軸流轉槳式水輪發電機組轉輪組裝工藝分析

周曉升

(大唐旬陽水力發電廠 陜西安康 725700)

在雙碳戰略目標驅動下，水電行業快速發展，軸流轉槳式水輪發電機組憑借其效率高、維護簡單、流量大的優勢而備受水電站青睞[1]。為確保軸流轉槳式水輪發電機組能夠切實發揮出其優勢，保障機組設備運行效率及使用壽命，應從根本處入手，按照標準規定規范化組裝軸流轉槳式水輪機，轉輪部分作為軸流轉槳式水輪機的關鍵部分，必須科學組裝。

1 水電站概況

旬陽水電站位于陜西漢江上游干流，水電站主要任務為水力發電，并兼顧航運，屬于陜西省重點工程，總投資407 922 萬元。旬陽水電站總裝機容量為320 MW，設置4臺單機容量為80 MW的軸流轉槳式水輪發電機組，年利用小時數2 625 h。額定水頭21 m，多年平均發電量為8.4億kW·h。水輪機屬于軸流轉槳式水輪發電機組的核心部件，其運行原理是借助水流勢能驅動設備主軸旋轉，繼而轉化旋轉機械能，設備主軸的旋轉帶動轉子旋轉，進一步將旋轉機械能轉化為電能，相較于其他水輪機，軸流轉槳式水輪機可根據負荷變化及水電站水頭變化靈活化調整水輪機轉輪葉片，使葉片轉角與導葉轉角能夠始終保持在最優配合下[2]。旬陽水電站的軸流轉槳式水輪機共有5個葉片，轉輪由活塞缸、轉輪體、活塞軸、泄水錐、葉片、傳動裝置等部件構成，在軸流轉槳式水輪機轉輪組裝時，應按照組裝工藝標準開展作業。

2 軸流轉槳式水輪發電機組轉輪組裝規定

旬陽水電站軸流轉槳式水輪發電機組轉輪組裝規定如下：（1）設備安裝前需全面檢查清掃，按照組裝圖紙校驗重要部件的主要尺寸及配合公差，若發現缺陷需進行記錄。（2）設備組合面應光潔無毛刺，合縫間隙應控制在標準范圍內，可運用0.05 mm 塞尺檢查合縫間隙，而局部間隙則需運用0.10 mm塞尺進行檢查，要求間隙深度應低于1/3的組合面寬度，總長低于20%的周長，此外，銷釘及組合螺栓周圍不可存在間隙。（3）組裝應做好部件的標記工作，安裝多臺機組時，則需進行系列化標號，通過標號標記為后續組裝作業奠定基礎。（4）連接螺栓若具有預緊力要求，則其預緊力偏差不可超出標準值的±10%，通常情況下，連接螺栓預緊力需大于兩倍的設計工作壓力，且低于3/4 的材料屈服強度。細牙連接螺栓安裝時應涂潤滑劑，按照要求將螺母、螺栓鎖定牢固。（5）軸流轉槳式水輪發電機轉輪組裝前，應控制好X、Y基準線標點及高程點，基準點誤差需低于±1 mm；高程差測量誤差需低于±0.5 mm；測量中心所運用的鋼絲線拉應力至少需1 200 MPa，直徑應處于0.3～0.4 mm 范圍內；機組中心與圓度的測量誤差應低于0.05 mm[3]。軸流轉槳式水輪發電機組轉輪組裝時，應考慮到外部環境溫度變化對測量精度的干擾，在實際中組裝時，應按照溫度變化情況進行測量數值修正。

3 轉輪組裝工藝流程分析

3.1 前期準備工作

第一，在正式組裝轉輪前全面清理相關零部件，不允許存在尖角毛刺、氧化皮、污垢，尤其是螺孔、螺紋，必須做到無硬質顆粒與尖角毛刺。第二，找出葉片、轉臂等部件的出廠編號，并運用油漆筆再次標識，便于現場安裝，完成轉輪組裝后，新標編號可清除。第三，按照編號預裝A 型圓螺母耳柄轉臂螺栓，預裝期間不可出現螺栓、螺母卡阻現象，若出現預裝卡阻問題，不可運用蠻力強行安裝，需退出部分螺紋后將其調整，后續安裝，若仍有卡阻現象則需全部退出螺桿，全面清理螺紋后預裝。預裝過程中周邊不可進行打磨工作，避免打磨所產生的硬質顆粒進入螺紋內形成粘牙現象，若必要情況下需進行打磨，則應做好隔離措施。完成預裝作業后進行防銹保護處理，尤其為螺紋部分。除預裝螺母外，還需進行葉片銷、轉臂、葉片的銷孔清掃。

