300MW機(jī)組水輪機(jī)改造安裝施工技術(shù)研究

趙亮 李鵬飛 郭紅波

【摘要】白山水電站作為東北地區(qū)最大的電站運(yùn)行至今已經(jīng)將近30年之久，經(jīng)過這么多年氣蝕、水錘、振動(dòng)及頻繁拆卸檢修的情況下，設(shè)備存在一定的安全隱患。比如在運(yùn)行中出現(xiàn)異常振動(dòng)、水輪機(jī)出力下降、軸瓦溫度過高、機(jī)械過速等都是常見現(xiàn)象。本文主要針對(duì)白山水電站300MW水輪發(fā)電機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)改造預(yù)裝每道工序的安裝及過程中的難點(diǎn)分析。

【關(guān)鍵詞】300MW ?改造 ?機(jī)組中心 ?導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝

一、水輪機(jī)基本概況

白山水電站水輪機(jī)改造和其他常規(guī)水輪機(jī)安裝不同，它是在底環(huán)與原座環(huán)之間設(shè)計(jì)增加一個(gè)基礎(chǔ)板，基礎(chǔ)板留有2mm的加工余量。在座環(huán)上、下法蘭面水平度調(diào)整過程中，為保證基礎(chǔ)板精準(zhǔn)的加工尺寸，需要用高精度的精密水準(zhǔn)儀，測(cè)量上、下法蘭面各96個(gè)點(diǎn)高低差，依據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)通過手工打磨使法蘭面高程差控制在每米0.02mm之內(nèi)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)每米0.05mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)計(jì)要求。通過導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝反算出基礎(chǔ)板的加工余量。

二、應(yīng)用前景

（一）國(guó)內(nèi)市場(chǎng)

據(jù)統(tǒng)計(jì)國(guó)內(nèi)很多大、中、小型電站都是在19世紀(jì)七八十年代投產(chǎn)運(yùn)行發(fā)電的，這些機(jī)組隨著運(yùn)行年限的增加，以及承擔(dān)調(diào)峰所提出的新要求，都需要在新技術(shù)、新設(shè)備上進(jìn)行更新改造，以便提高機(jī)組的運(yùn)行可靠性，還能延長(zhǎng)機(jī)組的使用壽命，并增加機(jī)組的出力產(chǎn)生更多的經(jīng)濟(jì)效益。

（二）今后應(yīng)用前景

國(guó)產(chǎn)第一批水輪發(fā)電機(jī)組都受當(dāng)時(shí)的設(shè)計(jì)、材料、工藝等多方面因素影響，加之多年運(yùn)行，設(shè)備老化問題日趨嚴(yán)重，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前運(yùn)行要求，在現(xiàn)在以及今后一定的時(shí)間內(nèi)，國(guó)產(chǎn)水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行改造是必然的。本項(xiàng)目的研究成果對(duì)類似工程具有重要的參考價(jià)值，提出的300MW機(jī)組水輪機(jī)改造導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝技術(shù)具有重要的推廣應(yīng)用價(jià)值，供今后類似工程經(jīng)驗(yàn)借鑒。

三、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)改造過程難點(diǎn)分析

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)改造過程中的施工難點(diǎn)及預(yù)期研究?jī)?nèi)容：300MW機(jī)組水輪機(jī)改造在國(guó)內(nèi)尚未有成型的技術(shù)，在施工中難免會(huì)有一些不可預(yù)估的問題，導(dǎo)致工期、材料、安裝工序等成本的增加。300MW水輪機(jī)改造中導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中基礎(chǔ)板的配刨及安裝精度都比較高，在施工中也是難點(diǎn)、要點(diǎn)。本研究的主要內(nèi)容如下：

（1）對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝中機(jī)組中心確定。由于水輪機(jī)部件全部拆除，水輪機(jī)部分在預(yù)裝過程中需要對(duì)機(jī)組中心進(jìn)行確定，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)定子未動(dòng)，通過電測(cè)法測(cè)量定子中心，反推出水輪機(jī)中心。

