軸流轉槳式水輪機三體聯接及聯吊施工技術

孟福強

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部，云南 昆明650032）

1 工程簡介

里底水電站廠房結構為壩后式明廠房，水輪機結構形式為軸流轉槳式，水輪機型號為ZZD827-LH-740，總裝機容量為3×140 MW=420 MW，額定水頭為34 m，額定轉速為107.1 r/min。水輪機轉輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）在安裝間組裝為整體后用主廠房2×300 t橋機和專用平衡梁進行吊裝。

2 主要技術參數及存在的設計問題

2.1 主要技術參數

技術參數見表1。

表1 主要技術參數

2.2 存在的設計問題

（1）橋機上游側300 t主鉤到上游側限位時距離安裝間預埋主軸工位平臺中心僅為530 mm，而支持蓋吊環孔距離主軸中心為2 600 mm，造成原廠家設計三體（轉輪、主軸、支持蓋帶導流錐）聯接方案中利用支持蓋吊環孔采用雙吊點吊起支持蓋（帶導流錐），并由反裝在支持蓋上的懸吊卡環帶起主軸與轉輪的聯接方案無法實施。具體尺寸如圖1、2所示。

圖1

圖2

（2）轉輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）三體聯接后總高度為16.595 m、重約340 t，懸吊卡環安裝空間狹窄。在此情況下進行懸吊卡環翻身換向，以及拆除支持蓋雙吊點吊具并安裝三體聯吊吊具（轉子平衡梁吊軸），施工難度大且存在巨大安全隱患。

3 優化三體聯接及聯吊施工工藝

3.1 施工流程

具體流程如圖3所示。

圖3 施工流程

3.2 主軸工位布置

由于安裝間原設計的主軸工位會造成主軸、支持蓋（帶導流錐）與轉輪聯接時的吊點超出主廠房橋機300 t主鉤的起吊范圍，現場根據主軸與支持蓋（帶導流錐）套裝尺寸制作可移動式鋼平臺，并在平臺上放置主軸的位置對應主軸螺孔開Φ75通孔，便于利用M72螺栓將主軸固定在鋼平臺上以防傾倒。此方案不僅很好地解決三體聯接起吊問題，還有利于后期機組檢修時場地的靈活布置。

3.3 主軸內部操作油管套裝

3.3.1 操作油管水平套裝

1）將主軸水平放置于臨時支撐上。

2）將兩件內操作油管Ⅰ對接，并將聯接成整體的內操作油管Ⅰ與外操作油管Ⅰ水平套裝，再水平吊起外操作油管Ⅱ與外操作油管Ⅰ對接。

3）安裝外操作油管吊架及內操作油管固定支架，水平吊起外操作油管套入主軸內部，套裝時內、外操作油管應滑動靈活，否則應查明原因并重新套裝。

3.3.2 操作油管豎向套裝

機組段發電機層高程比安裝間低6.1 m，通過將可移動式鋼平臺放置于機組段時，橋機起吊高度可滿足操作油管豎向套裝施工，此方法更為便捷、高效。

1）將主軸立起扶正并采用M72螺栓固定于鋼平臺上。

2）將外操作油管Ⅰ、Ⅱ對接并安裝外操作油管吊架。利用橋機吊起外操作油管豎直緩慢套入主軸內部。

3）將兩件內操作油管Ⅰ對接并安裝內操作油管固定支架。利用橋機吊起內操作油管豎直緩慢套入外操作油管內部。

內、外操作油管套裝過程中應滑動靈活，否則應查明原因并重新套裝。

3.4 主軸豎立固定

根據主軸吊裝工具圖，安裝內操作油管固定支架、外操作油管吊架、支座以及油管定位架將操作油管固定。

利用起吊工具豎立水輪機主軸，拆除油管定位架。將主軸置于可移動式鋼平臺上，調整主軸垂直度≤0.02 mm/m，并利用M72螺栓將主軸固定在鋼平臺上以防傾倒。

3.5 支持蓋與導流錐組裝

在安裝間將支持蓋與導流錐把合成整體，并吊入機坑進行預裝，以轉輪室中心為基準，調整支持蓋與導流錐同心度≤0.30 mm且偏差方向應一致[1]。

3.6 支持蓋與主軸套裝

圍繞主軸將護蓋組裝成整體。待支持蓋（帶導流錐）預裝完成后，使用橋機300 t+300 t雙吊鉤抬吊支持蓋（帶導流錐）套入主軸并放置于可移動式鋼平臺上，利用橋機將懸吊卡環按正裝方向臨時擺放在支持蓋內部，并使用吊帶配合2 t手拉葫蘆進行可靠固定。（在條件允許的情況下，可在三體聯接完成后利用汽車吊完成懸吊卡環的安裝工作。）

