軸伸貫流式水輪發電機組安裝工序改進工藝

嚴平文

（廣東省源天工程有限公司，廣東 廣州 511340 ）

1 概述

新疆某電站位于新疆維吾爾自治區喀什地區境內，下游主廠房安裝4×50 MW混流式機組，為確保葉爾羌河生態完整及右岸灌溉，設計在生態電站內布置2×1 500 kW的軸伸貫流式水輪發電機組。水輪機型號為GZ007-WZ-200，轉輪直徑2 m，發電機型號為 SFW1500-24/2210。水輪機采用水平軸向布置，導葉與機組中心線成65°傾角。流道由進水管、座環、導水機構、轉輪室、尾水管和S型尾水肘管及尾水渠組成。該機組流道呈軸向布置，水流從上游流道沿水輪機軸軸向流向轉輪，并流入尾水管，然后流入S型尾水肘管從發電機正下方流出。上游來水，以盡可能少的水力損失、均勻地引入錐形導水機構，形成理想的流量進入轉輪室，然后高效地將水的勢能轉化為水輪機的機械能，通過水輪機軸和發電機軸使發電機轉子轉動，將機械能轉化為電能。水輪機主軸從肘管中水平穿過后與發電機軸連接，兩軸之間設置過渡法蘭，便于拆裝。發電機和水輪機軸承共用一個供油系統，集中供油。為保證機組運行穩定，發電機機坑底部距流道有足夠距離。調速器通過接力器與水輪機導水機構控制環相連，并通過控制環實現導葉的開關，實現機組的開機、并網、增減負荷和停機。

圖1 軸伸貫流式水輪發電機結構

2 機組安裝方法

2.1 軸伸貫流式機組安裝程序

本電站的軸伸貫流式機組與傳統的燈泡貫流式機組結構不同，軸系和水輪機軸系布置發生了變化，一共需要3段軸進行安裝調試，傳統的燈泡貫流式機組安裝順序無法滿足安裝進度和調試精度要求，因此對機組安裝順序進行了重新調整，調整后的安裝程序見圖2。

2.2 機組主要部件安裝

2.2.1 轉輪及小軸安裝

轉輪裝配主要是由轉輪體、葉片、轉臂、操作機構、護罩等組成，轉輪是水輪機的重要部件，水流的勢能和動能通過轉輪變為機組水輪機轉動部件旋轉的機械能，再通過主軸傳遞給發電機，通過發電機將機械能轉換為電能，貫流式機組基本上都采用軸流轉槳式轉輪，轉輪葉片在導水機構的配合下根據水頭和負荷需求調整至最佳位置，以保證水輪機在高效率工況下運行。常規貫流機組的轉輪葉片操作機構采用活塞結構，其均布置在轉輪體內，通過受油器供油來控制活塞的位移，再經過轉臂帶動葉片的開關。而該機組的轉輪葉片操作機構采用無油調槳操作裝置，其主要結構包括：操作架、叉頭、銷、連桿、轉臂、切向鍵等組成，并采用連桿運動結構。來自受油器開關腔的壓力油推動接力器桿運動，從而帶動操作架、連桿、轉臂操作葉片轉動。在轉輪導向座內設有10個導向塊，引導操作架的軸向運動。本操作機構不在轉輪輪轂內布置接力器，將接力器外移至水輪機錐形罩內，解決了轉輪輪轂內部布置活塞接力器，并有效避免了因輪轂內充油而出現漏油現象。

轉輪、小軸和接力器桿在安裝間進行組裝，組裝前將各部位進行清掃和檢查，將轉輪體立放在支墩上安裝操作架、連桿、轉臂、葉片等，裝配時應注意防止雜物落入轉輪體內，然后將轉輪翻身平放在支架上，先安裝接力器桿再安裝小軸。

2.2.2 水導軸承安裝

在安裝間配裝水導軸承、刮研軸瓦，軸瓦研刮后，瓦面接觸應均勻，每平方厘米面積上至少有1～3個接觸點；每塊瓦的局部不接觸面積，每處不應大于5%，其總和不應超過軸瓦總面積的15%，各項指標達到要求后將水導軸承安裝在小軸上，檢查軸瓦與小軸間隙使其符合設計要求（0.28～0.45 mm）。水導軸承安裝完成后，將水導軸承連同轉輪吊裝就位，然后利用水導軸承底部的支架精確調整機組軸線的中心和水平，待機組軸線調整完畢后鉆銷釘孔。

2.2.3 受油器安裝

燈泡貫流式水輪發電機組的受油器通常采用浮動瓦的結構給轉輪體活塞進行供油，并同時起到導軸瓦的作用；受油器操作油管的擺度和浮動瓦的安裝質量要求很高，以及受油器座的調整精度要求較高，導致整個受油器的安裝工期較長。而該結構的機組的受油器由高速旋轉接頭、集油罩、活塞、缸體等組成，高速旋轉接頭將來自調速器主配壓閥的開關操作壓力油，通過操作油管與受油器活塞缸相通，推動接力器桿軸向運動，從而通過接力器桿帶動操作架、連桿、轉臂操作葉片轉動，構成操作葉片的動力系統。轉輪葉片的轉角通過反饋裝置反饋給調速器，從而達到精準控制槳葉開度的目的。這種結構的受油器集接力器和受油功能為一體，整體的安裝難度較小，僅需要注意各部位密封件的安裝質量及受油器座與接力器桿的同心度。