（2）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第一次預(yù)裝對(duì)基礎(chǔ)板安裝及二次加工量計(jì)算。由于基礎(chǔ)板在制造過程中留有一定的加工量，基礎(chǔ)板安裝精度高，在第一次預(yù)裝中，需通過測(cè)量計(jì)算出基礎(chǔ)板的二次返廠加工量，使其達(dá)到安裝技術(shù)要求。

（3）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第二次預(yù)裝主要對(duì)導(dǎo)葉端面間隙調(diào)整及保證頂蓋抗磨板到底環(huán)抗磨板H值的要求。通過導(dǎo)葉高度，調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙，使其滿足安裝技術(shù)要求。

四、300MW導(dǎo)水機(jī)構(gòu)改造預(yù)裝措施

（一）安裝工藝及方案

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝流程圖

（二）底環(huán)組裝和基礎(chǔ)板組裝

（1）將底環(huán)清洗干凈，組合面應(yīng)無高點(diǎn)和毛刺，組裝前應(yīng)使用酒精進(jìn)行清洗。在安裝間放置8個(gè)支墩，各支墩上部各放置1對(duì)楔子板，利用水準(zhǔn)儀初調(diào)楔子板的水平偏差，偏差度應(yīng)在0.50mm之內(nèi)。

（2）因底環(huán)組合縫處空間有限，不能使用液壓工具對(duì)其進(jìn)行螺栓拉伸，底環(huán)組合縫螺栓拉伸使用大錘敲擊方式進(jìn)行打緊。

（3）使用大錘敲擊方式拉伸完成后檢查組合面間隙和底環(huán)圓度，組合面間隙應(yīng)0.05mm不通過，局部間隙應(yīng)不超過0.10mm， 底環(huán)圓度應(yīng)在0～0.4mm之內(nèi)。

（4）基礎(chǔ)板分為兩瓣組成，將基礎(chǔ)板清洗干凈，組合面應(yīng)無高點(diǎn)和毛刺，組裝前應(yīng)使用酒精進(jìn)行清洗。在安裝間放置6個(gè)支墩，把基礎(chǔ)板平放在支墩上，利用橋機(jī)將底環(huán)水平吊起，吊至基礎(chǔ)板上方，按照?qǐng)D紙方位底環(huán)水平落在基礎(chǔ)板上，把合底環(huán)和基礎(chǔ)板之間螺栓。底環(huán)與基礎(chǔ)板螺栓把合時(shí)所有螺栓應(yīng)在螺栓孔中心位置。

（三）頂蓋組裝

（1）在安裝間放置8個(gè)支墩，各支墩上部放置1對(duì)楔子板，利用水準(zhǔn)儀初調(diào)楔子板的水平偏差應(yīng)不大于0.50mm。并在地面上放出頂蓋內(nèi)外直徑樣線，在樣線范圍內(nèi)安放支墩并調(diào)整其水平。

（2）清掃和去除頂蓋下表面、座環(huán)法蘭上表面、頂蓋組合面的毛刺和高點(diǎn)。

（3）工地組合時(shí)，在頂蓋分瓣面上涂密封膠，清掃密封槽裝上密封條。

（4）將頂蓋放于楔子板上，將兩瓣組合成為整體，蓋組裝前清理干凈，頂蓋合縫面涂515密封膠，螺栓全部安裝完成后，使用大錘把所有螺栓按安裝順序進(jìn)行打緊，打緊完成后利用廠家提供專用拉伸工具對(duì)頂蓋合縫螺栓進(jìn)行拉伸，拉伸也是按安裝順序進(jìn)行拉伸，拉伸力矩為圖紙要求。

（5）頂蓋各個(gè)組合面的間隙、錯(cuò)牙檢查合格后，可以對(duì)組合螺栓進(jìn)行點(diǎn)焊鎖定。

（6）頂蓋下部抗磨板裝配安裝，其聯(lián)接螺栓孔按廠家要求進(jìn)行封堵。

（7）清潔和檢查活動(dòng)導(dǎo)葉上端部密封組件，預(yù)裝在頂蓋底部表面的密封槽內(nèi)，并檢查凸出高度和壓縮量，如有必要進(jìn)行處理。

