝在頂蓋上，因此后續(xù)機組導水機構(gòu)預(yù)裝不考慮上軸套的同軸度測量。

3.4導葉端部間隙確定

導水機構(gòu)預(yù)裝主要是要解決確認好導葉的端面間隙問題。因為機組尺寸大，尺寸公差、加工誤差、運輸中的變形都比預(yù)想的大，從而導致每臺機組導葉端面間隙大小不一。該電站座環(huán)及基礎(chǔ)環(huán)因事先根據(jù)設(shè)計提供尺寸進行現(xiàn)場機加工，從而每臺機組的導葉端面間隙在利用塞尺檢查測量時，都符合設(shè)計要求，且每臺機組的每個導葉端面間隙大小相對都比較均勻。

3.5導葉及頂蓋安裝

當頂蓋預(yù)裝定位銷孔鉆鉸完成后，吊起頂蓋，重新開始清理座環(huán)、底環(huán)、導葉，安裝導葉相關(guān)密封件并開始吊裝導葉。導葉吊裝完成后，開始清理頂蓋并吊裝，此時頂蓋與座環(huán)的定位銷一起安裝，檢查頂蓋與座環(huán)的安裝間隙及導葉的端面間隙后，開始把緊頂蓋安裝螺栓。

3.6導葉端面間隙及立面間隙的調(diào)整

導葉端面間隙分配調(diào)整前，先測量導葉端面總間隙大小值，再根據(jù)圖紙要求，確定導葉上、下端面間隙的分配數(shù)值，此時利用在端蓋與導葉軸上端面安裝由公司提供的相應(yīng)調(diào)整墊片來完成，墊片安裝完成后須核實確認導葉上、下端面間隙，直到符合要求為止。針對立面間隙的調(diào)整，安裝公司采用較為傳統(tǒng)的方式進行，即采用鋼絲繩捆綁方式，當用鋼絲繩捆綁好24件導葉時，檢查導葉立面間隙，直到符合規(guī)范要求為止。最終機組進行試驗時，在壓緊行程下再次檢查確認立面間隙大小。

3.7導葉操作機構(gòu)安裝

按圖紙要求安裝聯(lián)接導葉操作機構(gòu)，此時24個導葉全部處在鋼絲繩捆綁狀態(tài)，當導葉操作機構(gòu)安裝聯(lián)接完成后可解除導葉的鋼絲捆綁狀態(tài)。

4　取消預(yù)裝的導水機構(gòu)安裝

一般導水機構(gòu)的預(yù)裝主要考慮導葉端面間隙是否符合設(shè)計要求及頂蓋安裝中心及方位的確定。而該電站基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)因考慮混凝土澆筑時存在變形情況，從而進行現(xiàn)場機加工工作，相關(guān)加工尺寸為設(shè)計部門根據(jù)導水機構(gòu)廠內(nèi)預(yù)裝尺寸數(shù)據(jù)及考慮各零部件加工誤差等一些因素綜合提供，因此，通過座環(huán)及基礎(chǔ)環(huán)的現(xiàn)場機加工，基本能滿足導葉端面間隙及中心高程等圖紙要求。電站4臺套機組導水機構(gòu)預(yù)、安裝的結(jié)果也充分證實了這一點。

另外，結(jié)合其他電站相關(guān)情況，我們可考慮嚴格的工藝措施控制基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)在混凝土澆筑時變形量，并通過局部打磨的方式取消現(xiàn)場導水機構(gòu)預(yù)裝工序（導葉及頂蓋的預(yù)裝）。

安裝具體過程如下：

4.1底環(huán)安裝

底環(huán)安裝可參考傳統(tǒng)導水機構(gòu)預(yù)安裝中的底環(huán)安裝。

4.2轉(zhuǎn)輪主軸及導葉的吊裝

當?shù)篆h(huán)調(diào)整安裝完成后，此時吊入安裝已組裝好的轉(zhuǎn)輪及主軸。轉(zhuǎn)輪吊入機坑后，按轉(zhuǎn)輪下環(huán)與底環(huán)止漏環(huán)間的間隙大小（四個軸線方向，測量時，可以用塞尺或公司提供的專用工具測量）來調(diào)整轉(zhuǎn)輪及主軸安裝放置中心，對邊間隙大小相差≤0.05mm，轉(zhuǎn)輪軸線方位通過座環(huán)上的Y方向標記來大致調(diào)整確定。轉(zhuǎn)輪安裝放置中心確定前，先調(diào)整好整個轉(zhuǎn)輪主軸的水平（水平調(diào)整通過轉(zhuǎn)輪與基礎(chǔ)環(huán)間加銅墊完成），要求≤0.02mm/m，可通過水機軸電機側(cè)法蘭面的水平檢查確定。當轉(zhuǎn)輪主軸吊裝調(diào)整完后，按照圖紙要求清理吊裝24件導葉，吊裝前，檢查確認導葉葉面長度尺寸，且安裝好導葉相關(guān)密封件等。