2.2.4 發電機安裝

（1）發電機底板與導軸承安裝

本機組的發電機部分有兩部套筒式導軸承，其中Φ300 mm徑向瓦在定轉子上游側的組合軸承內，Φ280 mm徑向瓦在定轉子下游側的座式軸承內。它們的同軸度、水平、高程以及發電機底板牢固是整個機組安裝質量的關鍵，是機組長期穩定、安全、可靠運行的保證。在尾水肘管安裝完成，混凝土強度達到要求后，即可進行發電機底板的預裝，將底板放置在楔子板上，初調好底板高程、水平和中心。吊座式導軸承下半部落在底板上，用鋼琴線、水準儀、內徑千分尺，以水輪機座環處軸承座和肘管中心為基準測量出兩軸承座的高程、中心、水平。各項測量數據指標達到設計要求后澆筑發電機底板二期混凝土，待混凝土的強度達到設計要求后，復測發電機兩個導軸承和定子的中心及高程。（2）定轉子安裝

把定子吊放在安裝間能滿足轉子穿入的適當位置上，用雙梁橋式起重機主鉤（32 t）起吊轉子（轉子已熱套在發電機軸上），吊轉子時利用轉子吊裝工具起吊（若廠家未配吊梁可采用Φ219 mm×1 500 mm×12 mm無縫鋼管自制簡易吊梁），以防止起吊轉子時鋼絲繩損壞磁極。將轉子的發電機軸緩慢穿入定子，使轉子盡量靠近定子，粗調定、轉子間的間隙，然后落在預先放置的鋼支架上，將發電機軸墊牢固定后松鉤。用主鉤起吊定子，在定子套入轉子時用自制的8條1 200 mm×20 mm×3 mm絕緣板均布拉動，檢查定轉子的氣隙情況，避免定子鐵芯和轉子磁極碰撞。定子吊裝就位后，整體吊裝定轉子，調整發電機軸前后端位置落放在轉子軸承座下半部上。

精調轉子前后的位置，復核、調整發電機的空氣間隙，滿足設計要求后安裝定、轉子前后的導軸承和組合軸承及其他附件，重點確保導軸瓦和推力瓦的間隙、空氣間隙均應符合設計要求。

圖4 定轉子套裝

2.2.5 軸系盤車調整

常規的貫流式機組通常采用水輪機和發電機共用一條軸，而該電站軸系采用小軸（轉輪上游側）、水輪機軸（轉輪下游側）和發電機軸共3段，相對其他機組盤車調整軸系的難度增大，現對該機組軸系盤車調整做簡單的介紹。

盤車前對發電機軸的水平進行檢查，確保其水平度在0.02 mm/m以內，清理水輪機軸和發電機軸的法蘭面，調整水輪機軸的位置使其發電機軸位置一致，按照編號安裝銷釘和連軸螺栓。在水輪機軸上游側法蘭和發電機下游側軸承位置+X、+Y 方向分別架設一塊百分表，在水輪機軸上游側法蘭面位置（Z向）單獨架設一塊百分表，將主軸沿圓周方向等分成8份，并做好標記，啟動發電機軸承油系統，利用人工或主廠房橋機旋轉發電機軸，先旋轉1～2周確保各部位無碰撞后將各百分表調至零位，再次旋轉發電機軸，每到一個測量點位置應做短暫停留，直到百分表的讀數不再發生變化時才能進行讀數，以此類推旋轉一周后將記錄的結果進行對比，應確保X、Y方向百分表的擺度趨勢一致，Z方向的百分表無較大的竄動。通過計算核實水輪機軸上游側法蘭的擺度值是否超過設計和規范要求，同時對發電機下游側導軸瓦處的擺度進行復核，以確保發電機軸的加工質量，同時應對水輪機軸的水平度進行復核。綜合考慮水輪機軸上游側法蘭的擺度和水輪機軸的水平度，以確定是否需要在水輪機軸和發電機軸法蘭面之間進行加墊處理，如果需要進行加墊處理，應按照上述盤車流程進行檢查，直到水輪機軸的擺度和水平度達到設計和規范要求。

水輪機軸盤車檢查合格后將水輪機軸與轉輪體進行連軸，按照上述同樣的方法檢查、調整小軸水導軸承位置的擺度，使其滿足設計和規范要求；同時在盤車檢查時水輪機軸上游側法蘭位置X、Y方向的百分表應保留，以便對整個軸系進行復核。最終應確保水導軸承位置的相對擺度不超過 0.05 mm，整個軸系的水平度不超過 0.02 mm,水輪機軸和發電機軸連接處、水輪機軸（軸向）架設百分表，注意觀察主軸的Z向（軸向）竄動，如果竄動值超過推力瓦的間隙，應重新調整、復核推力瓦的間隙，直至滿足要求為止。

3 結束語

對軸伸貫流式水輪發電機組的安裝流程和主要安裝工藝進行仔細的研究和分析，將傳統的施工流程進行了優化，調整了施工的先后順序，避免了不必要的重復作業，大大縮短了施工工期；同時對機組的關鍵工藝進行了改進，確保了機組安裝的精度，避免了不必要的返工，提高了工作效率，為同類型機組及三支點臥式機組安裝提供可借鑒的經驗。