超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝工藝

鄭　源，劉惠文，潘　勇，黃金龍，易　偉（. 河海大學(xué) 水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，南京 004；. 河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 004；. 中國水利水電第七工程局有限公司，成都 6008）

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超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝工藝

鄭源1，劉惠文2，潘勇3，黃金龍3，易偉3
（1. 河海大學(xué) 水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，南京 210024；2. 河海大學(xué) 水利水電學(xué)院，南京 210024；3. 中國水利水電第七工程局有限公司，成都 610081）

[摘要]隨著大型水電機(jī)組國產(chǎn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，越來越多超大容量、超大尺寸的國產(chǎn)水電機(jī)組投入到實(shí)際的設(shè)計(jì)、制造、安裝和運(yùn)行當(dāng)中。針對機(jī)組超大型化給機(jī)組安裝、調(diào)試技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)，本文結(jié)合桐子林水電站機(jī)組的實(shí)際安裝經(jīng)驗(yàn)，對超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝技術(shù)進(jìn)行研究，總結(jié)出可以實(shí)現(xiàn)超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)快速安裝的新工藝，以期為今后同類型機(jī)組的安裝與調(diào)試提供借鑒與參考。

[關(guān)鍵詞]超大型；軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組；導(dǎo)水機(jī)構(gòu)；預(yù)安裝工藝

0　引言

水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是水輪發(fā)電機(jī)組流量調(diào)節(jié)部件，可以根據(jù)電力系統(tǒng)負(fù)荷的變化進(jìn)行流量調(diào)節(jié)；同時(shí)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)形成和改變進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流環(huán)量[1～2]。鑒于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝質(zhì)量對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)正式安裝質(zhì)量，甚至對整個機(jī)組機(jī)電安裝質(zhì)量以及機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行都有著重要影響，許多專家學(xué)者都做了相關(guān)的研究，對底環(huán)、頂蓋安裝、導(dǎo)葉間隙調(diào)整以及密封裝置的裝配都做了有益的探索[2-5]。但是對超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝的研究相對較少，隨著機(jī)組容量和尺寸越來越大，底環(huán)、頂蓋以及支持蓋等大部件都要到施工現(xiàn)場進(jìn)行組裝，而且導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各部件安裝工藝質(zhì)量控制也因尺寸大問題難度大大提高，所以迫切需要尋求一種導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝新工藝，以滿足實(shí)現(xiàn)超大型機(jī)組快速安裝的發(fā)展需求。

1　工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市境內(nèi)，是雅礱江水電基地最后一個梯級，以發(fā)電為主要任務(wù)的水電工程。電站裝機(jī)容量為600MW，4臺超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，單機(jī)容量150MW，水輪機(jī)型號為ZZA1093-LH-1010，轉(zhuǎn)輪直徑10089.9mm，額定水頭20m，最大水頭27.7m，最小水頭13.48m。

機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由導(dǎo)葉、底環(huán)、頂蓋、導(dǎo)葉套筒、控制環(huán)、轉(zhuǎn)臂、導(dǎo)葉臂、連板以及接力器等組成。每臺機(jī)組共設(shè)置32片導(dǎo)葉，導(dǎo)葉過流部分高度3880mm，分度圓直徑12120mm，導(dǎo)葉瓣體采用0Cr13Ni5Mo不銹鋼板壓制成型，活動導(dǎo)葉軸采用ZG20SiMn材料，單個重量6500kg。導(dǎo)葉為3支點(diǎn)軸承結(jié)構(gòu)，導(dǎo)葉軸上部設(shè)置1個可調(diào)整的自潤滑推力軸承，導(dǎo)葉軸、導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)采用進(jìn)口滑動軸承導(dǎo)向及支承。控制環(huán)、頂蓋、支持蓋均是Q235B鋼板焊接結(jié)構(gòu)。控制環(huán)外徑約為10800mm，高度1655mm，總重約為46.8t，分2瓣制造。頂蓋最大外徑13600mm，高度1480mm，重量約為115.6t，分成4瓣運(yùn)輸?shù)焦さ亍ＶС稚w最大外徑為10550mm，高度2310mm，重量約為98t，分成4瓣運(yùn)輸?shù)焦さ亍?/p>

