南水北調(diào)江都四站水泵設(shè)備監(jiān)造的實(shí)踐與探討

朱承明 萬(wàn) 泉 劉媛媛

（江蘇省江都水利工程管理處 225200）

1 工程概況

江都水利樞紐工程位于江蘇省江都市境內(nèi)的淮河入江水道尾閭與新通揚(yáng)運(yùn)河的交匯處，該工程由4座大型電力抽水站、12座大中型水閘以及其他配套設(shè)施組成，于1961年興建，1977年全部建成，具有灌溉、排澇、泄洪、通航、發(fā)電、過(guò)魚、改善生態(tài)環(huán)境等綜合功能。4座抽水站總裝機(jī)容量53000kW，設(shè)計(jì)流量400m3/s。它既是江蘇省江水北調(diào)工程的龍頭，也是國(guó)家南水北調(diào)東線工程的源頭。江都站改造工程于2005年12月開工建設(shè)。

江都四站更新改造工程是江都站改造工程的重點(diǎn)。本次改造更換全部7臺(tái)水泵，型號(hào)為2900ZLQ30—7.8立式全調(diào)節(jié)軸流泵，單機(jī)設(shè)計(jì)流量30.0m3/s，水泵葉片直徑2900mm，設(shè)計(jì)揚(yáng)程7.8m，轉(zhuǎn)速150.0r/min，電機(jī)選用同步電機(jī)，容量3400kW。肘形流道進(jìn)水，虹吸流道出水，進(jìn)、出水流道不改造。葉片調(diào)節(jié)采用液壓全調(diào)節(jié)。江都四站水泵總裝配圖見右圖。

2 監(jiān)造目標(biāo)和內(nèi)容

監(jiān)造工作主要依據(jù)《水利工程設(shè)備監(jiān)理的規(guī)定》、《南水北調(diào)水泵采購(gòu)、監(jiān)造、安裝、驗(yàn)收的指導(dǎo)意見》、《泵站安裝及驗(yàn)收規(guī)范》（SL317—2004）和招標(biāo)文件等國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章，對(duì)水泵制造過(guò)程進(jìn)行監(jiān)督并對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行簽證。

江都四站2900ZLQ30—7.8立式全調(diào)節(jié)軸流泵總裝圖

監(jiān)造工作內(nèi)容：依據(jù)監(jiān)造合同要求和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編寫《江都四站更新改造工程水泵及其附屬設(shè)備監(jiān)造大綱》、《江都四站更新改造工程水泵及其附屬設(shè)備監(jiān)造實(shí)施細(xì)則》；參加水泵采購(gòu)招標(biāo)文件審查；進(jìn)駐制造單位監(jiān)造；監(jiān)督制造設(shè)計(jì)是否符合合同要求；審查原型水泵圖紙與模型水泵圖紙的幾何相似；審查工藝設(shè)計(jì)能否達(dá)到合同要求；檢查計(jì)量器具是否達(dá)到“二級(jí)計(jì)量單位”的指標(biāo)；監(jiān)督制造單位質(zhì)量保證體系的正常運(yùn)轉(zhuǎn)；檢查協(xié)作單位的資質(zhì)及加工能力；檢查制造單位的生產(chǎn)計(jì)劃和檢驗(yàn)驗(yàn)證計(jì)劃執(zhí)行情況；檢查特殊工種的上崗資格；進(jìn)行各項(xiàng)程序性、文件性監(jiān)督檢查；對(duì)產(chǎn)品加工制造的全過(guò)程進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)督控制；對(duì)主要材料檢驗(yàn)和關(guān)鍵工藝進(jìn)行跟蹤檢查；對(duì)關(guān)鍵部件的加工精度和裝配精度進(jìn)行旁站檢查；對(duì)關(guān)鍵工序進(jìn)行檢查簽證后方可進(jìn)入下道工序；簽發(fā)合格產(chǎn)品支付憑證等。

