沖擊式機組噴嘴加工墊板數(shù)據(jù)的測量

董博

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，陜西西安713206）

沖擊式機組噴嘴加工墊板數(shù)據(jù)的測量

董博

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝分公司，陜西西安713206）

沖擊式機組打破了常規(guī)機組的安裝方式，其重點核心與特殊性在于噴嘴的安裝控制，噴嘴安裝的優(yōu)劣直接關(guān)系到機組的有效功率。一般沖擊式機組常見于六噴嘴型式，因前期配水環(huán)管的安裝焊接及混凝土澆筑，對噴嘴的連接法蘭面造成不可受控的變化，因此廠家提出，根據(jù)法蘭面的變化情況通過加工調(diào)整法蘭對法蘭面進行補償，因此噴嘴的調(diào)整法蘭加工數(shù)據(jù)測量成為噴嘴安裝的一大難點。文章介紹了在現(xiàn)場利用廠家提供的配套專用測量工具對噴嘴調(diào)整法蘭加工數(shù)據(jù)的測量，達到安裝要求的方式。

模擬轉(zhuǎn)輪；單面止口；調(diào)整法蘭；數(shù)據(jù)測量；配割方法

1　工程概況

科卡科多-辛克雷水電站總裝機容量150萬kW，共8臺機組，單機容量為18.75萬kW，是厄瓜多爾目前最大的水電站，年發(fā)電量88億kW·h，額定水頭604.1 m、額定轉(zhuǎn)速300 r/min的沖擊立軸水輪發(fā)電機組，本電站具有額定水頭高、六噴嘴、轉(zhuǎn)輪水斗數(shù)量多等特點。

轉(zhuǎn)輪外徑為Φ4190.5mm，轉(zhuǎn)輪切圓為Φ3349mm，噴嘴折向器與轉(zhuǎn)輪處徑最小距離為65 mm，廠內(nèi)提供的測量工具為測量法蘭和測量管。測量法蘭厚度30mm，直徑1 330 mm，測量管與測量法蘭總長度1 604 mm，模擬轉(zhuǎn)輪節(jié)圓半徑1 674.5 mm。

2　測量方法的理念

刻意性的調(diào)整測量工具中的模擬射流中心線，與模擬轉(zhuǎn)輪內(nèi)節(jié)圓（Φ3 329）相切（90°），使6個噴嘴的射流中心相切點在轉(zhuǎn)輪內(nèi)節(jié)圓形成統(tǒng)一平面，再調(diào)整模擬射流中心線的中心，使模擬射流線絕對性的居中；次模擬狀態(tài)為噴嘴安裝的標準，然后測量調(diào)整法蘭與配水環(huán)管法蘭面所產(chǎn)生的間隙，通過計算就可以獲得所需要加工的數(shù)據(jù)。

3　配套測量工具測量特點

3.1直觀性

這套測量工具直接體現(xiàn)了噴嘴安裝所需控制的射流中心與轉(zhuǎn)輪相切，直接性的測量計算出相切點與配水環(huán)管法蘭面的距離（3 994 mm）。

3.2精確性

測量工具中的調(diào)整法蘭自帶單面止口與配水環(huán)管把合，保證了測量墊板與配水環(huán)管法蘭面同心。

測量過程中的相切點校核：針對性的取點，利用三角形勾股定理來判定節(jié)圓必須相切。

測量墊板間隙的測量：百分表在同一節(jié)圓上讀間隙值，保證計算斜率的準確性。

3.3關(guān)聯(lián)性

模擬轉(zhuǎn)輪的高程偏差，測量工具的變形，鋼琴線的打折、彎曲，測量墊板的毛刺等因素誤差累計都會直接影響到測量結(jié)果。

4　配套測量工具的數(shù)據(jù)測量

4.1噴嘴擋水板必須焊接驗收完成

數(shù)據(jù)測量前必須排除所有對法蘭面的影響因素，不然所測量數(shù)據(jù)無法體現(xiàn)其準確性，擋水板的焊接潛在的存在配水環(huán)管法蘭變形，因此必須確保擋水板焊接工作結(jié)束，配水環(huán)管法蘭為最終狀態(tài)，無干擾因素。

4.2中心軸線及高程確定

沖擊式機組不存在常規(guī)機組的座環(huán)，基礎(chǔ)環(huán)，而是以上部機殼為整個機組的安裝基準，以上部機殼精加工面N面為整個機組的安裝高程基準點，利用水準儀從上部機殼N面返高程點在尾水里襯側(cè)板上，做好保護，此基準點即為以后的轉(zhuǎn)輪安裝、噴嘴安裝的高程控制基準點，確保噴嘴中心線與上部機殼N面保證圖紙要求的開檔尺寸（2110±0.5 mm）。見圖1：

