液壓提升器在大型沖擊式水輪機轉(zhuǎn)輪安裝中的應用

方仲超,謝建國

(寶珠寺水力發(fā)電廠,四川省廣元市 628003)

液壓提升器在大型沖擊式水輪機轉(zhuǎn)輪安裝中的應用

方仲超,謝建國

(寶珠寺水力發(fā)電廠,四川省廣元市 628003)

轉(zhuǎn)輪是沖擊式水輪機實現(xiàn)水能轉(zhuǎn)換的核心部件，其性能對水輪機起著決定性的作用, 其運行狀態(tài)直接影響到水輪機的效率、壽命和機組的安全穩(wěn)定運行。由于轉(zhuǎn)輪的幾何形狀復雜，在轉(zhuǎn)輪的安裝過程中吊裝難度較大。采用液壓提升器對某水電站轉(zhuǎn)輪進行吊裝、提升就位等更換安裝工作。結(jié)果表明，該方法使用方便，加快了轉(zhuǎn)輪更換安裝速度，降低了轉(zhuǎn)輪安裝過程中的安全隱患。關(guān)鍵詞：沖擊式水輪機；轉(zhuǎn)輪；液壓提升器

0 前 言

某水電站水輪機為沖擊式水輪機，水輪機型號為CJ610-L-263/6×24，額定出力143.6 MW，最大出力160 MW，額定轉(zhuǎn)速375 r/min。轉(zhuǎn)輪采用X3CrNi13-4不銹鋼制作，轉(zhuǎn)輪數(shù)為 21個，轉(zhuǎn)輪直徑2 630 mm，質(zhì)量為14.35 t[1]。筆者在2013年從事該電站2F機組A級檢修過程中，發(fā)現(xiàn)1片轉(zhuǎn)輪輪葉分水刃上端處出現(xiàn)長約20 mm左右缺口，5個轉(zhuǎn)輪的分水刃尾部有嚴重的斷裂損傷(詳見圖1)，匯報業(yè)主進行技術(shù)討論后一致認為葉片作為轉(zhuǎn)輪質(zhì)量最關(guān)鍵的部件，出現(xiàn)裂口及損傷現(xiàn)象在沖擊式水輪機中具有很大安全隱患，決定對轉(zhuǎn)輪進行更換。

圖1 水輪機分水刃前端斷裂缺陷圖

由于機坑內(nèi)噴針與折向器均安裝調(diào)試完畢，噴針與轉(zhuǎn)輪間隙較小，同類型水電站的轉(zhuǎn)輪更換時在支持蓋上設置對稱4個起吊螺栓孔，將吊環(huán)固定在支持蓋上，用鋼絲繩將轉(zhuǎn)輪處綁牢，吊裝鋼絲繩一端連接4個起吊螺栓孔，另一端通過轉(zhuǎn)輪與吊環(huán)連接手拉葫蘆，采用人工同時通過4個手拉葫蘆對轉(zhuǎn)輪進行吊裝[2]。該方案在轉(zhuǎn)輪與主軸連接時轉(zhuǎn)輪無法進行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)輪螺孔與主軸孔極不容易對準。另外，當轉(zhuǎn)輪起吊到接近安裝高度時，轉(zhuǎn)輪與吊環(huán)鉤的距離變小，索具起吊夾角加大，捆綁轉(zhuǎn)輪的鋼絲繩容易滑脫，存在安全隱患。為了提高轉(zhuǎn)輪安裝的準確性與適用性，降低安裝過程風險，參考文獻[3]通過制作轉(zhuǎn)輪托盤，采用鋼絲繩從主軸中心通孔穿下，卡在轉(zhuǎn)輪托板上，利用廠房橋機起吊能力對轉(zhuǎn)輪進行吊裝工作，克服轉(zhuǎn)輪安裝過程中轉(zhuǎn)輪不易旋轉(zhuǎn)、主軸螺栓與螺孔對位困難的問題，也降低了轉(zhuǎn)輪安裝風險。但因水輪機大軸下方通孔較小，鋼絲繩只能單根穿下，加之單吊點起吊對重心找準要求高，起吊后未連接前不能摘下橋機，對廠房內(nèi)的橋機占用時間較長，且轉(zhuǎn)輪安裝過程中，應增加了起吊過程中的上下聯(lián)絡工作，轉(zhuǎn)輪的調(diào)整就位難度較大。液壓提升器對轉(zhuǎn)輪進行安裝更換，可有效地降低安裝風險，提高安裝質(zhì)量。