3 監(jiān)造工作的開展

自招標(biāo)文件編制審查開始，江都四站水泵設(shè)備監(jiān)造工作正式展開。根據(jù)有關(guān)會(huì)議精神，江都四站水泵設(shè)備模型裝置性能試驗(yàn)采用軸流泵TJ04—ZL—02、TJ05—ZL—01以及混流泵211—80三個(gè)模型裝置進(jìn)行同臺(tái)對(duì)比試驗(yàn)。優(yōu)化比選后確定TJ04—ZL—02模型為江都四站最優(yōu)方案，并于2008年3月通過(guò)水泵模型裝置驗(yàn)收。水泵模型通過(guò)驗(yàn)收后，制造廠即開始原型水泵圖紙的設(shè)計(jì)，原型水泵的設(shè)計(jì)要確保與模型水泵的幾何相似，2008年6月水泵設(shè)計(jì)圖紙通過(guò)審查驗(yàn)收。之后，水泵設(shè)備進(jìn)入制造階段。

針對(duì)江都四站水泵設(shè)備的特點(diǎn)，監(jiān)造工作的重點(diǎn)是：?加強(qiáng)水泵原材料的檢驗(yàn)，檢驗(yàn)廠方提供的原材料檢測(cè)報(bào)告的同時(shí)，要求廠方對(duì)水泵關(guān)鍵部件原材料提供隨爐試棒或試塊，由監(jiān)造單位委托第三方獨(dú)立監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，并出具檢測(cè)報(bào)告；?做好水泵關(guān)鍵部件的監(jiān)造和驗(yàn)收，如水泵葉輪、水導(dǎo)軸承及其密封、泵軸和葉片調(diào)節(jié)裝置等。現(xiàn)將江都四站水泵主要監(jiān)造內(nèi)容及方法作如下介紹。

3.1 葉輪監(jiān)造內(nèi)容及方法

葉輪是水泵設(shè)備的核心部件，主要包括葉片、輪轂體和葉片操作機(jī)構(gòu)，其中葉片又是葉輪的關(guān)鍵部件。葉片材質(zhì)、加工精度和裝配工藝對(duì)水泵的性能及穩(wěn)定運(yùn)行起到?jīng)Q定性作用。監(jiān)造人員委托揚(yáng)州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所對(duì)江都四站葉片、輪轂體、轉(zhuǎn)輪室不銹鋼材質(zhì)進(jìn)行獨(dú)立檢測(cè)，各項(xiàng)化學(xué)成分及力學(xué)性能檢驗(yàn)結(jié)果合格，符合規(guī)范要求。

3.1.1 葉片

江都四站葉片嚴(yán)格按模型葉片比例放大，采用五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床加工。葉片外觀檢查光潔、無(wú)裂紋、夾砂、氣孔、縮孔、粘砂等鑄造缺陷。超聲波探傷檢查無(wú)缺陷波。有關(guān)文件對(duì)葉片的型線檢測(cè)方式和檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)提出了具體要求。為此，我們使用CLJG—2500單臂三維極坐標(biāo)測(cè)量機(jī)對(duì)葉片型線進(jìn)行檢查。經(jīng)檢查，江都四站葉片型面誤差在±0.5mm以內(nèi)，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)±2mm的誤差要求。葉片厚度的測(cè)量使用游標(biāo)卡尺垂直測(cè)量葉片外圓最大處，誤差在±0.5mm以內(nèi)，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)±3mm或±5%的誤差要求。

CLJG系列極柱坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要用于大中型回轉(zhuǎn)及螺旋面體的形位公差的檢測(cè)，相對(duì)于模板檢法檢測(cè)葉片型線的方法，其檢測(cè)精度更高，操作更方便，建議水泵監(jiān)造中對(duì)葉片型線驗(yàn)收應(yīng)首選該檢測(cè)設(shè)備和方法，該設(shè)備技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 CLJG—2500單臂三維極坐標(biāo)測(cè)量機(jī)主要技術(shù)指標(biāo) 單位：mm

