淺析蓄能電站水泵水輪機的安裝及工藝

蔡 雄

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

水泵水輪機的設備安裝基本內容為：尾水管、泄流環(底環)、蝸殼(座環)、頂蓋、轉輪、主軸、主軸密封及其供排水系統、導水葉及操作機構、導水葉接力器、水導軸承及其循環冷卻系統、機坑里襯以及相關附屬設備。在實際操作中高程和中心才是作為機組安裝的前提，要仔細分析其安裝的位置。以下是對水泵水輪機設備安裝過程中的重點和難點說明。

1 關于對水泵水輪機的認識

水泵水輪機具有正向和反向兩種運行工況，即水輪機工況和水泵工況。在水輪機工況時，在水流的驅動下帶動主軸旋轉，從而將力矩傳遞到發電機，使其產生電能。而在水泵工況時，發電電動機的旋轉將電能轉化為機械能，帶動轉輪旋轉使其進行水泵作業。

2 尾水管安裝

蓄能機組的水輪機尾水管由數節組成，大部分已在廠內完成制作，然后分節到貨。但一般尺寸較大的尾水管擴散段，為方便運輸，在工廠制作完畢后會分瓣運到工地，需要在施工現場進行組焊成節后再進行安裝。尾水管擴散段的分瓣組焊根據現場條件和進度可選擇在工地的車間或安裝間進行。

擴散段一般設在尾水隧洞內，主廠房橋機無法將其吊裝到位，在安裝前需在機坑內架設軌道，以便安裝在尾水支洞內的肘管里襯運輸。用主廠房橋機將肘管里襯吊至軌道上，然后利用電動葫蘆和卷揚機將其拖進尾水隧洞，再進行調整。然后按由下游至上游的順序分別進行安裝，重點要放在控制首節管口的高程、水平和中心。

3 座環與蝸殼的安裝

座環與蝸殼安裝的重點和難點主要是：保證蝸殼的焊縫質量和座環法蘭焊接后的水平，以及安裝后的中心、水平和高程。根據目前技術規范GB/T 8564-2003 的要求，座環上法蘭面的水平波浪度須控制在約0.30 mm 左右。如平面度控制不好，將會影響導水機構的整體安裝精度。施工前，應熟悉焊接方案，對加熱、焊縫焊接順序、變形控制和監控對照廠家作業指導書作好分析。

座環與蝸殼焊接必須采取加熱措施和后熱措施，以消除焊縫內應力，減少焊接時的裂紋[1]焊接時要嚴控焊縫打底質量和厚度，后熱處理到常溫后，復測法蘭面水平和座環內徑，在沒有變形的情況下，需慢慢調整焊接順序。后續的每層焊接厚度以10~15 mm 為宜，每層焊接完成后，需隔夜冷卻復測相關數據，按情況再調整焊接順序。當天焊接完成后，需嚴格進行后熱處理，這樣才能保證焊縫質量。

座環與蝸殼吊入機坑內后，進行調整時除了需要控制好座環的中心、水平和高程外，還需要與引水系統的軸線對齊，相互兼顧[2]。根據蓄能電站的特點，廠家會要求蝸殼與引水系統的軸線偏差小于5 mm，以保證后續機組進水閥（球閥）的安裝精度。座環與蝸殼的調整，以楔子板調整為主，這樣調整的好處是反彈現象較小，從而保證了座環與蝸殼的安裝質量。另外，配合座環與蝸殼的緊固螺栓加以控制，使法蘭面水平滿足設計要求。

在座環調整安裝后，還需要進行蝸殼延伸管安裝、蝸殼水壓試驗、機坑里襯安裝、接力器基礎安裝等，這樣不可避免對座環的水平、中心有影響。為此，需要加強監控測量，及時調整水平、中心至要求范圍，做好座環的加固工作。座環與蝸殼移交土建后，在混凝土澆筑過程中，監測座環法蘭的中心、水平變化和座環與蝸殼的軸線變化情況，以及延伸管法蘭傾斜度。過程可與土建協調，先對水平低的一側澆筑混凝土，從而避免軸線偏移。

4 導水機構安裝

導水機構的安裝通常在底環、錐管完成預埋安裝之后。正式安裝前，需要對導水機構進行預裝，借以檢查導水機構各部件（底環、導葉、頂蓋）的配合尺寸，并確定頂蓋最終安裝位置。

