超大型軸流轉槳式機組導水機構預安裝工藝

鄭　源，劉惠文，潘　勇，黃金龍，易　偉（. 河海大學 水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，南京 004；. 河海大學 水利水電學院，南京 004；. 中國水利水電第七工程局有限公司，成都 6008）

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超大型軸流轉槳式機組導水機構預安裝工藝

鄭源1，劉惠文2，潘勇3，黃金龍3，易偉3
（1. 河海大學 水資源高效利用與工程安全國家工程研究中心，南京 210024；2. 河海大學 水利水電學院，南京 210024；3. 中國水利水電第七工程局有限公司，成都 610081）

[摘要]隨著大型水電機組國產化進程的不斷推進，越來越多超大容量、超大尺寸的國產水電機組投入到實際的設計、制造、安裝和運行當中。針對機組超大型化給機組安裝、調試技術帶來的挑戰，本文結合桐子林水電站機組的實際安裝經驗，對超大型軸流轉槳式機組導水機構預安裝技術進行研究，總結出可以實現超大型軸流轉槳式機組導水機構快速安裝的新工藝，以期為今后同類型機組的安裝與調試提供借鑒與參考。

[關鍵詞]超大型；軸流轉槳式機組；導水機構；預安裝工藝

0　引言

水輪機導水機構是水輪發電機組流量調節部件，可以根據電力系統負荷的變化進行流量調節；同時，導水機構形成和改變進入轉輪的水流環量[1～2]。鑒于導水機構預安裝質量對導水機構正式安裝質量，甚至對整個機組機電安裝質量以及機組的穩定運行都有著重要影響，許多專家學者都做了相關的研究，對底環、頂蓋安裝、導葉間隙調整以及密封裝置的裝配都做了有益的探索[2-5]。但是對超大型軸流轉槳式機組導水機構預安裝的研究相對較少，隨著機組容量和尺寸越來越大，底環、頂蓋以及支持蓋等大部件都要到施工現場進行組裝，而且導水機構各部件安裝工藝質量控制也因尺寸大問題難度大大提高，所以迫切需要尋求一種導水機構安裝新工藝，以滿足實現超大型機組快速安裝的發展需求。

1　工程概況

桐子林水電站位于四川省攀枝花市境內，是雅礱江水電基地最后一個梯級，以發電為主要任務的水電工程。電站裝機容量為600MW，4臺超大型軸流轉槳式機組，單機容量150MW，水輪機型號為ZZA1093-LH-1010，轉輪直徑10089.9mm，額定水頭20m，最大水頭27.7m，最小水頭13.48m。

機組導水機構由導葉、底環、頂蓋、導葉套筒、控制環、轉臂、導葉臂、連板以及接力器等組成。每臺機組共設置32片導葉，導葉過流部分高度3880mm，分度圓直徑12120mm，導葉瓣體采用0Cr13Ni5Mo不銹鋼板壓制成型，活動導葉軸采用ZG20SiMn材料，單個重量6500kg。導葉為3支點軸承結構，導葉軸上部設置1個可調整的自潤滑推力軸承，導葉軸、導葉操作機構采用進口滑動軸承導向及支承。控制環、頂蓋、支持蓋均是Q235B鋼板焊接結構。控制環外徑約為10800mm，高度1655mm，總重約為46.8t，分2瓣制造。頂蓋最大外徑13600mm，高度1480mm，重量約為115.6t，分成4瓣運輸到工地。支持蓋最大外徑為10550mm，高度2310mm，重量約為98t，分成4瓣運輸到工地。

