天池抽水蓄能電站導(dǎo)水機構(gòu)安裝工藝探析

高 鑫，趙小浩，李青楠，徐志壯，宗懷遠

（河南天池抽水蓄能有限公司，河南 南陽 473000）

0 引言

抽水蓄能電站是目前最常用的大規(guī)模儲能技術(shù)，具有技術(shù)成熟、效率高、容量大、儲能周期不受限制等優(yōu)點。現(xiàn)階段，各處抽水蓄能電站項目蓬勃發(fā)展，導(dǎo)水機構(gòu)作為抽水蓄能電站水泵水輪機組的重要部件，其安裝工藝控制具有十分重要的作用。本文將以天池抽水蓄能電站導(dǎo)水機構(gòu)安裝過程為例，探析導(dǎo)水機構(gòu)安裝工藝控制。

1 天池抽水蓄能電站導(dǎo)水機構(gòu)

天池抽水蓄能電站4 臺水泵水輪機組及其附屬設(shè)備由上海福伊特水電公司設(shè)計并制造，其導(dǎo)水機構(gòu)主要包括導(dǎo)葉接力器、連桿、拐臂、導(dǎo)葉、控制環(huán)和頂蓋、底環(huán)等部件。其中底環(huán)為半埋式結(jié)構(gòu)，在水泵水輪機埋件安裝時已安裝就位；頂蓋為分瓣結(jié)構(gòu)，需吊入機坑內(nèi)利用把合螺栓及圓柱銷進行定位、拼裝為整體后安裝。導(dǎo)水機構(gòu)部件參數(shù)見表1。

表1 導(dǎo)水機構(gòu)部件參數(shù)

2 導(dǎo)水機構(gòu)安裝

2.1 導(dǎo)水機構(gòu)安裝流程

導(dǎo)水機構(gòu)安裝流程見圖1，需要注意的是轉(zhuǎn)輪安裝及水輪機軸與轉(zhuǎn)輪聯(lián)軸為導(dǎo)水機構(gòu)安裝過程中穿插的其他設(shè)備安裝步驟。

2.2 導(dǎo)水機構(gòu)安裝過程

2.2.1 底環(huán)安裝與澆筑

底環(huán)為整體結(jié)構(gòu)，在尾水肘管安裝完成后即進行底環(huán)的安裝工作。底環(huán)安裝前需將分瓣的底環(huán)支撐環(huán)把合固定完成，并埋設(shè)錨鉤、基礎(chǔ)板、支撐環(huán)定位件及支撐環(huán)等，底環(huán)支撐環(huán)澆筑前需檢查支撐環(huán)套管半徑及弦長在范圍內(nèi)，若偏差過大，則會使底環(huán)基礎(chǔ)螺栓無法固定。

底環(huán)吊裝前需將基礎(chǔ)螺栓穿入支撐環(huán)套管內(nèi)，并注入黃油防腐，底環(huán)吊裝時需要控制好下落速度與方位，對好基礎(chǔ)螺栓與底環(huán)螺栓孔，避免碰傷。底環(huán)吊裝就位后，按機組中心線安裝鋼琴線，并根據(jù)+X、-X、+Y、-Y 軸線調(diào)整底環(huán)方位，通過調(diào)整螺母調(diào)整底環(huán)高度，并用水準(zhǔn)儀檢查底環(huán)抗磨板高程和平面度。在底環(huán)與基礎(chǔ)間安裝24 對楔子板，利用過液壓拉伸器將所有基礎(chǔ)螺栓預(yù)緊10%預(yù)緊力，待底環(huán)同蝸殼一同澆筑28 d 后，用液壓拉伸器將底環(huán)基礎(chǔ)螺栓100%預(yù)緊。在10%預(yù)緊力及100%預(yù)緊力時需要再次對底環(huán)數(shù)據(jù)進行測量，如果發(fā)現(xiàn)問題需要立即停機并查明原因，解決之后方可繼續(xù)安裝。