水輪機具備導水機構預裝條件后，需要對座環、底環等部件進行清理檢查，復測其水平和中心，預裝時僅需安裝4 個或總活動導葉的一半即可，同時再將頂蓋吊入機坑，等頂蓋就位后，首先對底環與頂蓋的中心進行調整。中心調整采用鋼琴線電測法，以下止漏環的中心來測量頂蓋與下止漏環的同心度，再根據測量結果，調整頂蓋與下止漏的同心度。關于頂蓋的調整，個人建議以液壓千斤頂進行同心度的調整，配合楔子板，因地制宜操作。同心度的調整是耗時耗力的工作，可能需要進行近百次的重復測量，數十次的調整，方能滿足設計要求，因此它是導水機構安裝的核心和重點。在同心度調整合格后，需進行對頂蓋和底環定位銷釘孔的鉆鉸，如果是埋入式底環結構，應先鉆鉸底環的定位銷釘孔，并在底環二期混凝土澆筑完畢且養護到期后，對導水機構預裝的所有數據進行復測，驗收合格后再鉆鉸頂蓋的定位銷釘孔。在預裝完畢后，將頂蓋和其他部件拆卸吊出機坑，并對機坑進行清掃為后續導水機構正式安裝做好準備。

導水機構的正式安裝建立在預裝的工序基礎上，只需做好每一步清洗工作和成品保護工作，進而保證安裝工作的順利進行。需要注意的是一定要確保各組合面的密封要安裝到位無異常。在保證頂蓋與底環的同心度和同軸度后，方能保證導葉的垂直度，確保導葉的端面間隙滿足規范和設計要求，減少導葉對軸套的摩擦力，從而減少磨損，保證機組的正常運行。

5 轉輪和主軸安裝

在導水機構預裝合格后，再進行轉輪的安裝，吊裝過程要使用廠家專用的吊具進行吊裝。轉輪安裝前，應提前計算好轉輪的臨時就位高程，在底環（泄水環）表面上設置好臨時墊塊[3]。轉輪在底環上就位前應“推出”轉輪與底環下止漏環的間隙值，以便總裝時計算實際值。轉輪就位后，應在錐管處，使用楔子板對轉輪進行固定，保證頂蓋吊裝時，轉輪不發生異動。

水輪機的主軸應在頂蓋正式就位后安裝，安裝前重點復測轉輪的中心、水平和高程，合格后再吊裝主軸[4]。同時要注意的是在安裝過程中，務必要確保法蘭面的清潔度。主軸與轉輪的螺栓把合是關鍵，過程中應加強測量，按設計要求嚴格控制螺栓的拉伸值。

6 主軸密封和水導軸承安裝

主軸密封和水導軸承的安裝，重點要控制其支承座的安裝時機、安裝空間、各安裝環部位與大軸或相鄰部件的間隙、軸承的銷釘孔鉆鉸質量和軸瓦間隙的調整。

主軸密封支撐環應先安裝就位，控制好與大軸和機組中心的位置。要加強對活動密封環與支撐環的裝配檢查，活動密封環與支撐環間隙應符合設計要求，活動密封環能上下自由活動。主軸密封整體安裝完成后，需進行主軸密封漏水量監測實驗。需在主軸密封內安裝監測百分表，然后對尾水管進行充水作業，使活動密封環應均勻上浮，然后觀察監測百分表數值以及水膜厚度，相關數據應滿足設計要求。

水導軸承支撐座應在主軸密封內部安裝完成后再進行安裝，其位置要以定位后的大軸為主中心進行調整[5]。水導軸承組裝時應控制好各個環面和管路口的安裝質量，保證煤油滲透試驗合格。軸瓦間隙調整時，應先把大軸抱緊在中心后，再對稱調整楔子板和頂塊，來保證間隙均勻。

7 接力器系統安裝

單導葉接力器安裝工藝比較簡單，關鍵是對基礎法蘭的加工。在具備安裝條件后，先對接力器基礎板進行檢查，接力器基礎板固定在接力器里襯上。接力器里襯焊接完成后，要進行二期混凝土的澆筑，澆筑過程中，不可避免會發生變形和中心偏差等情況，因此在安裝接力器前要對基礎板進行檢查處理[6]。安裝接力器模型時，要按設計要求調整模型與拐臂的中心、水平及接力器與拐臂控制角度。在調整合格后，需測量接力器安裝基礎板到接力器底座（模型底座）的距離，并根據測量結果加工每個小接力器的調整墊板。在接力器調整墊板加工完畢并進行驗收后，將接力器調整墊板安裝到基礎板上并進行固定，并測量調整墊板與接力器基座配合面的垂直度，若達不到要求則進行加工調整，直到符合標準。將接力器安裝就位后，需調整接力器與拐臂水平與中心，在調整拐臂與接力器水平時，應對接力器全開和全關兩個位置都要進行檢查，要保證兩種狀態都要滿足要求。接力器安裝完畢后，再進行接力器與拐臂的傳動聯板及傳動銷釘的安裝。至此，整個接力器系統安裝完成。

8 結論

隨著中國經濟的發展及對能源建設的需要。全面提升混流式機組的技術及應用水平，不斷推進安裝工藝專業技能水平，才能為企業做出更大的貢獻。