2　技術難點

在導水機構正式安裝之前，要進行導水機構預安裝。對于超大型軸流轉槳式機組，導水機構預安裝時要把握幾個關鍵技術點：

（1）以轉輪室及基礎環為基準，調整底環的同心度；

（2）以轉輪室中心為基準，調整支持蓋的同心度；

（3）保證底環與頂蓋的水平和高程，頂蓋與底環、座環上下環板的過流面平滑；

（4）導流錐以及密封座的調整；

（5）導葉立面、端面間隙測量及調整；

（6）頂蓋調整墊片的測量計算以及墊片的配刨等。

3　導水機構預安裝工藝

導水機構預安裝工藝流程圖如圖1所示。

3.1機坑清掃測量

徹底清掃機坑里襯，對機坑里襯內支撐進行割除，并將所有內支撐加固點進行磨光、補焊處理。同時，將接力器基礎板最后一條焊縫進行焊接打磨。并將座環上、下法蘭面、頂蓋螺栓把合孔及鏜口清理干凈。測量確定座環和轉輪室及基礎環的實際中心、水平、高程和同心度以及座環上平面到轉輪室及基礎環上平面的絕對高度。仔細測量頂蓋、支持環的相關加工控制尺寸，核算好其安裝高程。以轉輪葉片中心線為基準，復測轉輪室的圓度，如圓度超標，采取修磨處理辦法補救。測量轉輪葉片實際中心高程，并將轉輪葉片中心高程點返至基礎環上口和機坑里襯壁上，以便于后續工作安裝測量[6]。

3.2座環切割修模

復測座環的高程、水平、上法蘭內徑，對座環上法蘭內圓用火焰切割加工后進行圓滑修磨處理，直到法蘭內圓尺寸達到13310±2mm，法蘭內圓半徑偏差滿足±1mm后。具體切割位置如圖2所示。

圖1　導水機構預安裝流程圖

圖2　座環切割修磨示意圖

3.3底環組裝與調整

施工現場組裝時，在底環分瓣面上涂好密封膠。在安裝間布置12個支墩，每個支墩上布置1對楔子板，用水準儀將每個支墩上的楔子板調至同一高程，精確到0.50mm以內。將兩瓣底環放于楔子板上，組合成為一個整體；按要求把緊組合螺栓，檢查分瓣組合面的間隙、錯牙，分瓣組合面間隙通常為0mm，局部間隙不應大于0.10mm，總深度不大于組合面寬度的1/3、總長度不大于組合面周長的20%。螺栓把合處與定位銷釘處應沒有間隙，底環上平面錯牙不大于0.05mm。確定底環各組合面的間隙、錯牙、圓度達標后，將組合螺栓與基礎板點焊鎖定。焊接蓋板，打磨并做PT探傷。安裝底環專用吊裝工具，將組裝成整體的底環吊進機坑。根據底環上的X、Y基準線和基礎環上的X、Y基準線進行方位調整，粗調底環中心，并保證底環與基礎環之間的間隙均勻。同時用光學水準儀檢查底環的水平偏差在0.05mm/m以內。

以轉輪室上水輪機安裝高程斷面中心為基準，在機坑內安裝鋼琴線，鋼琴線X、Y方向偏差均不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不大于0.05mm。圓周16等份測量底環與轉輪室的同軸度偏差小于0.05mm，底環水平小于0.4mm/m。

3.4活動導葉開襠測量與調整

將全部墊板放置在螺孔上，檢查其與座環面的配合間隙符合要求，用0.02mm塞尺檢查不能通過。用水平尺配合框式水平儀檢測頂蓋螺栓孔水平，水平調到0.02mm/m。用內徑千分尺精確測量頂蓋螺栓把合面至底環上平面的絕對高度，僅測量一個點作為基準點，然后根據座環頂蓋把合螺栓孔這個基準點測量出每個座環螺栓把合孔的水平值。并根據導葉的實際尺寸、頂蓋的安裝高程、導葉端面總間隙計算出每個墊板的加工量。同時兼顧墊板上平面的水平度（即頂蓋水平）。活動導葉開襠測量布置如圖3所示。

圖3　活動導葉開襠測量布置圖

考慮到溫差、水力變形、頂蓋等部件壓重等因素影響，機組安裝完成后，可能導致導葉端面間隙減小，因此，導葉端面總間隙取設計規定的上限值3mm，以此數值計算加墊厚度及配刨加工量。

3.5頂蓋組裝

施工現場組裝時，在頂蓋分瓣面上涂好密封膠。在安裝間布置12個支墩，并將支墩四周與基礎預埋板進行臨時點焊固定，同時在每個支墩上布置1對楔子板，用水準儀將每個支墩上的楔子板調至同一高程，精確到0.10mm以內。組裝時，采用2～3套移動腳手架作為施工平臺，如圖3所示。