3.1.2 靜平衡試驗(yàn)

葉輪加工完成后應(yīng)進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)，該試驗(yàn)必須在監(jiān)造人員的見證下完成。江都四站葉輪采用臥式靜平衡試驗(yàn)方法。試驗(yàn)前，將平衡架兩導(dǎo)軌調(diào)整為水平且互相平行，然后將需要平衡的葉輪放在導(dǎo)軌上讓其輕輕地自由滾動(dòng)，如果轉(zhuǎn)子上有偏心重量存在，其重心必偏離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，在重力的作用下，待轉(zhuǎn)子停止?jié)L動(dòng)時(shí)，其重心必在軸心的正下方，這時(shí)在軸心的正上方任意徑向處加一平衡重量（一般用橡皮泥），反復(fù)試驗(yàn)，加減平衡重量，直至轉(zhuǎn)子能在任何位置保持靜止為止。最后根據(jù)橡皮泥的重量和位置，在合適的位置上增加或減少相應(yīng)的平衡重量，使轉(zhuǎn)子達(dá)到平衡。

該試驗(yàn)中，監(jiān)造人員應(yīng)注意檢查靜平衡裝置的靈敏性。檢查方法是：在達(dá)到靜平衡的葉輪任一葉片外圓上懸掛重物，看葉輪是否轉(zhuǎn)動(dòng)，以懸掛物體重量大小檢驗(yàn)平衡架的靈敏性。重物越小，平衡架的靈敏性越高，靜平衡試驗(yàn)準(zhǔn)確性越高。監(jiān)造中還要重點(diǎn)檢查葉片稱重分組記錄，江都四站葉輪葉片數(shù)量為4片，要求同組葉片重量差不超過(guò)平均重量的±1.5%，根據(jù)這一要求選配葉片，提高了葉輪裝配精度和靜平衡試驗(yàn)的效果。

3.1.3 葉輪油壓試驗(yàn)

輪轂體是水泵重要的水力元件，接力器油缸含于其中。內(nèi)接力器做5MPa（1.25倍額定工作壓力）油壓試驗(yàn)，保壓30min，確保油缸體無(wú)有害變形、滲漏、冒汗等現(xiàn)象。對(duì)油缸下腔做4MPa油壓試驗(yàn)，保壓30min，確保活塞及活塞密封圈無(wú)滲漏、冒汗現(xiàn)象。以上油壓試驗(yàn)必須按設(shè)計(jì)要求的壓力值和時(shí)間進(jìn)行。

油壓試驗(yàn)中，監(jiān)造人員發(fā)現(xiàn)有多只葉片因“λ”密封橡皮裝配問(wèn)題，導(dǎo)致油壓試驗(yàn)不過(guò)關(guān)。因此在裝配葉片“λ”密封橡皮時(shí)一定要平順、均勻，否則會(huì)因橡皮受力不均，導(dǎo)致葉片密封漏油。試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意檢查葉片調(diào)節(jié)是否靈活，有無(wú)卡阻現(xiàn)象，在最大、最小角度應(yīng)有限位。如葉片調(diào)節(jié)困難或有竄動(dòng)，說(shuō)明操作機(jī)構(gòu)、葉片裝配及根部間隙等有問(wèn)題，應(yīng)進(jìn)行檢查消除。監(jiān)造中我們發(fā)現(xiàn)有2只葉輪調(diào)節(jié)中有輕微竄動(dòng)現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)存在個(gè)別葉片根部間隙偏小的問(wèn)題，后對(duì)葉片根部打磨處理，解決了這一問(wèn)題。