1 轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分析

1.1 轉(zhuǎn)輪安裝結(jié)構(gòu)分析

圖2 轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)分析圖 單位：mm

1.2 轉(zhuǎn)輪翻身方案設計

電站在1 719.60 m高程安裝了QD150t/150t/5t橋式起重機，主鉤起重能力滿足現(xiàn)場需求，轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)復雜且分水刃較鋒利，不利于鋼絲繩在翻身過程中對稱翻身，為了避免鋼絲繩被割的風險，須在與分水刃接觸的鋼絲繩處結(jié)扎棉質(zhì)毛氈。為保證球閥層的有效翻身，選用起吊工器具時須考慮到人員站位情況和必要的施工設備，盡量減少人員在高空作業(yè)時間。經(jīng)過分析比對，選用兩對專用螺桿吊耳作為主吊點，用2根Φ36 mm×18 m鋼絲繩對折成2股作為轉(zhuǎn)輪一側(cè)吊點，選用2根Φ19 mm×6 m鋼絲繩、Φ19 mm×4 m鋼絲繩對折，2個10 t×5 m手拉葫蘆作為轉(zhuǎn)輪另一側(cè)吊點，2個12 t卸扣與鋼絲繩側(cè)連接，2個10 t卸扣與手拉葫蘆側(cè)連接，對所需工器具準備及強度進行校核，均能夠滿足轉(zhuǎn)輪掛裝及翻身工作[6]。翻身過程中利用主鉤水平吊起轉(zhuǎn)輪，通過降落10 t手拉葫蘆，使轉(zhuǎn)輪全部重量移到一對Ф36 mm×18 m的鋼絲繩上，此時轉(zhuǎn)輪與地面形成約60°夾角，然后解開10 t卸扣、手拉葫蘆及鋼絲繩，將2個專用螺桿吊耳反穿轉(zhuǎn)輪螺栓孔后擰緊螺帽，調(diào)整好手拉葫蘆的方向和位置后重新掛好鋼絲繩，拉升手拉葫蘆使轉(zhuǎn)輪成豎直狀態(tài)，轉(zhuǎn)輪翻身工作完畢。轉(zhuǎn)輪由豎直狀態(tài)調(diào)整為水平狀態(tài)的步驟與之相反，這里就不在贅述。需要說明的是，將轉(zhuǎn)輪翻身水平放至運輸小車前，需提前考慮轉(zhuǎn)輪托盤的安裝，具體做法將托盤放至在小車支腿處，待轉(zhuǎn)輪放至小車后，利用油壓千斤頂將轉(zhuǎn)輪托盤安裝至轉(zhuǎn)輪下法蘭處，為后續(xù)與液壓桿連接做好準備。其起吊過程中翻身后吊裝如圖3所示。

2 液壓提升器結(jié)構(gòu)分析及安裝調(diào)試

2.1 液壓提升器結(jié)構(gòu)分析

如圖4所示，液壓提升器設計其基本原理為一個小型的接力器，通過外接油泵打壓，使提升器的活塞桿作上下運行，活塞桿行程為2 320 mm，提升器保證提升重量為30 t，其中2個外接油管的設計為快速接頭，方便在調(diào)試過程中拆接。提升器活塞缸蓋設計尺寸為?455 mm，在?420 mm吊板中設計了20個?30 mm的螺栓孔，利用M20 mm×80 mm的螺栓與水輪機主軸螺栓孔連接，活塞桿下側(cè)設計了M72 mm×4 mm的螺紋，通過活塞桿與轉(zhuǎn)輪下方的托盤連接，通過外接壓力泵，使活塞體進行上下運動，以實現(xiàn)將轉(zhuǎn)輪提升的目的。