3.2 轉輪體組裝

將轉輪安裝支架、擋塊及緊固件等部件運至安裝間，于安裝間基礎上倒放中間操作油管，采用吊裝的方式將轉輪體轉移至安裝間，并將其倒放至轉輪安裝支架上。完成上述操作后，組裝連桿銷、耳柄、連桿、轉臂等部件，將轉臂連桿耳柄吊裝工具等安裝至轉輪體上，轉臂組裝完成后，轉動連桿與耳柄，確保其能夠在活動范圍內保持順暢轉動，將連桿、轉臂等部件進行吊裝。

3.3 安裝活塞套裝

安裝卡環并固定轉臂部件的位置，將中間操作油管提起后進行安裝固定，在此期間應注意保護“O”型圈，避免損傷密封圈而影響轉輪性能。安裝轉輪起吊翻身支架與轉臂連桿耳柄吊裝工具，注意固定轉臂空位置，按照活塞桿、接力器缸體、活塞、接力器缸蓋、導向塊、連接螺栓的順序進行安裝。安裝斯特封，并于安裝結束后檢查斯特封是否已全部進入密封槽內，避免接力器缸蓋與缸體安裝時損傷斯特封。待活塞進入接力器缸體前需注意檢查導向帶及格萊圈，確保兩者無損傷后安裝活塞。采用液壓拉伸器預緊轉輪體與活塞桿連接螺栓，有效伸長值為（0.82±0.02）mm；采用液壓拉伸器預緊耳柄螺栓，有效伸長值（0.34±0.02）mm，上述螺栓預緊工作不可一次拉伸到位，需將其分為2～3次進行均勻拉伸，需控制每次拉伸值大致相等[4]。若需多個連接螺栓同時拉伸，將連接螺栓均勻分布即可。拉伸耳柄螺栓之前必須做好A型圓螺母與接力器組裝工作，并需確保耳柄與墊片之間無間隙，若經檢查發現兩者之間存在間隙，則需調整耳柄，待間隙消除后方可拉伸耳柄螺栓。

3.4 轉輪起吊空翻

將轉臂連桿耳柄吊裝工具拆除，并安裝好操作系統全關位置固定工具，在此基礎上安裝轉輪起吊翻身工具，安裝前需注意檢查定位情況，確保安裝準確。完成翻身工具安裝作業后注意檢查把合螺栓，必要時可運用力矩扳手檢查緊力矩。完成上述安裝工作后試吊轉輪，確保轉輪安全穩固后運用主鉤起吊轉輪，另一吊鉤則設置于保護鋼絲繩側，空翻轉輪[5]。轉輪起吊前應全面清理內部灰塵與金屬粉末，確保轉輪內部清潔后方可進行轉輪空翻，而在轉輪翻身期間應注意保護鋼絲繩及轉輪本體，兩者接觸位置墊防護板，并將其置于轉輪翻身工具圓角部位處，轉輪空翻結束后將轉輪翻身工具拆除即可。

3.5 安裝轉輪支架

按照組裝視圖安裝轉輪支架，將轉輪置于支架上后拆除吊鉤，從上方安裝內操作油管等部件，此外，需將蓋板、泄水錐、排油閥等部件安裝至安裝間，同時將泄水錐吊裝至轉輪支架旁邊。運用吊鉤將轉輪吊裝至泄水錐上方，進一步將泄水錐安裝至轉輪結構上。此外，轉輪吊裝至支架上時，應結合實際組裝情況調節轉輪，用于控制泄水錐安裝角度，同時按照組裝視圖將泄水錐置于X、Y軸線上。