3.1.4 葉片角差檢查

葉輪裝配后應(yīng)測(cè)量斷面進(jìn)出水邊高度差并打好刻度線（測(cè)量葉片角差）。測(cè)量時(shí)，將葉輪正向擱置在水平的平臺(tái)上，用高度尺測(cè)量斷面上部和下部的高度值，并計(jì)算差值。設(shè)計(jì)要求每只葉片的角差誤不超過(guò)設(shè)計(jì)值的±1.5mm，如超標(biāo)應(yīng)調(diào)整消除，方法是在葉片操作架上加墊片。監(jiān)造人員一定要保證葉片角差符合設(shè)計(jì)要求，否則水泵運(yùn)行中會(huì)因葉片角度不同步產(chǎn)生振動(dòng)。

3.1.5 各部間隙檢查

葉輪裝配后各間隙的檢查驗(yàn)收也是監(jiān)造的重點(diǎn)。

a.葉輪間隙，即葉輪與轉(zhuǎn)輪室之間的單邊間隙。將葉片角度調(diào)至0°，用塞尺測(cè)量每只葉片進(jìn)口、中部、出口與轉(zhuǎn)輪室的間隙并求平均值。葉輪間隙過(guò)大，泄漏量過(guò)大，水泵效率降低；過(guò)小則容易發(fā)生汽蝕甚至葉片碰殼。葉輪間隙調(diào)整合格后應(yīng)記錄轉(zhuǎn)輪室墊塊的高度，作為安裝高程計(jì)算的基本數(shù)據(jù)。

b.葉片根部間隙，即葉片角度調(diào)至+4°與輪轂外表面的間隙。葉片根部間隙過(guò)大使水泵運(yùn)行效率降低，同時(shí)運(yùn)行中也容易堵塞雜物，影響水泵安全運(yùn)行；根部間隙過(guò)小，會(huì)使葉片調(diào)節(jié)力增大，葉片調(diào)節(jié)困難。所以監(jiān)造中必須加強(qiáng)各間隙的測(cè)量和調(diào)整。

3.2 水導(dǎo)軸承監(jiān)造內(nèi)容及方法

水導(dǎo)軸承安裝在導(dǎo)葉體轂內(nèi)密封無(wú)水的環(huán)境中（由護(hù)軸套管、導(dǎo)葉體轂、導(dǎo)軸承下端的機(jī)械密封構(gòu)成）。多年的運(yùn)行實(shí)踐表明：巴氏合金稀油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承具有瓦面質(zhì)地軟、承載力高、耐磨性好、基本無(wú)老化現(xiàn)象、壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。因此，改造后江都四站水泵仍采用巴氏合金稀油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承。水導(dǎo)軸承及其密封的監(jiān)造重點(diǎn)是：軸瓦材質(zhì)的化學(xué)成分和機(jī)械性能是否符合規(guī)范要求，水導(dǎo)軸承的加工及裝配質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求，機(jī)械密封的加工及裝配質(zhì)量是否符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.1 水導(dǎo)軸承檢查

軸承材質(zhì)量的好壞直接影響水導(dǎo)軸承的使用壽命，為加強(qiáng)對(duì)水導(dǎo)軸承質(zhì)量的監(jiān)督，監(jiān)造過(guò)程中我們將巴氏合金試塊委托揚(yáng)州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所進(jìn)行檢測(cè)。水導(dǎo)軸承的加工及裝配質(zhì)量驗(yàn)收，我們主要是對(duì)軸承外觀及加工尺寸進(jìn)行檢查，重點(diǎn)是軸承間隙的檢驗(yàn)，方法是”壓鉛法”。將細(xì)保險(xiǎn)絲平放在泵軸承檔上、中、下部，裝上導(dǎo)軸承并緊固連接螺栓，解體后用外徑千分尺測(cè)量保險(xiǎn)絲的厚度即導(dǎo)軸承間隙。監(jiān)造人員應(yīng)控制間隙在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，不宜過(guò)大。