圖3 轉(zhuǎn)輪吊裝示意圖

圖4 液壓提升器結(jié)構(gòu)圖 單位：mm

2.2 液壓提升器安裝調(diào)試

在液壓提升器安裝前應做如下檢查工作[7]：

(1) 對液壓拉升器進行全面檢查，在安裝前進行動作試驗，保證拉升器可靠運行，同時應對各管路接頭進行檢查，保證接頭均無滲漏狀況。

(2) 對托盤及M72的螺栓進行預裝工作，保證各零件之間裝配良好。

(3) 對水輪機主軸螺栓孔進行全面檢查清理，對銹蝕嚴重的螺栓孔進行攻絲檢查工作，確保螺栓與螺栓孔配合無誤。

液壓拉升器的安裝是通過橋機吊裝來完成，鋼絲繩通過主軸中心通孔穿下，將提升器提升吊裝，吊裝過程中應做好橋機指揮工作，以免提升幅度過大，導致與法蘭相撞的事故。需要提醒的是拉升器油管路安裝是通過轉(zhuǎn)輪托盤處的預留孔引至油泵處(如圖5所示)，安裝時應先將管路安裝好，然后通過托盤預留孔與油泵連接。安裝完畢進行拉升器全行程動作試驗，以確保提升器安裝可靠無誤。

圖5 轉(zhuǎn)輪安裝示意圖

3 轉(zhuǎn)輪的安裝工作

3.1 安裝前準備工作

在轉(zhuǎn)輪吊裝前，應仔細檢查穩(wěn)水柵及軌道，保證轉(zhuǎn)輪搬用過程中，具有良好的承載能力與運輸能力。由于轉(zhuǎn)輪的外圓直徑比吊物孔的寬度尺寸大，轉(zhuǎn)輪通過翻身以豎立吊裝方式通過吊物孔，然后在球閥層翻身至水平方向，放置在運輸小車上，轉(zhuǎn)輪吊裝至運輸小車時，應放置在運輸小車的幾何中心處，避免轉(zhuǎn)輪的安裝中2次中心調(diào)整，同時在轉(zhuǎn)輪處鋪設橡膠墊，避免轉(zhuǎn)輪在安裝過程中的擦碰現(xiàn)象。然后通過外部施加牽引力使運輸小車按照預定軌道移至水輪機主軸中心處。按照圖5所示，進行托盤安裝后、將拉升器活塞桿與托盤連接，轉(zhuǎn)輪吊裝工具組裝完畢。

在轉(zhuǎn)輪提升前，應先將轉(zhuǎn)輪與主軸組合面進行清理，把合面應無高點、毛刺等現(xiàn)象；將轉(zhuǎn)輪連軸螺栓均按照設計長度裝入水輪機主軸處，檢查轉(zhuǎn)輪連軸螺栓與螺孔的配合應符合設計要求，螺桿與螺母應清洗干凈，螺母能用手輕松的旋至螺桿全行程[8]。

3.2 轉(zhuǎn)輪提升就位

轉(zhuǎn)輪提升安裝過程中，應先進行提升器進行預提升試驗，檢驗轉(zhuǎn)輪提升過程中的承載能力及可靠性，動作完畢后，做提升器的全行程試驗，重點檢查螺栓與轉(zhuǎn)輪螺孔的配合情況，同時也校核轉(zhuǎn)輪的提升高度。由于轉(zhuǎn)輪放至托盤處，小幅度的旋轉(zhuǎn)調(diào)整只需人工施加外力即可調(diào)整，避免了安裝過程中手拉葫蘆調(diào)整步驟。