圖1　噴嘴中心線與上部機殼N面開檔尺寸示意圖

上部機殼的中心為整個機組安裝的基準中心，預(yù)存水導(dǎo)軸承體在上部機殼上，調(diào)整水導(dǎo)軸承體與上部機殼內(nèi)鏜口同心，打緊把合螺栓、配鉆銷釘孔、定位水導(dǎo)軸承。借助廠家提供的主軸支撐工具將主軸吊裝至水導(dǎo)軸承上，調(diào)整與軸承體同心對稱差值≤0.05 mm，主軸上下法蘭面水平度控制在0.02 mm/m，主軸垂直度控制在0.02 mm/m，因主軸與轉(zhuǎn)輪連接為止口緊配合方式，因此調(diào)整好的主軸中心即為轉(zhuǎn)輪的安裝中心。

4.3測量工具的安裝與調(diào)整

軸向架設(shè)百分表在模擬轉(zhuǎn)輪上，指針向上指向主軸下精加工面，圓周勻速轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)輪，檢查轉(zhuǎn)輪與主軸的圓周相對水平度，如不滿足要求可通過模擬支座加墊的方式針對性的調(diào)整。模擬轉(zhuǎn)輪高程調(diào)整，以尾水里襯側(cè)板上的基準點為基準，用水準儀測量調(diào)整模擬轉(zhuǎn)輪的設(shè)計高程。中心與水平的調(diào)整要反復(fù)進行，要綜合性分析考慮調(diào)整，具體兩者的調(diào)整先后順序以現(xiàn)場施工人員自行判斷，無絕對性要求。模擬轉(zhuǎn)輪貫穿于6個噴嘴測量工作的開始至結(jié)束一成不變，因此可以在模擬裝輪的安裝調(diào)整上多下工夫，將其調(diào)整至最佳狀態(tài)。

全面清理配水環(huán)管法蘭面、螺孔、調(diào)整法蘭的組合面、螺孔及止口，用刀口尺對各法蘭面進行仔細檢查，絕對不允許有任何高點、毛刺存在，檢查合格后開始安裝調(diào)整法蘭，利用現(xiàn)場手拉葫蘆將調(diào)整法蘭吊裝到位，用把合螺栓與配水環(huán)管法蘭把緊，然后用0.02 mm塞尺檢查把合縫是否有間隙存在，除非調(diào)整法蘭自身變形，否則必須拆開再次檢查，直到間隙消除。檢查法蘭與配水環(huán)管法蘭是否同心，用塞尺檢查調(diào)整法蘭與配水環(huán)管的4個對稱方向的止口間隙，必須確保兩法蘭同心。然后安裝測量法蘭，同樣要求保證兩法蘭充分接觸，兩法蘭同心，因調(diào)整法蘭與測量法蘭存在軸承配合，因此在現(xiàn)場測量法蘭一般是滿足同心要求的，無需刻意調(diào)整，但兩法蘭面把合時上部蓋好白布，小心雜物吊入而影響測量精度。安裝測量管、頂絲、百分表、穿模擬射流鋼絲線，檢查確保鋼絲線無彎曲打折現(xiàn)象，模擬鋼絲線與調(diào)整好的模擬轉(zhuǎn)輪連接，用1T手拉葫蘆在射流線相反位置對模擬轉(zhuǎn)輪形成外力牽制，所有測量工具安裝完成，整套測量系統(tǒng)完成。

4.4數(shù)據(jù)測量

4.4.1高程值測量

用水準儀測量校核模擬轉(zhuǎn)輪的絕對高程，以上部機殼返下來的基準點為基準，懸掛卷尺測量3個點：左、中、右三點。中點為射流鋼絲線與模擬轉(zhuǎn)輪的相切點，左右測量主要是防止模擬轉(zhuǎn)輪在葫蘆牽制過程中，模擬轉(zhuǎn)輪發(fā)生扭變形。要求是以切點測量值為準，但3點測量值也必須相等，對個別微小差異的調(diào)整，可以通過廠家提供的模擬轉(zhuǎn)輪頂絲來微量調(diào)整。

4.4.2射流線相切點90°的調(diào)整

現(xiàn)場在模擬轉(zhuǎn)輪上分出中心線，用角尺校核轉(zhuǎn)輪中心線與射流鋼絲線是否直角，這種方法直觀，但誤差較大，因此可以采用數(shù)學里的勾股定理來找出直角關(guān)系，即相切點。從模擬轉(zhuǎn)輪的中心線邊緣起點，在鋼絲線上找出1 674.5 mm做好標記，然后測量模擬轉(zhuǎn)輪中心線末端到此點的距離，是否滿足等腰直角三角形的斜邊數(shù)據(jù)（2 368 mm），如果不滿足對模擬轉(zhuǎn)輪做出針對性的前后調(diào)整，找出絕對的直角關(guān)系（即相切點），再用角尺校核，兩種方法反復(fù)交叉進行，減少調(diào)整誤差（見圖2）。