3.2.2 機(jī)械密封檢查

機(jī)械密封由動(dòng)環(huán)和靜環(huán)機(jī)械組成，動(dòng)環(huán)裝于輪轂體上端面上，與水泵同步運(yùn)轉(zhuǎn)；靜環(huán)機(jī)械安裝在導(dǎo)葉體輪轂下端，處于浮動(dòng)狀態(tài)但不旋轉(zhuǎn)；用彈簧力保證動(dòng)、靜環(huán)密封面緊密接觸并實(shí)現(xiàn)密封磨損后的自動(dòng)補(bǔ)償。安裝機(jī)械密封用的全部螺栓、螺釘、螺母均用不銹鋼材質(zhì)。監(jiān)造中重點(diǎn)檢查動(dòng)環(huán)的厚度及硬度。只有動(dòng)環(huán)厚度和硬度滿足要求，機(jī)械密封才能保證長(zhǎng)期運(yùn)行的密封效果。

3.3 泵軸監(jiān)造內(nèi)容及方法

江都四站水泵泵軸采用優(yōu)質(zhì)35號(hào)中碳結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造。主軸軸承檔堆焊3Cr13不銹鋼，與鑲焊不銹鋼套比較，表面硬度高（不低于HRC48），提高了耐磨性，延長(zhǎng)了使用壽命。

泵軸粗加工后進(jìn)行超聲波探傷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。泵軸材質(zhì)試棒委托獨(dú)立檢測(cè)機(jī)構(gòu)檢驗(yàn)，結(jié)果合格。監(jiān)造過(guò)程使用外徑尺對(duì)軸承檔堆焊不銹鋼前、后的直徑進(jìn)行檢測(cè)，確保堆焊不銹鋼厚度符合設(shè)計(jì)要求。使用HLN—11系列里氏硬度計(jì)對(duì)江都四站水泵軸承檔堆焊不銹鋼硬度進(jìn)行檢測(cè)，平均值為49～52HRC，符合設(shè)計(jì)要求。

泵軸端面跳動(dòng)誤差，直接影響水泵安裝時(shí)的擺度值。監(jiān)造中應(yīng)檢查泵軸的端面跳動(dòng)是否符合設(shè)計(jì)要求。方法是把千分表裝在表座上，表座吸在床身或其他固定的基準(zhǔn)上，把表頭壓在泵軸端面的法蘭盤上，均分8個(gè)點(diǎn)，低速轉(zhuǎn)動(dòng)泵軸，記錄最大值和最小值，差值就是跳動(dòng)誤差。江都四站泵軸端面跳動(dòng)抽檢情況見表2。

監(jiān)造中也要用鋼卷尺、深度尺、卡尺等量具檢查泵軸長(zhǎng)度、電機(jī)端法蘭面止口深度、內(nèi)徑等各部加工尺寸，并用樣板對(duì)電機(jī)端法蘭內(nèi)止口倒角進(jìn)行檢驗(yàn)，所有檢測(cè)數(shù)據(jù)符合設(shè)計(jì)要求。

表2 江都四站5號(hào)泵軸端面跳動(dòng)抽檢表 單位：mm

3.4 導(dǎo)葉體監(jiān)造內(nèi)容及方法

導(dǎo)葉體為水泵重要過(guò)流部件和受力部件，采用鑄焊結(jié)構(gòu)。監(jiān)造中應(yīng)重點(diǎn)檢查材質(zhì)化學(xué)成分或力學(xué)性能檢驗(yàn)報(bào)告，確保導(dǎo)葉體有足夠的鋼度和強(qiáng)度。導(dǎo)葉體轂內(nèi)裝水導(dǎo)軸承，為防止機(jī)械密封失效引起機(jī)組故障，確保油潤(rùn)滑導(dǎo)軸承在無(wú)水環(huán)境下工作，在導(dǎo)葉體內(nèi)配置7根排水管，鑄造在導(dǎo)葉片內(nèi)引出泵體外。當(dāng)機(jī)械密封有少量漏水進(jìn)入導(dǎo)葉體輪轂腔內(nèi)時(shí)，可通過(guò)排水管排出。