（8）在中心掛鋼琴線，檢查頂蓋的各直徑、圓度。

（四）機(jī)組中心確定及基礎(chǔ)板加工量測(cè)量

（1）將底環(huán)按方位吊入機(jī)坑，底環(huán)方位偏差確定在1.5mm之內(nèi)，測(cè)量記錄底環(huán)上平面水平度。

（2）將頂蓋按方位吊入機(jī)坑，方位偏差與底環(huán)方位相同，然后把合頂蓋二分之一的螺栓，測(cè)量頂蓋與座環(huán)之間0.05mm塞尺不通過，底環(huán)、頂蓋全部吊入以后測(cè)量底環(huán)與定子中心，測(cè)量之前將內(nèi)徑千分尺提前半小時(shí)放入機(jī)坑保證尺的溫度和設(shè)備相同，以確保內(nèi)徑千分尺的精確度，測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)由二到三人輪流測(cè)取數(shù)值，并記錄對(duì)比，消除讀數(shù)誤差。因改造時(shí)定子位置不變，水輪機(jī)機(jī)組中心全部以定子中心為準(zhǔn)，反推底環(huán)中心，與底環(huán)中心偏差在0.15mm之內(nèi)，與座環(huán)把緊螺栓全部把合。

（3）底環(huán)中心、頂蓋中心根據(jù)定子中心確定好后，對(duì)基礎(chǔ)板進(jìn)行點(diǎn)焊，在座環(huán)上距離500mm進(jìn)行點(diǎn)焊一處。

（4）用冷卻后的內(nèi)徑千分尺測(cè)量頂蓋與底環(huán)抗磨板之間的距離、頂蓋高臺(tái)處與底環(huán)抗磨板之間的距離，按24等分點(diǎn)，每個(gè)軸孔內(nèi)外兩側(cè)分別采取4點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量并記錄，根據(jù)導(dǎo)葉瓣體長(zhǎng)度尺寸及導(dǎo)葉斷面間隙計(jì)算基礎(chǔ)板的加工量，同時(shí)兼顧底環(huán)的水平度數(shù)據(jù)。計(jì)算出基礎(chǔ)板需加工去除的厚度，以滿足第二次預(yù)裝的要求。

（5）拆除頂蓋和底環(huán)，利用打沖眼方式，做好基礎(chǔ)板鉆眼攻絲位置。基礎(chǔ)板按照之前做好的標(biāo)記，在座環(huán)上進(jìn)行鉆孔和攻絲。

（五）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第二次預(yù)裝（底環(huán)安裝）

（1）此次屬于水輪機(jī)改造，定子基礎(chǔ)不動(dòng)，所以中心按照定子中心為準(zhǔn)，在底環(huán)吊入機(jī)坑后，以定子為中心反推底環(huán)中心，定子測(cè)量上、中、下各16點(diǎn)，底環(huán)測(cè)量16點(diǎn)來確定機(jī)組中心。

（2）將座環(huán)的上法蘭面及鏜口清理干凈，座環(huán)上法蘭的螺釘孔清理干凈，螺紋處涂上凡士林，清理基礎(chǔ)板，將基礎(chǔ)板按原方位標(biāo)記點(diǎn)與座環(huán)下法蘭把合。

（3）將加工完成的基礎(chǔ)板按照標(biāo)記吊入基坑，裝入銷釘并把所有內(nèi)六角沉頭螺栓把合，螺栓把合完成后檢查基礎(chǔ)板與原座環(huán)之間間隙，使用0.15mm塞尺進(jìn)行檢查，檢查合格后對(duì)基礎(chǔ)板內(nèi)外圈分別按對(duì)稱8點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)焊。

（4）安裝底環(huán)專用吊裝工具，將底環(huán)吊入機(jī)坑，根據(jù)轉(zhuǎn)輪室上法蘭上的X、Y基準(zhǔn)線與底環(huán)上的X、Y基準(zhǔn)線進(jìn)行找正，粗調(diào)底環(huán)中心，此時(shí)應(yīng)保證底環(huán)與轉(zhuǎn)輪室上法蘭之間的間隙基本均勻。