在三體聯吊用的起吊軸（即為轉子平衡梁吊軸）四周均布焊接8個吊耳，尺寸為145 mm×150 mm×30 mm，通過8個20 t手拉葫蘆調整支持蓋的位置，便于操作油管、主軸與轉輪聯接以及懸吊卡環安裝。

3.7 轉輪工位布置

轉輪工位一期混凝土澆筑至EL.1 791.915 m后，按施工圖中轉輪基礎板的位置計算出基礎板4個軸線方向的坐標，將拉鉚螺栓與基礎板的組合體放至設計轉輪工位，調整基礎板方位偏差≤10 mm，高程偏差-5～0 mm，水平度≤0.05 mm/m。

3.8 轉輪裝配

按設計圖紙及廠家安裝說明書的要求將轉輪裝配完成，經檢查、試驗合格后再次復查轉輪上法蘭面水平度≤0.02 mm/m，以備三體聯接。如有不符應通過在轉輪試驗支座與轉輪體間加墊銅皮進行調整，并利用葉片支撐管通過槳葉輔助固定轉輪[2]。

3.9 三體聯接

300 t+300 t橋機上兩小車并車后，在主軸頂部安裝三體聯吊專用吊具，使用8個20 t手拉葫蘆通過起吊軸邊緣均布的8個吊耳將支持蓋提升1.5 m高度。

利用橋機300 t+300 t雙鉤抬吊起主軸與支持蓋（帶導流錐）聯結體至轉輪正上方，緩慢下落以完成內操作油管Ⅰ對接，繼續下落以完成外操作油管對接，最后下落以完成主軸與轉輪聯接。主軸下落過程中注意觀察內、外操作油管是否被頂起，如未頂起，應立即停下檢查，防止操作油管憋勁變形。

利用手拉葫蘆放下預放置在支持蓋內的護蓋，護蓋與主軸同心度≤0.20 mm。

3.1 0 懸吊卡環安裝

利用起吊軸外圍的8個20 t手拉葫蘆緩慢均勻將支持蓋下放至轉輪上。

通過起吊軸把合螺栓懸掛2 t吊帶，配合2 t手拉葫蘆提起預放置在支持蓋內部的懸吊卡環，圍繞卡環槽將其組裝成整體，并注意把合螺孔與支持蓋螺孔基本對正。（在條件允許的情況下，亦可直接使用汽車吊完成懸吊卡環安裝工作。）

利用起吊軸外圍的8個20 t手拉葫蘆，緩慢均勻提起支持蓋與懸吊卡環進行把合。

3.1 1 三體聯吊

三體聯接完成后，利用橋機300 t+300 t雙鉤通過起吊軸將轉輪、主軸及支持蓋（帶導流錐）整體抬吊進入機坑（見圖4）。

安裝支持蓋與頂蓋把合螺栓，拆除吊具及操作油管吊架。至此三體聯吊工作結束。

圖4 三體聯接及聯吊總布置圖

4 結束語

轉輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）是軸流轉槳式機組的重要組成部分，其安裝質量直接影響到后期機組的穩定運行。通過控制好三體聯接及聯吊工作，確保各工序施工質量滿足技術規范要求，將為后期機組可靠運行打下堅實基礎。

水輪機轉輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）三體聯吊是軸流轉槳式機組在懸掛葉片式吊裝方式的基礎上不斷改進的新型應用。里底水電站軸流轉槳式水輪機三體聯接及聯吊一次到位，不僅避免了傳統工藝在葉片和基礎環上開設懸掛孔及后期懸掛孔封蓋影響葉片過流面型線和表面粗糙度，易造成磨損和空蝕破壞的影響，還減少了機坑內的安裝工作量，縮短機組安裝工期。三體聯接及聯吊一次到位中途不用拆卸吊鉤、盡量減少高空作業，有效降低了三體聯接后整體較高和較重所帶來的安全隱患[3]，對同類型機組的設計及施工具有參考和借鑒價值。