2　技術(shù)難點(diǎn)

在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)正式安裝之前，要進(jìn)行導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝。對于超大型軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝時(shí)要把握幾個關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)：

（1）以轉(zhuǎn)輪室及基礎(chǔ)環(huán)為基準(zhǔn)，調(diào)整底環(huán)的同心度；

（2）以轉(zhuǎn)輪室中心為基準(zhǔn)，調(diào)整支持蓋的同心度；

（3）保證底環(huán)與頂蓋的水平和高程，頂蓋與底環(huán)、座環(huán)上下環(huán)板的過流面平滑；

（4）導(dǎo)流錐以及密封座的調(diào)整；

（5）導(dǎo)葉立面、端面間隙測量及調(diào)整；

（6）頂蓋調(diào)整墊片的測量計(jì)算以及墊片的配刨等。

3　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝工藝

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝工藝流程圖如圖1所示。

3.1機(jī)坑清掃測量

徹底清掃機(jī)坑里襯，對機(jī)坑里襯內(nèi)支撐進(jìn)行割除，并將所有內(nèi)支撐加固點(diǎn)進(jìn)行磨光、補(bǔ)焊處理。同時(shí)，將接力器基礎(chǔ)板最后一條焊縫進(jìn)行焊接打磨。并將座環(huán)上、下法蘭面、頂蓋螺栓把合孔及鏜口清理干凈。測量確定座環(huán)和轉(zhuǎn)輪室及基礎(chǔ)環(huán)的實(shí)際中心、水平、高程和同心度以及座環(huán)上平面到轉(zhuǎn)輪室及基礎(chǔ)環(huán)上平面的絕對高度。仔細(xì)測量頂蓋、支持環(huán)的相關(guān)加工控制尺寸，核算好其安裝高程。以轉(zhuǎn)輪葉片中心線為基準(zhǔn)，復(fù)測轉(zhuǎn)輪室的圓度，如圓度超標(biāo)，采取修磨處理辦法補(bǔ)救。測量轉(zhuǎn)輪葉片實(shí)際中心高程，并將轉(zhuǎn)輪葉片中心高程點(diǎn)返至基礎(chǔ)環(huán)上口和機(jī)坑里襯壁上，以便于后續(xù)工作安裝測量[6]。

3.2座環(huán)切割修模

復(fù)測座環(huán)的高程、水平、上法蘭內(nèi)徑，對座環(huán)上法蘭內(nèi)圓用火焰切割加工后進(jìn)行圓滑修磨處理，直到法蘭內(nèi)圓尺寸達(dá)到13310±2mm，法蘭內(nèi)圓半徑偏差滿足±1mm后。具體切割位置如圖2所示。

圖1　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝流程圖

圖2　座環(huán)切割修磨示意圖

3.3底環(huán)組裝與調(diào)整

施工現(xiàn)場組裝時(shí)，在底環(huán)分瓣面上涂好密封膠。在安裝間布置12個支墩，每個支墩上布置1對楔子板，用水準(zhǔn)儀將每個支墩上的楔子板調(diào)至同一高程，精確到0.50mm以內(nèi)。將兩瓣底環(huán)放于楔子板上，組合成為一個整體；按要求把緊組合螺栓，檢查分瓣組合面的間隙、錯牙，分瓣組合面間隙通常為0mm，局部間隙不應(yīng)大于0.10mm，總深度不大于組合面寬度的1/3、總長度不大于組合面周長的20%。螺栓把合處與定位銷釘處應(yīng)沒有間隙，底環(huán)上平面錯牙不大于0.05mm。確定底環(huán)各組合面的間隙、錯牙、圓度達(dá)標(biāo)后，將組合螺栓與基礎(chǔ)板點(diǎn)焊鎖定。焊接蓋板，打磨并做PT探傷。安裝底環(huán)專用吊裝工具，將組裝成整體的底環(huán)吊進(jìn)機(jī)坑。根據(jù)底環(huán)上的X、Y基準(zhǔn)線和基礎(chǔ)環(huán)上的X、Y基準(zhǔn)線進(jìn)行方位調(diào)整，粗調(diào)底環(huán)中心，并保證底環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)之間的間隙均勻。同時(shí)用光學(xué)水準(zhǔn)儀檢查底環(huán)的水平偏差在0.05mm/m以內(nèi)。

