混流式水輪發電機組重要部件安裝高程控制方法及措施研究

劉攀 賈利濤 陶吉全 羅前林 謝偉成

摘要：以850 MW巨型水輪發電機組為例，概述了混流式水輪發電機組整體結構及其裝機流程。介紹了下機架預裝高程及轉子磁極中心線安裝高程的控制公式，以及尺寸鏈和高程差的高程控制方法。同時，重點分析了機組安裝過程中在機坑測定、下機架高程和轉子磁極中心線高程確定時出現誤差的原因及其管控措施。應用結果表明，控制方法及措施取得了較好的效果。研究成果對類似千萬兆瓦級水輪發電機組的安裝高程控制具有一定的借鑒意義。

關鍵詞：混流式水輪發電機組;安裝高程;尺寸鏈;高程差

1 概 述

水輪發電機組的安裝質量控制有著極其重要的作用，在檢驗校核設備設計、制造質量的同時，又可通過現場跟蹤裝機質量有效指導機組后續的安全穩定運行。

在設計階段，要保證當機組處于額定工況運行時，轉輪上冠與頂蓋形成的上止漏環下端平行，否則會影響轉輪的水力效率;其次，機組的定、轉子中心線高程應重合，若定子中心線高程與轉子中心線高程偏差較大，則會加重下機架或定子機座的軸向載荷[1]。在機組安裝過程中，下機架高程的確定主要綜合考慮整個機組的轉動部件與固定部件的高程差分配;同時，轉子磁極中心線的高程可以有效彌補下機架實際安裝過程中的高程誤差[2]。

本文主要介紹機組的安裝流程、下機架和轉子磁極中心線高程的確定方法，以及在安裝過程中的高程控制措施和相關誤差的原因分析。

2 高程確定方法

水輪發電機組的整體安裝流程如圖1所示。地下廠房裝有裝機850 MW的水輪機組，左右岸各安裝6臺。水輪機型式為立軸金屬蝸殼混流式水輪機，水輪機設計安裝高程為803.00 m;發電機為立軸半傘式結構，冷卻方式為空氣冷卻，下機架設計安裝高程為815.245 m，定、轉子中心線設計安裝高程為818.265 m。機組結構如圖2所示。

下機架高程主要根據水輪機安裝高程以及下機架推導軸承安裝法蘭面至導水機構中心線距離來確定，其中要考慮軸的實測長度、下機架撓度等因素[3]。在下機架進行預裝前，現場測量或采用廠家提供的水輪機軸、發電機軸長度以及推力頭鏡板實際厚度等相關數據。下機架實際高程計算公式為

式中：δ為轉輪自身撓度值;β為下機架承受機組轉動部件重量和最大軸向水推力的撓度值。為了確保下機架實際安裝高程的準確性，在預裝過程中測量下機架推導軸承安裝法蘭面與定子中心線的高程差，與設計高程差進行對比，分析差值產生的原因。

轉子磁極中心線高程的確定原則是機組在靜止狀態下定、轉子中心線重合，在實際安裝過程中主要控制轉子中心體下法蘭面與轉子磁極中心線的距離。轉子磁極中心線與下法蘭面距離計算公式為

在轉子吊裝前，應將定子中心線高程、轉子磁極中心線高程分別返點，待轉子吊入機坑后核實定、轉子中心線高程差值。若存在較小偏差，可以微調推導軸承的抗重螺栓或彈簧墊片。

3高程誤差控制措施

3.1 機坑測定

機坑測定中各高程樣點是后續重要部件安裝的基準點。大致操作流程為：首先確定固定導葉的中點，將該中心線作為水輪機導水機構安裝中心線，其對應的高程是水輪機設計安裝高程;然后分別向基礎環、座環上法蘭面、風洞等處返高程樣點，每處樣點各2個，互為備用。在返點的過程中需要注意卷尺本身存在的誤差，在尺寸鏈的計算中須考慮此誤差值。

3.2 下機架高程

下機架的高程關系到整個轉動部件與固定部件的配合。水輪發電機組安裝過程中對下機架實際安裝高程偏差值與理論高程計算值控制在±0.5 mm范圍內。

（1）下機架預裝中，高程是以正式安裝的底環高程為基準，前期導水機構開檔尺寸、座環加工的精度等務必精確。在開檔尺寸的確定中需要考慮環境溫度的影響，活動導葉的長度應以現場實測值為判斷依據。

（2）預裝過程中應考慮使用的測量工具（如卷尺等）本身存在的誤差。經檢驗部門校核，存在誤差的卷尺對高程的確定有1 mm左右的影響，不可忽略。 另外，應與廠家溝通確定是否考慮水輪發電機軸在運行工況下的伸長值。

（3）在下機架預裝過程中，應測量下機架與定子中心線的高程差，將其與設計高程差進行比較。其中差值分為兩部分：下機架預裝高程與設計高程的差值;定子中心線高程與設計高程的差值。因此在進行定子線棒下線過程中，要加強對定子中心線高程的復核。

3.3 轉子磁極中心線高程

在850 MW水輪發電機組安裝標準中轉子磁極中心線與定子鐵心中心高差控制在-3～0 mm范圍內。轉子磁極中心線高程的確定需要注意兩個變量：下機架只承受機組轉動部件重量時的撓度值[τ]和轉子本身的撓度值[Δ]。首臺機組的高程確定只能根據廠家提供的計算報告和以往安裝經驗。在首臺機組安裝中，架設百分表監測相關變形量，便于后續機組的高程確定。

待轉子正式吊裝、連接主軸和轉輪后，應及時測量轉輪上、下止漏環高差以及定轉子中心線的高差。若出現一定的偏差，可以通過調整下機架推導軸承的抗重螺栓或彈簧墊片來糾正偏差。

4 結 語

現場水輪發電機組安裝過程中，使用尺寸鏈、高程差的方法控制下機架、轉子磁極中心線，取得了較好效果。在控制過程中對機組高程產生的誤差進行了簡要分析并提出了相應的控制措施。本文探討的方法對后續巨型水輪發電機組的高程控制具有借鑒意義。

參考文獻：

[1] 熊中博. 亭子口電站機組固定部件與轉動部件安裝高程的確定[J]. 水力發電， 2014，40（9）：58-59.

[2] 吳建洪， 呂桂英. 立式水輪發電機組部件安裝高程控制技術[J]. 安裝， 2015（10）：25-26.

[3] 田大學， 陳長友. 水輪發電機組安裝監理質量控制實踐[J]. 人民長江，2012，43（6）：85-87.

（編輯：李曉濛）