由于水輪機主軸與轉(zhuǎn)輪采用帶液壓預緊螺栓的摩擦聯(lián)接形式[9]，每顆螺栓穿入螺孔時，均應涂上廠家專用摩擦劑，增進螺栓把合緊密度。由于設計規(guī)范要求，轉(zhuǎn)輪提升就位前應在轉(zhuǎn)輪法蘭處噴灑精鋼砂，通過放大鏡觀察其噴灑量與模板一致后，安裝水輪機主軸處的密封橡膠條，然后啟動液壓油泵，將轉(zhuǎn)輪提升2 282 mm，當轉(zhuǎn)輪通過連軸螺栓時，安裝螺栓螺帽，通過提升器與螺帽配合，將轉(zhuǎn)輪調(diào)整至止口定位處，用螺栓液壓拉伸器將轉(zhuǎn)輪與主軸法蘭把合。對所有螺栓拉伸，使伸長值在(1.2±0.10) mm，分3次對稱拉緊。拉緊后用塞尺檢查法蘭面局部間隙應不大于0.03 mm，深度應不大于40 mm。轉(zhuǎn)輪安裝完畢，然后通過橋機將提升器、托盤進行拆卸，并放到運輸臺車上，運出轉(zhuǎn)輪室。

轉(zhuǎn)輪安裝后，校核轉(zhuǎn)輪與噴嘴的高程，分水刃和噴針中心高差不能大于1 mm，否則需要調(diào)整機組轉(zhuǎn)動部分的高程，采取處理推力瓦支撐塊，或者處理上機架與定子之間的基礎墊板的方法來調(diào)整[10]。

4 結(jié) 語

本文采用液壓提升器的方法對大型沖擊式水輪機轉(zhuǎn)輪進行提升安裝，該方案設計不需考慮手拉葫蘆對轉(zhuǎn)輪安裝調(diào)整，在安裝工程中克服了其他方案吊裝過程中的安全隱患，在轉(zhuǎn)輪安裝實施過程中簡單方便，且操作性強，提高了轉(zhuǎn)輪安裝質(zhì)量，加快了轉(zhuǎn)輪安裝進度，取得了良好的效果，該方法特別對有限的作業(yè)人員，具有很好的操作性；能安全高效地安裝大型沖擊式機組轉(zhuǎn)輪，值得今后同類施工借鑒。

[1] 田灣河水力發(fā)電總廠.田灣河水力發(fā)電總廠水輪機檢修規(guī)程: QB/TWH-JS.JX-01-2010 [S].田灣河水力發(fā)電總廠,2010.

[2] 楊滿林.立式轉(zhuǎn)輪式水輪機轉(zhuǎn)輪簡易安裝方法[J].云南水力發(fā)電,2014(03):76-77.

[3] 何定全.冶勒水電站水輪機轉(zhuǎn)輪安裝[J].水利水電科技進展,2006,26(S2): 13-14.

[4] 東方電機廠.金窩電站水輪機轉(zhuǎn)輪安裝說明書[S].德陽：東方電機廠,2010.

[5] 李思全.金窩水電站大容量沖擊式水輪機安裝技術(shù)[J].四川水利，2012(06)：5-8.

[6] 李邦明.金窩電站140MW沖擊式水輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)[J].東方電機，2010(04)：31-32.

[7] 楊文柱.起重吊裝簡易計算[M].北京:機械工業(yè)出版社，2007.

[8] 水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)程：GB/8564-2003[S].北京：中國標準出版社，2004.

[9] 單文培.水電站機電設備的安裝運行與檢修[M].北京：水利水電出版社，2005.

[10] 孫慶.高橋電站沖擊式水輪機安裝與調(diào)整[J].水電站機電技術(shù)，2005(03)：37-41.

[11] 鄧小華.冶勒水電站沖擊式水輪機安裝與調(diào)整[J].水力發(fā)電，2004(11)：38-39.

Application of Hydraulic Lift in Installation of Large-sized Turbine Runner

FANG Zhongchao, XIE Jianguo

(Baozhusi Hydropower Plant, Guangyuan, Sichuan 628003,China)

Runner is the core component of the turbine for hydroenergy transformation, Its performance is critical to the runner and its operation status directly impacts the turbine efficiency, service life and the unit safety & stable operation. It is difficult to lift the runner during its installation due to its complicated geometric outline. Therefore, the hydraulic lift is applied to install and hoist the runner. The practice shows that the method is simple, expedites the runner replacement installation and decreases the installation risks.Key words:Pelton turbine; runner; hydraulic lift

1006—2610(2016)06—0069—04

2016-07-26

方仲超(1985- )，男，四川省廣元市人，工程師，主要從事水力機械檢修及工程項目管理工作.

TK730.6

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2016.06.018