圖2　射流線相切點90°示意圖

4.4.3墊板間隙值測量

鑿出的這朵牡丹花，規(guī)模決不會比石佛小。可開鑿石佛，是在光天化日之下，在群山之間，舉嘉州全州之力，預(yù)備好的百年功業(yè)，哪怕是日后西巡成都的皇帝，也不敢奢望自己能有放舟岷江青衣江大渡河三江，得窺佛祖真容的一天，好在大唐千秋萬代，子孫中總有一個陛下會有去揭幕剪彩的運氣。工圣僧一行他老人家，帶領(lǐng)著他的弟子們，鑿空山腹，由實在的石頭里，鑿出子虛烏有的山洞，山洞里危危欲綻的牡丹花，牡丹花惟妙惟肖，好像在等待一只巨大的彩蝶，在火光里振翼飛來一般，這是如何做到的？

首先檢查測量法蘭圓周上分布的4塊百分表是否0位，然后以測量管管口圓度為基準，借助300mm鋼板尺，針對性的用頂絲頂開測量法蘭，調(diào)整射流中心線在管口中心，上下，左右反反復(fù)復(fù)測量，確保射流中心絕對的中心，然后讀取百分表數(shù)據(jù)變化值，即產(chǎn)生的間隙值，也可以用塞尺檢查校核，在與百分表同一節(jié)圓上用塞尺測量這4點，做相應(yīng)的對比，做好記錄。

4.4.4最大值、最小值測量

用塞尺在同一節(jié)圓上測量最大間隙值，并測量最大間隙的弧長值，做好記錄，相應(yīng)的檢查測量最小間隙值，一般情況下通過圓心在最大值對面，并且0.02 mm塞尺無法劃過。

4.4.5測量管口至相切點的距離

理論配水環(huán)管的標準鉛垂面到轉(zhuǎn)輪的內(nèi)切圓距離為3 994 mm，因焊接及混凝土澆筑干擾因素產(chǎn)生的法蘭面變形，因此測量每個噴嘴的管口至切點距離都是不同的，測量管長度1 604 mm，跟據(jù)廠家提供的加工法蘭厚度40mm，加工余量10mm，因此測量管口至切點的理論長度為：3994-1604=2390 mm。如圖2所示。

4.5調(diào)節(jié)法蘭配割量計算

現(xiàn)以厄瓜多爾水電站3號機噴嘴實測數(shù)據(jù)為例：

正向法蘭（正對噴嘴），上為+Y，右為+X；

下面數(shù)據(jù)分別對應(yīng)+Y、+X、-Y、-X：

1號噴嘴間隙測量：0.07、0、0.05、0.65

2號噴嘴間隙測量：0.92、0、0.30、2.60

3號噴嘴間隙測量：0.45、1.15、0.23、0

4號噴嘴間隙測量：0、1.35、0.30、0

5號噴嘴間隙測量：0、1.50、0.88、0

6號噴嘴間隙測量：0、0.80、0.85、0

管口至轉(zhuǎn)輪內(nèi)切圓切點的距離：2 390.5 mm。

以下就3號機3號噴嘴測量值為例進行配割量計算；

管口至轉(zhuǎn)輪內(nèi)切圓切點的距離：2 390.5 mm，測量最大點間隙1.28 mm，最大點弧長1 002 mm，最小點為對稱點間隙為0 mm。

（1）噴嘴墊板加工后最大厚度計算公式

最大點厚度=（30+測量最大點間隙）+（管口至轉(zhuǎn)輪切點距離2390）

最小點厚度=（30+測量最小點間隙）+（管口至轉(zhuǎn)輪切點距離2390）

（2）最大厚度點的弧長必須測量準確，而且在加工法蘭上標記明確，最大的位置取點直接影響加工墊板的斜率，從而導(dǎo)致噴嘴射流中心的偏差，因此要認真仔細測量。

5　結(jié)語

該測量方法實用于模型轉(zhuǎn)輪與測量管相配合的測量方式，該方法簡單、操作靈活、更實用、更具有技術(shù)經(jīng)濟價值，是一種更簡便、更直觀的測量方法，可予以推廣。

以往調(diào)節(jié)法蘭的測量都采用傳統(tǒng)的實際預(yù)裝方式進行測量，具有反復(fù)測量且工作量較大、運輸成本高、工期時間長、投入人力資源大等特點，本文根據(jù)廠家提供的配套測量工具、現(xiàn)場實際情況及施工經(jīng)驗所提出的調(diào)整法蘭加工計算公式，直觀準確的計算出所需加工的余量，改變了以往一成不變的傳統(tǒng)理念，避免了噴嘴配割后的往復(fù)安裝、拆卸，使得安裝噴嘴工作一步到位，節(jié)約時間。

厄瓜多爾電站共計8臺水輪機，共計48個調(diào)節(jié)法蘭，其所有調(diào)節(jié)法蘭均按此方法進行測量、計算、配割，配割后的所有調(diào)節(jié)法蘭與噴嘴安裝后測量數(shù)據(jù)一次性達到設(shè)備控制精度要求，一次合格率達到100%。

TK735

B

1672-5387（2016）09-0034-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.012

2016-04-15

董博（1985-），男，助理工程師，從事水電站水輪機組安裝工作。