水輪發電機組安裝中的相關問題及處理分析

（云南省滇中引水工程有限公司，云南昆明 650000）

0.引言

目前我國人民的物質生活水平正在不斷提高，同時我國人民的環境保護意識和要求也越來越高，對于清潔能源的需求也在增加，這給傳統的火電廠帶來了壓力，因為火電廠本身十分消耗能源，傳統火電廠對環境的污染很高。因此國家正不斷提高水力發電的規模，對于水力發電工程來說，水輪發電機組的運行質量對發電的效率和電網的穩定有著重要的影響。另外其中機組的運行質量也是水力工程中的關鍵控制內容，不僅需要嚴格做好機組安裝質量的控制工作，還需要定期進行機組運行狀態的檢查，從而大幅度減少水力發電機組的故障次數和概率，并針對機組安裝和運行過程中的問題進行解決，從而確保機組安全和穩定運行，最終提高水力發電工程的運行質量和發電量，這也是促進我國經濟穩定和高速發展的重要因素。

1.我國水力發電的發展現狀

水力發電是目前我國主要的發電方式之一，也是我國電力發展的主要方向之一。因為這種發電方式十分環保，對環境的污染和損害也比較小，而且具有超過90%以上的發電效率以及很低的發電成本。除以上優點，水力發電工程還有著調節電網、防洪、灌溉、河流航運以及交通等綜合作用，所以水力發電工程在我國很受歡迎。我國水力發電最多的省份主要是四川、云南、湖北、貴州等省份，這四個省份的水電發電量占全國的水力發電的70%左右。在水力發電廠的不斷建設和增加的過程中，也出現了很多水輪發電機組安裝運行質量問題，因此需要對水力發電工程中水輪發電機組的安裝等問題進行詳細研究和分析。

2.水輪發電機組安裝過程中存在的問題

2.1 固定部分的安裝問題和解決對策

在水輪發電機組的安裝過程中，通常需要利用水輪機座環確定水輪發電機組的安裝中心，同時還需要對發電機轉子和發電機定子的中心位置進行確定，以便確保發電機組的氣密分布均勻。在確定上述固定中心后，將有助于機組部分的附加力作用于軸承部件中，這樣不僅能確保機組長期的安裝中心與機組旋轉中心重合，還可以有效防止機組中出現波動[1]。上述情況出現問題，不光容易導致機組安裝過程中出現固定部分中心偏差和錯誤等問題，還會造成水力發電的失衡，從而導致整個機組安全和高效運行受到影響。因此這就需要機組在安裝過程中，一方面提高座環、底環與轉輪之間止漏環的間隙調整精度，確保止漏環均勻，從而減小水力不均勻引起的水力振動，保證機組運行的穩定性。另一方面在發電機安裝過程中，測量和調整靜態下和動態下發電機空氣間隙，提高發電機轉子與定子之間空氣間隙的均勻性，減小機組運行過程中因電磁拉力不均勻引起的電磁振動。此外，還需要兼顧調整好機組導軸承和推力軸承的擋油圈、油槽蓋與機組軸系的間隙均勻，以減小運行過程中油霧的產生。機組固定部件與旋轉部件位置確定應根據所測量的部件的斷面尺寸加密測量點數，采用最小二乘法進行計算確定，可以一定程度的減小部件本身加工的不圓度對機組安裝調整精度的影響。

2.2 機組軸線調整和軸瓦間隙分配的問題

水輪發電機在安裝過程中，機組的軸線調整和軸瓦間隙分配是水輪發電機組安裝十分重要的內容，其直接影響機組運行的振動和擺度。機組軸線調整前，檢查機組所有旋轉部件與固定部件間隙符合設計要求且均勻，抱緊最靠近推力軸承位置的導軸承的4塊或8塊軸瓦，抱瓦間隙0.02mm～0.04mm。并自上而下在機組所有盤車需要監測擺度的部件斷面上均勻設置8個測點，測點一般由+Y方向起始，逆時針編號。盤車前，做好檢查確保機組在自由狀態，確保推力軸承鏡板與推力瓦清潔無雜質，測量調整好推力軸承受力和鏡板水平，在鏡板和推力瓦間均勻涂抹一層潤滑脂。采用電動機械盤車時，需在測點對正且關閉電源的情況下讀取百分表讀數，且一般記取后盤車后兩圈讀數以免數據失真。軸線調整可采用刮削卡環、刮削轉子與推力頭墊板和大軸法蘭加墊等方式進行。軸線調整好、止漏環間隙及發電機空氣間隙調整好后，根據盤車的結果調整各部導軸承的抱瓦間隙，一般情況下可采用抱偏心瓦的方式，結合軸承實際擺度計算各塊軸瓦的抱瓦間隙，這樣有利于機組運行擺度的控制。此外，在導軸承抱瓦時，應做好防止大軸偏移的措施。