4.3頂蓋吊裝及調(diào)整

當導葉按圖紙要求安裝完成后，吊入頂蓋開始安裝調(diào)整。頂蓋的周向定位通過導葉軸領(lǐng)的端面間隙確定（通過導葉端面總間隙大小數(shù)值，得出導葉的傾斜情況，再綜合24件導葉的傾斜情況，來判斷頂蓋周向調(diào)整的必要性）；頂蓋的安裝中心定位則通過頂蓋止漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪間間隙大小（四個軸線方向）確定，同時須參考轉(zhuǎn)輪與底環(huán)止漏環(huán)間隙對應(yīng)位置的大小數(shù)值。頂蓋的周向定位及中心定位應(yīng)同時進行。當頂蓋調(diào)整完成后，開始頂蓋安裝螺栓的把緊，完成后，復(fù)核檢查導葉端面間隙及頂蓋安裝中心。

4.4控制環(huán)及導水機構(gòu)其他零部件安裝

同上，按圖紙要求完成。

4.5取消導水機構(gòu)預(yù)裝的安裝實例

國內(nèi)某電站有5臺套單機容量為600MW的混流式水輪發(fā)電機組。基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)因現(xiàn)場混凝土澆筑原因，存在一定的形變（超出規(guī)范要求），而相關(guān)安裝面處理為：安裝單位結(jié)合導水機構(gòu)等圖紙尺寸及零部件實際尺寸，進行現(xiàn)場打磨、測量，直到符合規(guī)范要求。2009年，業(yè)主、監(jiān)理及安裝等單位為力爭“一年五投”計劃，須縮短機組安裝直線工期，經(jīng)與主機廠共同協(xié)商確定，電站最后一臺機組安裝的導水機構(gòu)取消預(yù)裝工序，直接安裝導水機構(gòu)，最終縮短直線工期20多天。

5　取消導水機構(gòu)預(yù)裝的優(yōu)點

（1）當導水機構(gòu)預(yù)裝時，參與預(yù)裝時的8件導葉不能安裝相應(yīng)的密封件，須等導水機構(gòu)安裝的時候重新清理導葉后，補充安裝相關(guān)密封件；如果取消預(yù)裝工序，則導葉及密封件安裝一步到位。

（2）取消導水機構(gòu)預(yù)裝工序，可減少頂蓋及部分導葉的吊裝次數(shù)。傳統(tǒng)的導水機構(gòu)安裝，頂蓋及部分導葉吊裝至少2次；如果沒有導水機構(gòu)預(yù)裝，頂蓋及導葉吊裝一次就能滿足安裝要求，且可減少底環(huán)、座環(huán)、頂蓋及導葉的清理工作。

（3）取消導水機構(gòu)預(yù)裝工序，導水機構(gòu)直接安裝，相當于在保證導葉端面間隙的情況下，把導水機構(gòu)安裝的抽象化過程（頂蓋/底環(huán)的同心、上中下軸套的同心測量須借助鋼琴線）變成具體形象化（實際間隙測量反應(yīng)），更能直觀反應(yīng)導水機構(gòu)的安裝情況。

（4）導水機構(gòu)預(yù)裝工藝的取消，不僅大大減少導水機構(gòu)預(yù)裝中的相關(guān)工作量及消耗物資，也能為機組安裝很大程度上節(jié)省直線工期。

6　結(jié)束語

通過某電站4臺導水機構(gòu)均按照傳統(tǒng)的導水機構(gòu)安裝方法安裝完成的事例剖析，其4臺套導水機構(gòu)的安裝過程及結(jié)果表明各項安裝數(shù)據(jù)都符合國家規(guī)范及設(shè)計要求，再結(jié)合某電站安裝的實際情況，可總結(jié)得出：采用座環(huán)現(xiàn)場加工方式或通過現(xiàn)場打磨方式可控制導水機構(gòu)相關(guān)安裝接口尺寸；在機組安裝過程中，可考慮取消導水機構(gòu)預(yù)裝程序（主要為導葉及頂蓋預(yù)裝）。通過安裝過程中嚴格控制措施，可以很大程度上縮短機組安裝的直線工期。

參考文獻：

[1]GB/T8564-2003.水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S].

[2]劉韶春，陳維勤，稻恒泰造.功果橋水電站導水機構(gòu)設(shè)計特點[J].水電站機電技術(shù)，2012（6）.

中圖分類號：TK730.324

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）01-0034-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.011

收稿日期：2014-12-04

作者簡介：唐志安（1982-），男，助理工程師，從事機組的現(xiàn)場安裝、服務(wù)工作。等，整個操作機構(gòu)具有足夠的強度及剛度，同時其結(jié)構(gòu)便于檢查、調(diào)整及維修。