（5）檢查底環(huán)尺寸位置同轉(zhuǎn)輪室相應(yīng)位置的錯(cuò)牙情況（底環(huán)過流圓弧面與基礎(chǔ)環(huán)過流表面之間的錯(cuò)牙）。

（6）放置平臺(tái)，用于底環(huán)水平、高程檢查和中心調(diào)整測(cè)量

（7）在機(jī)坑內(nèi)掛裝鋼琴線，以轉(zhuǎn)輪室上水輪機(jī)安裝高程斷面中心為基準(zhǔn)，安裝鋼琴線，鋼琴線X方向偏差不大于0.05mm，Y方向偏差不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不應(yīng)大于0.05mm。圓周8等份測(cè)量底環(huán)位置與轉(zhuǎn)輪室的同軸度偏差不大于0.50mm。調(diào)整合格后均勻把緊底環(huán)與基礎(chǔ)板的連接螺栓。記錄結(jié)果。用精密光學(xué)水準(zhǔn)儀檢查底環(huán)上表面的高程和水平度，記錄下來。其水平偏差不大于0.05mm/m。

（8）當(dāng)?shù)篆h(huán)的中心、圓度、水平都達(dá)到圖紙的設(shè)計(jì)要求并符合國(guó)標(biāo)要求后，把緊底環(huán)與座環(huán)螺栓，在對(duì)稱位置按照設(shè)計(jì)扭力擰緊全部螺栓，固定底環(huán)。

（六）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第二次預(yù)裝（活動(dòng)導(dǎo)葉預(yù)裝）

（1）清掃活動(dòng)導(dǎo)葉軸套和導(dǎo)葉的上下端軸（長(zhǎng)短軸），并用干凈的白布清掃相對(duì)應(yīng)的頂蓋軸套，檢查是否有毛刺和高點(diǎn)，并測(cè)量檢查導(dǎo)葉的高度和上下軸頸尺寸與圖紙進(jìn)行對(duì)比是否存在偏差，并做好記錄。

（2）清掃并檢查活動(dòng)導(dǎo)葉密封表面：鼻端，尾端，上下表面，用油光銼研磨。

（3）按照導(dǎo)葉編號(hào)，清理底環(huán)上導(dǎo)葉下軸孔并涂抹黃甘油或凡士林，導(dǎo)葉全部吊入機(jī)坑（導(dǎo)葉吊裝前應(yīng)在下軸徑表面涂抹凡士林），導(dǎo)葉預(yù)裝時(shí)使用5T手拉葫蘆掛在橋機(jī)鉤上進(jìn)行吊裝，避免導(dǎo)葉進(jìn)入軸套時(shí)進(jìn)行磕碰，插入相同編號(hào)的底環(huán)軸套孔內(nèi)。

（4）當(dāng)導(dǎo)葉短軸進(jìn)入軸套時(shí)，左右轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉確保其能夠自由旋轉(zhuǎn)。

（七）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)第二次預(yù)裝（頂蓋預(yù)裝）

（1）在頂蓋上安裝吊具，使用廠房橋機(jī)吊起頂蓋，在吊入機(jī)坑以前，調(diào)整其水平。頂蓋預(yù)裝，因?qū)~立面間隙屬于斜線密封方式，所以導(dǎo)葉整體形狀屬于扇形，頂蓋在預(yù)裝時(shí)需把套筒全部安裝在頂蓋上，在頂蓋上按編號(hào)以定位銷釘定位裝配套筒，定位銷釘安裝完成后對(duì)套筒與頂蓋進(jìn)行把合，螺栓把合完成后用塞尺檢查套筒與頂蓋是否有間隙，如有間隙需及時(shí)的處理，處理完后再吊裝。將頂蓋吊入機(jī)坑，調(diào)整其X、Y線與座環(huán)X、Y線偏差，偏差方向要與底環(huán)的偏差方向一致

