小型軸流式水輪發電機組的定子安裝高程計算

裴劍輝

（安徽省蚌埠閘工程管理處，安徽 蚌埠 233010）

1 概述

小型軸流式水輪發電機組由于其具有低水頭、大流量的特性，在農村小型水電站的建設中應用廣泛，機組組成部件一般都是分別解體運達電站現場，在土建工程移交后，機組便可以進行安裝工作。立式機組安裝通常先安裝水輪機，后安裝發電機部分。水輪發電機組主要由固定部分和轉動部分組成，機組安裝時需要首先進行固定部分埋設件安裝，然后安裝導水機構、下機架和轉動部分等，最后安裝軸承及輔助設備。固定部分埋件主要包括尾水管里襯、轉輪室、座環、下機架、定子等，立式機組的發電機定子部分的安裝是整個安裝工程中的重點和難點，本文以ZD760-LMY-120型水輪機和SF250-20/1730型發電機為例，說明現場安裝工作中怎樣計算確定立式發電機定子安裝控制高程。

2 發電機定子高程的計算方法

立式水輪發電機組主要部件安裝的控制高程一般由設計院根據廠家提供的數據在設計圖紙上標明，是我們安裝工作中主要依據。但是，水輪發電機組由不同部件分別組合而成，其尺寸較大，現場一般無法進行整體預裝，由于廠家制造或裝配工藝的原因，機組的安裝尺寸會有一定的誤差積累，因此，機組安裝前一般需要進行部件相關尺寸的實際測量，對照圖紙復核相關尺寸的正確性和誤差大小，根據實測的數據，重新計算主要部件的控制高程（參見圖1），復核與圖紙設計高程的偏差，計算成果可以作為安裝的主要依據。

2.1 部件尺寸測量

2.1.1 轉輪法蘭面到轉輪臺肩距離h1

用深度游標卡尺測量水輪機轉輪的法蘭組合面到轉輪臺肩的距離，分別測量對稱的4個方位，取其平均值作為h1的數值，本機組h1=25 mm。

2.1.2 水導軸承安裝面到支持蓋下端平面的距離h2

水導軸承安裝面為精加工面，可以作為水輪機上部固定部分安裝的高程測量基準，使用檢驗平尺或鋼直尺立面放于支持蓋下端圓平面上，用深度游標卡尺（0～600 mm加長加寬基座600 mm）的基座平放于水導軸承安裝面，測量該面到檢驗平尺或鋼直尺的距離，分別測量對稱的4個方位，取其平均值作為h2的數值，本機測得h2=434 mm。

測量操作時可根據需要，從頂蓋上部抽出固定導葉軸，取出部分活動導葉，從而方便測量。

2.1.3 水輪機軸長度h3

平放水輪機大軸，使用鋼卷尺測量大軸兩個法蘭之間的距離，測量對稱四個方位的數值，取其平均數作水輪機軸長h3值，本機測得h3=4 339 mm。

圖1 定子安裝高程計算圖

2.1.4 支持蓋底平面到轉輪室上平面距離h'

在轉輪室的上平面水平拉一條鋼琴線（直徑0.20 mm），使鋼琴線剛剛接觸支持蓋下部側面，對稱4個方向用直尺測量支持蓋底平面到鋼琴線的距離，取其平均值即為h'，本機測得h'=69 mm。

2.1.5 轉子磁極中心到發電機軸法蘭面距離h4

轉子到達現場，一般水平橫放在鋼支架上，用鋼琴線在轉子制動環平面和大軸法蘭平面分別垂直懸掛鋼琴線，對稱4點分別量出鋼琴線之間的距離，取平均數得L2值，本機實測L2=833 mm。

再用深度千分尺在20個磁極量出制動環平面到轉子鐵心硅鋼片下平面的距離h，計算20個數據平均值即得L1：

本機實測平均值L1=90 mm。

同樣，用游標卡尺測量20個磁極鐵心硅鋼片上、下面的距離h'，計算20個數據平均值即得轉子磁極鐵心平均高度L：

本機實測平均值L=174 mm。

計算轉子磁極水平中心到發電機軸法蘭面距離h4：

根據發電機廠家圖紙標注h4=1 011 mm，即裝配、工藝積累誤差造成比設計值小1 mm,就是說轉子磁極平均中心比設計位置降低1 mm。

2.1.6 定子上法蘭平面到定子磁場中心的距離H1

（1）用加長加寬基座深度游標卡尺（0～600 mm加長加寬基座600 mm）測量定子上法蘭面到定子鐵心硅鋼片上面的距離L1'，測量時，深度游標卡尺基座平放于定子法蘭面，本機測量采用對稱20點數據，取其平均值作L1'=381 mm。

（2）用游標卡尺測量對稱20個點的定子鐵心硅鋼片上、下平面距離，計算所得數據的平均值即得定子鐵心硅鋼片的平均高度L'=175 mm。

（3）定子上法蘭平面到定子磁場水平中心的距離H1：

2.2 定子安裝高程計算

定子安裝時需滿足定、轉子磁場中心一致的要求，GB/T 8564-2003《水輪發電機組安裝技術規范》的9.5.3作出規定：按水輪機法蘭高程及各部件實測尺寸核對定子安裝高程，應使定子鐵心平均中心高程與轉子磁極平均中心高程一致，其偏差不應超過定子鐵心有效長度的±0.15%，但最大不超過±4 mm。根據該要求，轉子磁極中心應略低于定子磁場中心，可以保證定子對轉子有微小的向上的磁拉力，有利于減小推力軸承的載荷。