2.3 鏡板水平和推力軸承的問題

水輪發電機組安裝過程中鏡板水平與推力軸承安裝質量是十分關鍵的。在目前的大型常規水電站和抽水蓄能電站中，推力軸承的結構采用三波紋不可調彈性油箱結構較多，這種結構的推力軸承受力不可調整，因此對機架的安裝水平度有很高要求，一般為0.02mm/m。這種結構的推力軸承一般選擇對機架進行預裝并通過鏡板水平來控制機架水平，混凝土澆筑過程中格外注意采用百分表對機架水平及位移的監測并要嚴格對稱均勻緩慢澆筑。在正式回裝下機架時，再次根據鏡板面的水平進行機架水平度調整，確保鏡板水平不大于0.02mm/m。此外，在推力軸承部件安裝前，需要仔細清掃且測量復核各個部件的尺寸及偏差應滿足圖紙要求。在轉子吊裝前后均需格外重視推力頭與鏡板、推力頭與轉子法蘭面的間隙應符合圖紙要求，一般要求0.02mm塞尺不得通過。在每次盤車前，應頂起轉子起落三次確保機組自由狀態后，測量鏡板靜態和動態下的旋轉水平和鏡板的跳動值應符合設計要求[2]。

2.4 水輪機卡門渦的形成和危害

水輪機的內部水流動可以視為不可壓縮、非定常的黏性流動，因為水流在繞流葉柵的過程中如果達到一定的雷諾數，就會在葉柵尾部出現邊界分離的情況，同時也會形成一種漩渦，漩渦自葉柵尾部兩側交替脫落，而在尾跡區則會形成非對稱且旋轉方向相反、流動不穩定漩渦，這就是我們所說的卡門渦。這種卡門渦會在不斷形成和消失的過程中，形成垂直于主流方向引起交變的振動力。而當卡門渦的頻率和葉片固有的頻率接近時，將會引起葉片巨大的共振，不僅整個機組振動急劇增大，還會在葉片的出水邊產生裂紋，甚至出現葉片根部振裂的情況。例如我國的巖灘水電站的機組振動就是由于卡門渦而引起的。處理這種卡門渦最好的辦法就是對葉片的出水邊進行非對稱的削薄和修剪，這種方式不但能提高卡門渦脫落的頻率，還能降低激振幅值，此外修剪過的葉片一般也不會發生裂紋，最終達到消除卡門渦共振的效果。另一個方式則是在水力設計階段通過仿真軟件模擬計算出葉片的固有頻率，采取結構優化等措施避開葉片固有頻率與水力頻率重合，避開共振。

3.水輪發電機組的安裝質量控制措施

因為水輪發電機組在安裝過程中很容易出現以上問題，所以需要加強水輪發電機的安裝質量控制。首先，需要科學的、合理地制定水輪發電機的安裝方案并且嚴格按照標準施工，另外還需要考慮外部市場環境的變化以及機組設計制造的具體情況來實施，從而確保整個機組的運行要求[3]。其次，在安裝結束后需要對安裝過程的各個環節進行總結和改進，以便在以后的機組安裝過程中進行優化調整。最后，針對機組的檢查工作，則需要對水輪發電機運行過程中容易和經常出現損耗和關鍵的零部件進行檢查，以便防止一些突發性故障的出現。并且針對這種突發性情況，制定相應的應急措施以減少水輪發電機組突發性故障的概率，同時用最短的時間使機組的運行狀態恢復正常，這也是減少水輪發電機組故障的重要方式。

4.結語

針對我國水力發電的發展現狀以及水輪發電機組安裝過程中存在的固定部分安裝、機組軸線調整和軸瓦間隙分配、鏡板水平和推力軸承、卡門渦等問題進行分析，并且對相應的解決對策和措施進行闡述，希望給水輪發電機組安裝調試以及運行檢修帶來幫助。