3.6 轉輪葉片組裝

按照標準安裝葉片吊裝工具，安裝結束后進行試吊，確保各處穩定牢靠后方可進行正式吊裝。將葉片密封套在葉片樞軸上，采用吊裝的方式將葉片安裝至轉輪結構上，為避免安裝操作劃傷軸瓦，應于軸瓦表面涂抹潤滑油，同時待葉片靠近轉輪葉片軸孔時注意調節葉片水平高度及角度，使葉片樞軸與轉輪葉片軸孔同軸，且葉片轉臂與轉角保持一致后，方可安裝葉片。轉輪葉片在安裝期間不可使用蠻力，需結合轉輪現場組裝情況隨時調整葉片，將葉片靠近圓柱銷時應注意降低葉片進入軸孔的速度，使圓柱銷倒角段緩慢進入葉片銷孔，以此保障安裝效果，待倒角段進入葉片銷孔后，可恢復葉片安裝速度[6]。安裝葉片螺栓，在此期間不可使用蠻力進行安裝，避免出現螺栓粘牙問題，若于安裝期間出現卡阻現象，則需完全退出螺栓，清理螺孔及螺栓后再次安裝，安裝過程中需注意調節葉片螺栓，以此確保葉片螺栓能夠順暢無卡阻的完成安裝工作。采用電加熱器預緊葉片與轉臂連接螺栓，有效伸長值為（0.42±0.02）mm，連接螺栓不可一次加熱伸長到位，需分為2～3 次均勻加熱伸長，并確保每次的拉伸值相同，若需同時加熱同一葉片上的多個螺栓，則需將帶加熱螺栓均勻分布。完成上述安裝操作將潤滑脂涂抹至葉片密封壓板表面，在此基礎上安裝葉片密封壓板，壓板螺栓安裝時后應均勻緊固，在轉輪操作試驗完后，再一次檢查螺栓，全部擰緊后在螺栓孔涂上填充材料保護螺栓。部分葉片密封壓板的固定螺栓在葉片干涉下無法直接安裝，此時僅安裝不存在葉片干涉問題的螺栓即可，其余螺栓待葉片動作試驗時進行安裝。完成葉片安裝工作后，需進一步安裝轉輪其他零部件，并檢查轉輪體、泄水錐與葉片內圓之間的間隙值，為保障軸流轉槳式水輪發電機組轉輪動作，需將葉片內圓與泄水錐、轉輪體之間的間隙值控制在2.5～3.5 mm范圍內。

3.7 轉輪操作試驗

為檢驗轉輪結構安裝質量，需組織轉輪操作試驗，此時需安裝轉輪試驗工具，為轉輪操作試驗的進行奠定基礎。轉輪操作試驗主要包括動作試驗、密封滲漏試驗。（1）動作試驗。檢查葉片轉動是否平穩，傳動機構動作是否靈活，動作試驗期間，需控制試驗油壓低于1.5 MPa，同時應用泄水錐進行泄壓，避免壓力過高。（2）活塞密封滲漏試驗。試驗壓力為6.3 MPa，于全關位置、全開位置分別實施，活塞密封漏油允許量需低于70 mL/min，其他密封位置不允許出現漏油現象。泄水錐與轉輪體空腔沖油后同樣需進行密封試驗，泄水錐與轉輪體的密封試驗壓力分別為0.5 MPa、0.05 MPa，試驗時間分別為8 h、1 h，在試驗期間，每小時應全行程轉動葉片2～3 次，各葉片合面及密封處不得出現滲漏現象。完成轉輪操作試驗后需嚴密堵死放氣孔及試驗孔，避免發生漏油現象。

4 結語

綜上所述，軸流轉槳式水輪發電機組在水電站運行過程中具有良好作用，為保障水輪發電機組作用，需重視轉輪部位的組裝工作。在組裝期間應嚴格按照規定標準進行操作，嚴謹細心，科學規范，盡可能避免出現組裝失誤現象。在旬陽水電站中，軸流轉槳式水輪發電機組轉輪組裝效果較好，轉輪組裝完成后可穩定安全運行。