導(dǎo)葉片與導(dǎo)葉片組裝焊接時(shí)應(yīng)按木模圖要求，定位于導(dǎo)葉體殼體與內(nèi)轂之間，保證進(jìn)、出水邊安放角度，保證各葉片同向均布。導(dǎo)葉片加工質(zhì)量對(duì)水力性能有一定影響，監(jiān)造中應(yīng)檢查其過(guò)流面光滑順暢，并可加工樣模對(duì)其型面進(jìn)行驗(yàn)收。導(dǎo)葉體加工后對(duì)內(nèi)腔進(jìn)行水壓試驗(yàn)，壓力為0.2 MPa、2h，因?qū)~片內(nèi)焊有多根排水及信號(hào)管，監(jiān)造中注意檢查管口兩端焊接質(zhì)量，應(yīng)無(wú)滲漏，如發(fā)現(xiàn)有細(xì)小滲漏應(yīng)及時(shí)補(bǔ)焊。水壓試驗(yàn)后應(yīng)對(duì)管口及法蘭內(nèi)壁進(jìn)行打磨處理，確保管內(nèi)光滑暢通。

江都四站首批三只導(dǎo)葉體水壓試驗(yàn)均出現(xiàn)問(wèn)題，主要原因就是導(dǎo)葉片內(nèi)鑄造的排水管道法蘭口焊接質(zhì)量有問(wèn)題，導(dǎo)致水壓試驗(yàn)滲漏，后經(jīng)反復(fù)焊接修補(bǔ)才通過(guò)驗(yàn)收。建議制造廠應(yīng)重視導(dǎo)葉片內(nèi)鑄造管道的焊接質(zhì)量和工藝。

3.5 轉(zhuǎn)輪室監(jiān)造內(nèi)容及方法

轉(zhuǎn)輪室按招標(biāo)文件要求采用ZG270—500鑄造，軸向剖分結(jié)構(gòu)，兩半件之間螺栓堅(jiān)固，定位銷定位。轉(zhuǎn)輪室內(nèi)球面鑲焊不銹鋼抗汽蝕層，鑲焊比堆焊更容易保證轉(zhuǎn)輪室不銹鋼的厚度要求。

監(jiān)造中注意檢查轉(zhuǎn)輪室鑄件無(wú)氣孔、夾砂、縮松、裂紋等鑄造缺陷，應(yīng)保證兩次退火處理，消除鑄造應(yīng)力及焊接應(yīng)力。轉(zhuǎn)輪室球面直徑公差范圍為0～1.0mm，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量各轉(zhuǎn)輪室直徑誤差在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，符合設(shè)計(jì)要求。轉(zhuǎn)輪室鑲焊過(guò)程中,我們提出了轉(zhuǎn)輪室焊接孔距小于100mm的要求，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)同步檢查轉(zhuǎn)輪室鑲焊不銹鋼板的密實(shí)性，有問(wèn)題立即返工，確保轉(zhuǎn)輪室鑲焊不銹鋼質(zhì)量。轉(zhuǎn)輪室加工完畢后進(jìn)行0.2MPa，15min的水壓試驗(yàn)，不得有滲漏、冒汗現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

截至2010年2月，江都四站7臺(tái)水泵設(shè)備均已安裝調(diào)試結(jié)束，投入試運(yùn)行。目前，設(shè)備運(yùn)行工況穩(wěn)定，振動(dòng)、噪聲等各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求。江都四站水泵設(shè)備的監(jiān)造工作凝聚了參建各方智慧和汗水，特別是加強(qiáng)水泵設(shè)備制造過(guò)程中的質(zhì)量監(jiān)督與控制，減少了出廠設(shè)備的缺陷率，提高了出廠設(shè)備的制造質(zhì)量，為水泵設(shè)備的安裝與運(yùn)行帶來(lái)了極大的便利。■