以轉(zhuǎn)輪室上水輪機(jī)安裝高程斷面中心為基準(zhǔn)，在機(jī)坑內(nèi)安裝鋼琴線，鋼琴線X、Y方向偏差均不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不大于0.05mm。圓周16等份測量底環(huán)與轉(zhuǎn)輪室的同軸度偏差小于0.05mm，底環(huán)水平小于0.4mm/m。

3.4活動導(dǎo)葉開襠測量與調(diào)整

將全部墊板放置在螺孔上，檢查其與座環(huán)面的配合間隙符合要求，用0.02mm塞尺檢查不能通過。用水平尺配合框式水平儀檢測頂蓋螺栓孔水平，水平調(diào)到0.02mm/m。用內(nèi)徑千分尺精確測量頂蓋螺栓把合面至底環(huán)上平面的絕對高度，僅測量一個點(diǎn)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，然后根據(jù)座環(huán)頂蓋把合螺栓孔這個基準(zhǔn)點(diǎn)測量出每個座環(huán)螺栓把合孔的水平值。并根據(jù)導(dǎo)葉的實(shí)際尺寸、頂蓋的安裝高程、導(dǎo)葉端面總間隙計(jì)算出每個墊板的加工量。同時(shí)兼顧墊板上平面的水平度（即頂蓋水平）。活動導(dǎo)葉開襠測量布置如圖3所示。

圖3　活動導(dǎo)葉開襠測量布置圖

考慮到溫差、水力變形、頂蓋等部件壓重等因素影響，機(jī)組安裝完成后，可能導(dǎo)致導(dǎo)葉端面間隙減小，因此，導(dǎo)葉端面總間隙取設(shè)計(jì)規(guī)定的上限值3mm，以此數(shù)值計(jì)算加墊厚度及配刨加工量。

3.5頂蓋組裝

施工現(xiàn)場組裝時(shí)，在頂蓋分瓣面上涂好密封膠。在安裝間布置12個支墩，并將支墩四周與基礎(chǔ)預(yù)埋板進(jìn)行臨時(shí)點(diǎn)焊固定，同時(shí)在每個支墩上布置1對楔子板，用水準(zhǔn)儀將每個支墩上的楔子板調(diào)至同一高程，精確到0.10mm以內(nèi)。組裝時(shí)，采用2～3套移動腳手架作為施工平臺，如圖3所示。

圖4　頂蓋、支持蓋組裝圖

將4瓣頂蓋分別吊放在支墩上，用楔子板精確調(diào)整水平，使頂蓋水平達(dá)到0.02mm/m。根據(jù)頂蓋分瓣面密封槽的實(shí)際長度進(jìn)行現(xiàn)場切割、粘接，安裝Φ8橡膠圓條。先將頂蓋組裝成兩大瓣，再將兩瓣組裝成整體，對稱穿上組合螺栓和定位銷釘。用500mm的刀尺檢查確認(rèn)組合縫過流面沒有錯牙后，把緊組合螺栓，然后檢查分瓣面的間隙，分瓣面間隙通常為0mm，局部不應(yīng)大于0.10mm，螺栓把合處與定位銷釘處應(yīng)沒有間隙，頂蓋下平面錯牙不大于0.05mm。

3.6導(dǎo)葉、頂蓋、套筒安裝

底環(huán)、導(dǎo)葉預(yù)安裝后不影響轉(zhuǎn)輪吊裝，可不再吊出機(jī)坑，導(dǎo)葉下軸套的U型密封在頂蓋預(yù)安裝吊出后在機(jī)坑里單獨(dú)更換。