2.2.2 導(dǎo)葉及頂蓋預(yù)裝

導(dǎo)葉吊裝前，測量導(dǎo)葉瓣體的高度，每個導(dǎo)葉的大頭端和小頭端至少測量兩點，并將導(dǎo)葉清掃干凈，必要時用銼刀、拋光機將軸徑表面和導(dǎo)葉瓣體端面的毛刺清理干凈。在底環(huán)上的導(dǎo)葉軸孔清洗干凈后，安裝所有導(dǎo)葉孔對應(yīng)的導(dǎo)葉下軸套、軸套支撐座和密封件。依次吊起導(dǎo)葉到機坑，調(diào)整到垂直狀態(tài)，在落入底環(huán)軸孔前將下軸頸再次清洗干凈并安裝下導(dǎo)葉軸頸密封，在密封外緣涂上凡士林，在底環(huán)抗磨板上放置兩片0.20 mm 的銅片或其他軟質(zhì)保護墊墊于導(dǎo)葉全關(guān)位置的大、小頭端，緩緩吊裝導(dǎo)葉于底環(huán)之上，狀態(tài)接近全關(guān)位置。導(dǎo)葉進入底環(huán)軸孔后的下落過程中，扳動導(dǎo)葉瓣體，檢查導(dǎo)葉下軸頸與底環(huán)的配合情況，導(dǎo)葉應(yīng)轉(zhuǎn)動靈活。導(dǎo)葉預(yù)裝就位后，將導(dǎo)葉軸頸與底環(huán)之間的間隙用膠帶封住，以免異物掉入。

頂蓋預(yù)裝前先將6 個頂蓋安裝支撐專用工具吊入機坑并利用座環(huán)螺栓孔進行固定，對頂蓋清理干凈并對所有螺栓、螺母進行試配。將1/2 頂蓋與水平成60°傾角緩慢吊入機坑內(nèi)，頂蓋調(diào)置水平不大于3 mm 后，使活動導(dǎo)葉上軸頸對準(zhǔn)頂蓋導(dǎo)葉軸孔然后緩緩落至座環(huán)。將2/2 頂蓋吊入機坑內(nèi)，調(diào)至水平不大于3mm 后，將頂蓋放置在安裝支撐上（如圖2 所示）。 將1/2 頂蓋吊起后落至支撐上，兩瓣頂蓋慢慢靠近，通過旋緊組合螺栓將兩瓣頂蓋把緊。安裝導(dǎo)葉套筒后，吊起頂蓋將支撐工具移出機坑。頂蓋下落調(diào)整合格后對稱、均布安裝50%的頂蓋與座環(huán)把合螺栓，并分2 次用液壓拉伸器對稱拉緊，檢查導(dǎo)葉的上、下端面間隙，其端面總間隙應(yīng)在0.6～0.8 mm 之間且不存在規(guī)律性傾斜，調(diào)整導(dǎo)葉至全關(guān)位置，要求各導(dǎo)葉間隙基本為零，用0.05 mm 塞尺檢查，不能通過。調(diào)整合格后按要求鉆鉸6 個頂蓋與座環(huán)的定位銷孔，其余銷孔在正式安裝時鉆鉸。鉆鉸完成后分開并吊出頂蓋。

2.2.3 頂蓋安裝

頂蓋預(yù)裝完成吊出后需要對端面間隙不合格導(dǎo)葉進行處理，并進行轉(zhuǎn)輪吊裝。頂蓋安裝部分工作按預(yù)裝步驟進行，在頂蓋落到距座環(huán)把合面約20 mm 時穿入預(yù)裝時的6 個錐銷，使頂蓋落位到初始的預(yù)裝位置。頂蓋落位后檢查錐銷是否能夠安裝到位，確認頂蓋是否回到初始預(yù)裝位置。安裝把合螺栓時應(yīng)涂防咬合劑，用液壓拉伸器按照設(shè)計的預(yù)緊力要求對稱拉伸，要求分3 次拉伸，每拉伸一次要使拉伸器活塞復(fù)位。預(yù)緊后，鉆鉸頂蓋與座環(huán)把合面的其余14 個錐銷孔并安裝錐銷，最后將所有導(dǎo)葉套筒安裝就位。

2.2.4 導(dǎo)水機構(gòu)其他部件安裝

導(dǎo)水機構(gòu)其他部件包括控制環(huán)、導(dǎo)葉拐臂、小連板及其他零件，在導(dǎo)葉拐臂安裝時進行端面間隙的調(diào)整。

控制環(huán)安裝前需要找準(zhǔn)廠內(nèi)方位記號，在頂蓋上安裝徑向軸承和軸向軸承，用沉頭螺釘把緊并用樂泰L243 鎖固。頂蓋吊落在頂蓋上，檢查控制環(huán)與頂蓋的軸承徑向間隙，其間隙軸向應(yīng)盡可能均勻，間隙滿足要求。合格后在頂蓋與控制環(huán)的非軸承配合縫處塞上斜鍥，將控制環(huán)與頂蓋相對固定牢靠。最后配裝壓板和軸承，控制壓板和控制環(huán)間隙在范圍內(nèi)。