ZD760-LMY-120型水輪機采用結構簡單的內調節式導水機構，底環是在轉輪室上平面布置的，與轉輪室一體。該導水機構部分設計簡單，頂蓋與支持蓋的定位由導葉軸加工面及安裝精度保證，其結構如圖2所示，頂蓋及支持蓋的垂直及水平方向由固定導葉軸定位完成，垂直度由16根固定導葉軸兩端的軸頸與底環和頂蓋的圓柱孔配合保證，水平度則由兩端軸頸的臺肩與底環和頂蓋的平面配合保證。轉輪室、頂蓋、支持蓋、導水機構等已在出廠時整體調整完好，轉輪室、頂蓋、支持蓋的同心度由廠家保證，現場對轉輪室及導水機構等固定部分可以作為整體安裝，無需進行解體，只需要對支持蓋上的水導軸承安裝孔和轉輪室進行同心度復查。其中，水導軸承安裝面和安裝孔均為精加工面，導水機構水平度在該面放框式水平儀測定，可以作為上部（主軸水封、下機架、定子等）固定部件的高程、中心的安裝基準。

圖2 內調節式導葉結構

（1）尾水管里襯在土建預埋時已經定位，在里襯頂面劃出X、Y坐標線記號，根據土建預留的機組X、Y軸線及高程基準點，復核里襯頂部高程和X、Y坐標線的偏差大小。里襯頂面高程為14.11 m。

（2）轉輪室頂面高程：圖紙標示及實測復核，轉輪室底部法蘭面到頂部平均高度490 mm，所以，轉輪室上平面高程為：

（3）支持蓋底部圓環平面高程：

支持蓋導軸承安裝平面高程H軸承：

（4）輪葉水平中心高程H葉：由圖紙標示轉輪室上平面到轉輪葉片水平中心距離為254 mm，則：

（5）轉子磁場中心高程

轉輪臺肩平面到支持蓋底平面設計距離為10 mm，則：

轉子磁場平均中心到支持蓋底平面高差=h1+h3+h4-0.010=0.025+4.339+1.010-0.010=5.364 m

所以，轉子磁場平均中心高程=H支底+5.364=14.531+5.364=19.895 m

（6）定子上法蘭平面高程：

按照定鐵心平均中心高程與轉子磁極平均中心高程一致的要求，所以定子磁場水平中心線的高程應為19.895 m，定子上法蘭平面高程=19.895+H1=19.895+0.469=20.364 m。又因為允許的偏差值不超過定子鐵心有效長度的±0.15%，最大不超過±4 mm，因此，定子上法蘭面的控制高程H：

由L'=175 mm，計算得0.15%L'=0.26 mm值很小，可忽略不計，定子法蘭控制高程為20.364 m。

（7）定子基礎板平面高程：

定子高度測量平均值H2=800 mm，

所以，定子基礎板高程=定子上平面高程-H2=20.364-0.8=19.564 m。

3 安裝注意事項

（1）定子上平面圖紙設計高程20.366 m,實測計算的高程為20.364 m，兩者相差2 mm。實測計算值20.364 m應作為定子法蘭上平面的控制高程，比設計位置降低2 mm。定子基礎板平面控制高程應為19.564 m，上機架安裝高程也會降低2 mm。若實測計算值誤差較大（較低或較高）時，推力頭安裝前，應考慮測量推力油槽擋油圈上端與推力頭內頂圓面之間的間隙，防止運行中擋油圈上端位置低時甩油或高時碰擦，如不合要求，應處理擋油圈上端尺寸。推力瓦的每個抗重螺栓、鎖定螺栓高度也要相應調整。本例誤差較小可忽略不計。

（2）下機架基礎安裝高程一般到定子基礎板設計有一定高差尺寸，由于定子基礎板高程較設計下降2 mm，所以，下機架基礎板高程應比到定子基礎板設計高差減小2 mm，這樣才可以保證下導軸承與軸領的相對設計位置。

（3）安裝過程中，轉子已吊入定子內，應調整轉動部分高程，在鏡板初調水平，裝入絕緣調整墊，需要在盤車測量擺度之前，實測定、轉子鐵心硅鋼片上平面相對高差，即定子鐵心平均中心高程與轉子磁極平均中心高程之差。

定、轉子鐵心中心相對高差測量需要自制深度卡尺，直接測量硅鋼片上平面的高差值，點數選擇可與轉子磁極數相同，然后計算出相對高差的平均值，進一步確定定、轉子磁場中心高程差，使之符合規程要求。正常后，恢復機組正常運行。

圖14 流量調節閥位置示意圖

（2）如調整流量調節閥開度，不能恢復3號球閥正常的啟閉時間，請清蓄運行人員向調度申請緊急停機檢修。拆卸3號球閥主配壓閥，檢查閥芯11、底層銅套4、中層銅套6、上銅套壓環8和閥芯下軸套9密封面的磨損情況，對磨損嚴重的密封面進行補焊、打磨平整后回裝，調節流量調節閥開度，3號球閥啟閉時間正常后，恢復機組運行。

5 結語

此次清蓄電廠3號球閥主配壓閥內漏缺研究，探討了球閥主配壓閥可能的內漏原因，現場采取的處理措施及缺陷擴大可以采取的應急處理。從原因查找到缺陷處理都是一個探索與學習的過程，為后續類似缺陷的處理積累了一定的經驗，對后續類似的缺陷處理及原因查找提供了借鑒。