（2）檢查每個(gè)導(dǎo)葉鼻端和尾端上端部間隙，此時(shí)活動(dòng)導(dǎo)葉應(yīng)處于接近關(guān)閉的位置。

（3）將臨時(shí)平臺(tái)吊入機(jī)坑，放在機(jī)坑里襯上口，用來放置求心器。

（4）在機(jī)坑中央掛鋼琴線，測(cè)量頂蓋、底環(huán)與轉(zhuǎn)輪室的同心度，并調(diào)整至規(guī)范要求內(nèi)。

（5）清掃導(dǎo)葉軸頸及附件，轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)葉，觀察其轉(zhuǎn)動(dòng)靈活情況。同時(shí)檢查測(cè)量軸套四周間隙值，并記錄。

（6）頂蓋中心找正后，至少擰緊一半的頂蓋螺絲（有拉伸要求時(shí)，此次可不拉伸）。

（7）測(cè)量活動(dòng)導(dǎo)葉端部總間隙，是否達(dá)到圖紙的設(shè)計(jì)要求，并測(cè)量頂蓋內(nèi)鏜口的圓度。

（8）同時(shí)檢查底環(huán)與頂蓋之間的開檔，圓周面上內(nèi)、外兩圈各測(cè)量14點(diǎn)，其偏差應(yīng)小于0.25mm;同時(shí)該開檔值應(yīng)與導(dǎo)葉板體高度、導(dǎo)葉端面間隙的設(shè)計(jì)值對(duì)比。

（八）底環(huán)、頂蓋與座環(huán)銷釘孔配鉆鉸

底環(huán)吊裝完成后，按照?qǐng)D紙確定8個(gè)銷釘孔位置，利用磁力鉆或直臂鉆配鉆出直孔圓柱銷銷8個(gè)。頂蓋預(yù)裝完成后，利用磁力鉆或直臂鉆在廠家事先打好的頂蓋銷釘孔的引導(dǎo)孔位置上，用鉆頭配鉆出直孔螺尾錐銷8個(gè)，然后再斜度為1：50錐形鉸刀手工配鉸（鉸孔后期隨時(shí)用錐銷和孔進(jìn)行適配），直到鉆鉸深度和孔壁光潔度滿足要求后，清理孔內(nèi)鐵屑，涂凡士林油并打入銷釘，并做好標(biāo)記為以后回裝時(shí)用。

（九）基礎(chǔ)板與座環(huán)焊接

頂蓋、導(dǎo)葉、底環(huán)等導(dǎo)水部件全部吊出機(jī)坑后對(duì)基礎(chǔ)板與座環(huán)進(jìn)行焊接，焊接前對(duì)基礎(chǔ)板、座環(huán)焊接處進(jìn)行清掃，確保清掃符合焊接條件后在進(jìn)行焊接，焊接前在座環(huán)與基礎(chǔ)板之間做基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行校核基礎(chǔ)板焊接變形量。

五、總結(jié)

水輪機(jī)在安裝過程中對(duì)所有的步驟的實(shí)施要求都很高，對(duì)安裝的精度準(zhǔn)確度，技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)要求很高，在安裝過程中每一個(gè)步驟每一道工序確保安裝無誤，確保安裝質(zhì)量，這樣才能節(jié)省安裝時(shí)間，同時(shí)保證了水輪機(jī)設(shè)備的安全長(zhǎng)期穩(wěn)定的運(yùn)行。

基金項(xiàng)目：本文系2019年中國(guó)水利水電第一工程局有限公司白山機(jī)電安裝分局項(xiàng)目《300MW機(jī)組水輪機(jī)改造安裝施工技術(shù)研究》科技立項(xiàng)項(xiàng)目。

作者簡(jiǎn)介：趙亮（1988-）男，吉林通榆人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：水利水電工程;李鵬飛（1995-）男，河南杞縣人，本科，研究方向：水利水電工程;郭紅波（1987-）女，吉林四平人，本科，助理政工師，研究方向：水利水電工程;姚培顯（1989-）男，吉林吉林人，本科，助理工程師，研究方向：水利水電工程。