導(dǎo)葉臂安裝前清理干凈，并在軸孔內(nèi)涂抹少許凡士林，使其平穩(wěn)下落與導(dǎo)葉進行套裝，導(dǎo)葉臂下落應(yīng)保持水平，與導(dǎo)葉上軸頸套裝后下落時轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉臂，邊轉(zhuǎn)動邊下落，以防導(dǎo)葉臂下落時由于不平與導(dǎo)葉軸頸卡死。取3 塊鉛塊均布于導(dǎo)葉上軸頸端面，安裝蓋板，把緊端蓋螺栓，安裝導(dǎo)葉抗重螺柱，根據(jù)所測得的導(dǎo)葉上、下端面間隙逐步把緊螺栓提升導(dǎo)葉使導(dǎo)葉上、下端面間隙分配滿足要求。拆掉蓋板，取出被壓扁的3 塊鉛塊，取3 鉛塊厚度平均值來配車間隙調(diào)整板進行最終安裝。

利用液氮冷卻方式安裝拐臂和控制環(huán)小耳孔內(nèi)的球軸承，并用定位環(huán)卡鎖。調(diào)整20 個導(dǎo)葉到接近全關(guān)位置，首先安裝下連接板，用臨時支撐或千斤頂支撐下連接板進行安裝。套入上支撐套管，將配套的上連接板套入銷孔，裝入連接桿并用M 24 螺栓、螺母把緊。將控制環(huán)轉(zhuǎn)至全關(guān)位置，調(diào)整偏心銷的轉(zhuǎn)動角度使導(dǎo)葉緊閉，要求各導(dǎo)葉立面間隙基本為0，用0.05 mm 塞尺檢查，不能通過。然后用鋼絲繩捆住導(dǎo)葉，用20 t 葫蘆拉緊，再次檢查仍應(yīng)滿足上述要求。

2.2.5 接力器安裝

接力器在現(xiàn)場進行分解、清洗、打壓及行程檢查后安裝， 行程檢查要求在2 MPa 油壓下動作靈活，行程偏差小于0.5 mm，耐壓壓力為1.5 倍工作壓力。通過接力器預(yù)裝確定基礎(chǔ)調(diào)整板厚度并進行加工，安裝加工后的接力器調(diào)整板，安裝所有的把合螺栓并按要求把緊。用塞尺檢查接力器調(diào)整板與基礎(chǔ)板之間的間隙，用0.05 mm 塞尺檢查應(yīng)不能通過。檢查接力器活塞桿頭中心到控制環(huán)大耳柄中心距離，對手動鎖定接力器的調(diào)整墊增厚1 mm（壓緊行程），對自動鎖定接力器的調(diào)整墊減薄1 mm。調(diào)整桿頭水平位置及高程，接力器調(diào)整合格后安裝大連板連接接力器與控制環(huán)。

3 安裝特點分析

（1）底環(huán)采用整體結(jié)構(gòu)半埋式安裝，不用現(xiàn)場組焊打磨，節(jié)約現(xiàn)場工期同時也減少了安裝過程中的問題，底環(huán)下方與尾水錐管檢修廊道相通，便于后期對活動導(dǎo)葉下套筒和底環(huán)安裝螺栓等部件的維護檢修。

（2）頂蓋采用預(yù)裝定位后安裝方式，便于對導(dǎo)葉端面間隙的調(diào)整，同時利用預(yù)裝時的定位大大提高了安裝精度。

（3）由于機坑里襯頂部設(shè)計尺寸較小，頂蓋只能在機坑內(nèi)部組裝把合，且吊裝時需要人力控制分瓣頂蓋的傾斜角度。由于機坑空間較小，在機坑內(nèi)組裝把合可能會影響安裝質(zhì)量，吊裝時也需要大量的人力。

4 總結(jié)

導(dǎo)水機構(gòu)需要承受調(diào)速器接力器的機械力矩及各種流態(tài)下的水力距，同時還需要長期在水沖擊、汽蝕等因素的惡劣環(huán)境下工作，需具有相當(dāng)高的強度、剛度、耐磨性等性能。基于此，我們在安裝過程中應(yīng)嚴格施工工藝控制，保證其具有良好的使用性能。本文對天池抽蓄電站導(dǎo)水機構(gòu)安裝工藝進行分析，僅供參考。

參考文獻：

[1] 蔣佳馳．仙居抽水蓄能電站導(dǎo)水機構(gòu)安裝優(yōu)化措施[J]．四川水力發(fā)電，2017，36（3）：67- 68．

[2] 鄭植強．抽水蓄能電站導(dǎo)水機構(gòu)的安裝施工技術(shù)探析[J]．陜西水利，2018（5）：188-190．

[3] 孫紅武．亭子口水利樞紐電站水輪機導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝[J]．水力發(fā)電，2013，39（6）：33- 35，57．

[4] 周若愚．大型可逆式水泵水輪機導(dǎo)水機構(gòu)安裝工藝技術(shù)[J]．水利技術(shù)監(jiān)督，2021（12）：110-115，239．