圖4　頂蓋、支持蓋組裝圖

將4瓣頂蓋分別吊放在支墩上，用楔子板精確調整水平，使頂蓋水平達到0.02mm/m。根據頂蓋分瓣面密封槽的實際長度進行現場切割、粘接，安裝Φ8橡膠圓條。先將頂蓋組裝成兩大瓣，再將兩瓣組裝成整體，對稱穿上組合螺栓和定位銷釘。用500mm的刀尺檢查確認組合縫過流面沒有錯牙后，把緊組合螺栓，然后檢查分瓣面的間隙，分瓣面間隙通常為0mm，局部不應大于0.10mm，螺栓把合處與定位銷釘處應沒有間隙，頂蓋下平面錯牙不大于0.05mm。

3.6導葉、頂蓋、套筒安裝

底環、導葉預安裝后不影響轉輪吊裝，可不再吊出機坑，導葉下軸套的U型密封在頂蓋預安裝吊出后在機坑里單獨更換。

（1）導葉吊裝。導葉吊裝前應將導葉下軸套清掃干凈，為了便于導葉精確吊裝就位，并將導葉下套軸頸涂上少量潤滑劑，以便于后續預安裝過程中轉動導葉。導葉吊裝時，需在導葉頂部掛一臺10t手拉葫蘆，當導葉距離底環上平面200mm左右后用10t手拉葫蘆緩慢落入底環軸套內。

（2）頂蓋吊裝。頂蓋吊裝前，再次將座環面以及座環螺孔面清理干凈，并將配刨好的調整墊板對應放入座環螺栓把合孔。用頂蓋吊裝專用工具將頂蓋按標記進行吊裝，吊裝前用框式水平儀調整頂蓋水平至0.02mm/m以內，然后吊進機坑，并使頂蓋X、Y基準線與座環上鏜口的X、Y基準線重合。以轉輪室上水輪機安裝高程斷面中心為基準，在機坑內安裝鋼琴線，X、Y方向偏差均不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不大于0.05mm。測量頂蓋與轉輪室同軸度，底環中心、頂蓋尺寸中心同轉輪室中心的偏差方向要基本一致。安裝頂蓋與座環的聯接螺栓。

（3）套筒吊裝。清理套筒裝配，安裝密封壓板與套筒之間的密封圈S03-P，把緊內六角不銹鋼螺釘，螺釘涂鎖固劑；安裝套筒與頂蓋之間的O型密封圈，套筒上安裝兩個吊環，對號將套筒吊入機坑；安裝內螺紋圓錐銷，對稱把緊套筒和頂蓋之間的聯接螺柱，并安裝導葉限位塊。

3.7導葉間隙調整及靈活度檢查

（1）間隙調整。導葉間隙調整包括導葉端面間隙和導葉立面間隙調整。用塞尺檢查導葉上端面進、出水邊，進、出水邊間隙應均勻。導葉處于全關位置時，檢查導葉大、小頭的端面間隙應滿足設計要求（總間隙為1.6mm～3.2mm），大、小頭的端面間隙不應有規律性，如果出現規律性傾斜，則應松開頂蓋與座環的組合螺栓進行調整，直到消除該現象。導葉處于全關位置，利用鋼絲繩、手拉葫蘆將導葉捆緊，考慮導葉板體高，捆導葉時應分上、下兩層進行；檢查導葉立面間隙，立面間隙通常為0mm，局部不大于0.05mm，總高度不大于導葉高度的25%，間隙如果超差要進行研磨處理[4]。

（2）靈活度檢查。用手拉葫蘆或天車懸吊導葉，并用導葉扳手轉動活動導葉，每個活動導葉應轉動靈活，沒有發卡現象。導葉止推環軸向間隙應不大于該導葉上部間隙值的50%。導葉立面間隙、端面間隙及導葉靈活度調整完成后，分別測量每個導葉與套筒密封壓板間隙并記錄，在套筒預安裝完成后拆出套筒，對套筒密封壓板進行加工，保證加工后密封壓板與導葉端面間隙在0.05～0.1mm之間[6]。