（1）導(dǎo)葉吊裝。導(dǎo)葉吊裝前應(yīng)將導(dǎo)葉下軸套清掃干凈，為了便于導(dǎo)葉精確吊裝就位，并將導(dǎo)葉下套軸頸涂上少量潤滑劑，以便于后續(xù)預(yù)安裝過程中轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉。導(dǎo)葉吊裝時(shí)，需在導(dǎo)葉頂部掛一臺10t手拉葫蘆，當(dāng)導(dǎo)葉距離底環(huán)上平面200mm左右后用10t手拉葫蘆緩慢落入底環(huán)軸套內(nèi)。

（2）頂蓋吊裝。頂蓋吊裝前，再次將座環(huán)面以及座環(huán)螺孔面清理干凈，并將配刨好的調(diào)整墊板對應(yīng)放入座環(huán)螺栓把合孔。用頂蓋吊裝專用工具將頂蓋按標(biāo)記進(jìn)行吊裝，吊裝前用框式水平儀調(diào)整頂蓋水平至0.02mm/m以內(nèi)，然后吊進(jìn)機(jī)坑，并使頂蓋X、Y基準(zhǔn)線與座環(huán)上鏜口的X、Y基準(zhǔn)線重合。以轉(zhuǎn)輪室上水輪機(jī)安裝高程斷面中心為基準(zhǔn)，在機(jī)坑內(nèi)安裝鋼琴線，X、Y方向偏差均不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不大于0.05mm。測量頂蓋與轉(zhuǎn)輪室同軸度，底環(huán)中心、頂蓋尺寸中心同轉(zhuǎn)輪室中心的偏差方向要基本一致。安裝頂蓋與座環(huán)的聯(lián)接螺栓。

（3）套筒吊裝。清理套筒裝配，安裝密封壓板與套筒之間的密封圈S03-P，把緊內(nèi)六角不銹鋼螺釘，螺釘涂鎖固劑；安裝套筒與頂蓋之間的O型密封圈，套筒上安裝兩個吊環(huán)，對號將套筒吊入機(jī)坑；安裝內(nèi)螺紋圓錐銷，對稱把緊套筒和頂蓋之間的聯(lián)接螺柱，并安裝導(dǎo)葉限位塊。

3.7導(dǎo)葉間隙調(diào)整及靈活度檢查

（1）間隙調(diào)整。導(dǎo)葉間隙調(diào)整包括導(dǎo)葉端面間隙和導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整。用塞尺檢查導(dǎo)葉上端面進(jìn)、出水邊，進(jìn)、出水邊間隙應(yīng)均勻。導(dǎo)葉處于全關(guān)位置時(shí)，檢查導(dǎo)葉大、小頭的端面間隙應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求（總間隙為1.6mm～3.2mm），大、小頭的端面間隙不應(yīng)有規(guī)律性，如果出現(xiàn)規(guī)律性傾斜，則應(yīng)松開頂蓋與座環(huán)的組合螺栓進(jìn)行調(diào)整，直到消除該現(xiàn)象。導(dǎo)葉處于全關(guān)位置，利用鋼絲繩、手拉葫蘆將導(dǎo)葉捆緊，考慮導(dǎo)葉板體高，捆導(dǎo)葉時(shí)應(yīng)分上、下兩層進(jìn)行；檢查導(dǎo)葉立面間隙，立面間隙通常為0mm，局部不大于0.05mm，總高度不大于導(dǎo)葉高度的25%，間隙如果超差要進(jìn)行研磨處理[4]。

（2）靈活度檢查。用手拉葫蘆或天車懸吊導(dǎo)葉，并用導(dǎo)葉扳手轉(zhuǎn)動活動導(dǎo)葉，每個活動導(dǎo)葉應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活，沒有發(fā)卡現(xiàn)象。導(dǎo)葉止推環(huán)軸向間隙應(yīng)不大于該導(dǎo)葉上部間隙值的50%。導(dǎo)葉立面間隙、端面間隙及導(dǎo)葉靈活度調(diào)整完成后，分別測量每個導(dǎo)葉與套筒密封壓板間隙并記錄，在套筒預(yù)安裝完成后拆出套筒，對套筒密封壓板進(jìn)行加工，保證加工后密封壓板與導(dǎo)葉端面間隙在0.05～0.1mm之間[6]。

3.8支持蓋、導(dǎo)流錐預(yù)安裝

將支持蓋與導(dǎo)流錐組裝成整體后吊裝于頂蓋上面，以轉(zhuǎn)輪室及基礎(chǔ)環(huán)為基準(zhǔn)，利用掛球心器、鋼琴線、耳機(jī)及內(nèi)徑千分尺配合測量的方法，測量支持蓋與轉(zhuǎn)輪室的同心度。合格后擰緊支持蓋與頂蓋的組合螺栓（80%），當(dāng)支持蓋的螺栓擰緊后再次檢查支持蓋與轉(zhuǎn)輪室的同心度，如無變化后方可鉆銑定位銷釘。當(dāng)支持蓋調(diào)整合格后進(jìn)行導(dǎo)流錐的預(yù)安裝調(diào)整，并用支持蓋的調(diào)整方法調(diào)整導(dǎo)流錐，然后將導(dǎo)流錐與支持蓋鉆鉸。銷釘鉆鉸全部完成后，將支持蓋和導(dǎo)流錐吊出機(jī)坑。并在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)回裝前，安裝每個導(dǎo)葉下軸套內(nèi)的U型密封圈。

4　總結(jié)

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是后續(xù)機(jī)電安裝的基礎(chǔ)。在借鑒國內(nèi)外現(xiàn)有大型水電機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)桐子林電站實(shí)際情況，對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝的關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)進(jìn)行分析、摸索，底環(huán)、頂蓋、支持蓋同心度、水平、高程的測量調(diào)整，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各部件組合面連接處間隙、光滑度的控制，導(dǎo)葉立面、端面間隙以及密封的調(diào)整等各個環(huán)節(jié)都堅(jiān)持高標(biāo)準(zhǔn)化管理，不僅確保了安裝質(zhì)量，同時(shí)還大大縮短了工期，各項(xiàng)數(shù)據(jù)符合國家標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)計(jì)要求，具有一定的推廣價(jià)值。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]鄭源, 鞠小明, 程云山. 水輪機(jī)[M]. 北京：中國水利水電出版社, 2007. 4.

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[3]姜國華, 溫俊波, 翟志順, 唐勇. 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝中某些誤差的工藝分析[J]. 大電機(jī)技術(shù), 2003, (5): 43-44.

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鄭源（1964-），男，河海大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，從事水利水電及流體機(jī)械工程方向研究。

審稿人：周亞信

Pre-Installation Technology for Distributor of Ultra-large Kaplan Unit

ZHENG Yuan1, LIU Huiwen2, PAN Yong3, HUANG Jinlong3, YI Wei3
(1. National Engineering Research Center of Water Resources Efficient Utilization and Engineering Safety, Hohai University, Nanjing 210024, China; 2. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210024, China; 3. Sinohydro Bureau 7 Co.,Ltd, Chengdu 610081, China)

Abstract:With the development of large-scale hydroelectric generating localization process, more and more domestic hydropower units with ultra-large capacity, ultra-large size come into the actual design, manufacture, installation and operation. Faced with the challenges brought from ultra-large trends to the units installation and commissioning technology, the paper consulted some research on the pre-installation technology for of ultra-large Kaplan units in combined with practical experience in the installation of Kaplan units in Tongzilin hydropower plant, then summed new technology for quick installation of distributor of ultra-large Kaplan units, so as to provide reference for future installation and commissioning of the same type of unit.

Key words:ultra-large; Kaplan unit; distributor; pre-installation technology

[作者簡介]

[收稿日期]2015-01-14

[中圖分類號]TK730.3+24, TV523

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]B

[文章編號]1000-3983(2016)01-0050-04