3.8支持蓋、導流錐預安裝

將支持蓋與導流錐組裝成整體后吊裝于頂蓋上面，以轉輪室及基礎環為基準，利用掛球心器、鋼琴線、耳機及內徑千分尺配合測量的方法，測量支持蓋與轉輪室的同心度。合格后擰緊支持蓋與頂蓋的組合螺栓（80%），當支持蓋的螺栓擰緊后再次檢查支持蓋與轉輪室的同心度，如無變化后方可鉆銑定位銷釘。當支持蓋調整合格后進行導流錐的預安裝調整，并用支持蓋的調整方法調整導流錐，然后將導流錐與支持蓋鉆鉸。銷釘鉆鉸全部完成后，將支持蓋和導流錐吊出機坑。并在導水機構回裝前，安裝每個導葉下軸套內的U型密封圈。

4　總結

導水機構預安裝是導水機構安裝的關鍵環節，也是后續機電安裝的基礎。在借鑒國內外現有大型水電機組導水機構預安裝方法的基礎上，根據桐子林電站實際情況，對導水機構預安裝的關鍵技術點進行分析、摸索，底環、頂蓋、支持蓋同心度、水平、高程的測量調整，導水機構各部件組合面連接處間隙、光滑度的控制，導葉立面、端面間隙以及密封的調整等各個環節都堅持高標準化管理，不僅確保了安裝質量，同時還大大縮短了工期，各項數據符合國家標準及設計要求，具有一定的推廣價值。

[參 考 文 獻]

[1]鄭源, 鞠小明, 程云山. 水輪機[M]. 北京：中國水利水電出版社, 2007. 4.

[2]孫紅武. 亭子口水利樞紐電站水輪機導水機構預安裝[J]. 水力發電, 2013, 39(6)：19-21.

[3]姜國華, 溫俊波, 翟志順, 唐勇. 導水機構預安裝中某些誤差的工藝分析[J]. 大電機技術, 2003, (5): 43-44.

[4]劉璘, 胡凱, 齊根輝. 蒲石河抽水蓄能電站導葉間隙調整及影響因素分析[J]. 施工技術, 2012, 41(367)：19-21.

[5]余德軍. 樂灘水電站大型軸流轉槳機組的快速安裝[J]. 紅水河, 2006(3): 28-32.

[6]GB/T8564-2003, 全國水輪機標委會-水輪發電機組安裝技術規范[S]. 北京: 中國標準出版社, 2003.

鄭源（1964-），男，河海大學教授、博士生導師，從事水利水電及流體機械工程方向研究。

審稿人：周亞信

Pre-Installation Technology for Distributor of Ultra-large Kaplan Unit

ZHENG Yuan1, LIU Huiwen2, PAN Yong3, HUANG Jinlong3, YI Wei3
(1. National Engineering Research Center of Water Resources Efficient Utilization and Engineering Safety, Hohai University, Nanjing 210024, China; 2. College of Water Conservancy and Hydropower Engineering, Hohai University, Nanjing 210024, China; 3. Sinohydro Bureau 7 Co.,Ltd, Chengdu 610081, China)

Abstract:With the development of large-scale hydroelectric generating localization process, more and more domestic hydropower units with ultra-large capacity, ultra-large size come into the actual design, manufacture, installation and operation. Faced with the challenges brought from ultra-large trends to the units installation and commissioning technology, the paper consulted some research on the pre-installation technology for of ultra-large Kaplan units in combined with practical experience in the installation of Kaplan units in Tongzilin hydropower plant, then summed new technology for quick installation of distributor of ultra-large Kaplan units, so as to provide reference for future installation and commissioning of the same type of unit.

Key words:ultra-large; Kaplan unit; distributor; pre-installation technology

[作者簡介]

[收稿日期]2015-01-14

[中圖分類號]TK730.3+24, TV523

[文獻標識碼]B

[文章編號]1000-3983(2016)01-0050-04