淺析導水機構預裝、安裝工藝

舒發兵，付有泰

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 概述

苗尾水電站共裝機4 臺，水輪機型號為HLD399B-LJ-680（立軸金屬蝸殼混流式水輪機）。額定出力為357.5 MW，額定水頭93.0 m，額定轉速107.1 r/min，飛逸轉速210 r/min，額定流量420 m3/s，水輪機安裝高程為1 297.4 m。導水機構主要有底環、活動導葉、頂蓋、筒閥、導葉拐臂及連桿、控制環等組成。

表1 水輪機主要技術參數

表2 導水機構主要部件參數

2 導水機構預裝、安裝工藝流程

導水機構預裝、安裝工藝流程圖，見圖1。

圖1 導水機構預裝、安裝工藝流程圖

3 導水機構預裝

3.1 預裝前的準備工作

（1）熟悉設計圖紙及施工工藝，組織施工人員進行全面的安全、技術交底。

（2）根據施工方案準備好施工工器具、設備等，施工人員就位。

（3）檢查底環把合面和座環上法蘭面的高程、水平及兩平面的平行度，偏差≤0.15 mm。

（4）根據設計圖紙對導水機構裝配各零部件進行全面解體清掃、檢查，對重要尺寸配合公差進行校核，設備檢查和缺陷處理應有記錄。

3.2 導水機構預裝

3.2.1 頂蓋組裝

將設備表面清洗干凈，用刀尺檢查清理毛刺、高點，找出頂蓋上的 X、Y 軸線標記并校核主要配合尺寸。在安裝間適當位置畫地樣圓，沿圓周布置 8 個高1 200 mm 的鋼支墩，安裝起吊工具將第1 瓣頂蓋吊放在鋼支墩上，調整水平在0.03 mm/m 以內將其加固牢靠，安裝密封，將其相鄰的第2 瓣頂蓋緩慢吊放在鋼支墩上與第一瓣組裝，對稱逐漸旋緊把合螺栓將分瓣頂蓋靠攏，檢查并調整組合面銷釘孔的錯牙，符合要求后穿入定位銷釘，同理組裝剩余分瓣頂蓋，將剩余把合螺栓全部安裝就位并初步把緊，仔細認真檢查抗磨面保證無錯牙現象。用液壓扳手由內向外依次把緊所有把合螺栓，螺栓預緊力矩為7 450 N·m，按50%、100%分兩次拉緊。螺栓的把緊力矩不得超過設計值的±10%，過程中記錄下每顆螺栓的把緊力矩值。螺栓全部把緊后，應用塞尺檢查頂蓋分瓣貼合面是否有間隙，原則上不允許存有間隙，允許局部有一點間隙，間隙部位檢查應用0.10 mm 塞尺檢查，間隙的深度不能超過頂蓋貼合面寬度的30%，間隙的長度不允許超過總周長的20%，且把合螺栓與定位銷釘周邊不允許存在間隙，分瓣頂蓋組裝成整體后的頂蓋水平度應在0.03 mm/m 以內。

3.2.2 筒閥組裝焊接并與頂蓋裝配

（1）在安裝間布置一個筒體組裝平臺，平臺由10個高800 m 的鋼支墩均勻布置組成，并在支墩上布置成對楔子板，調整楔子板水平≤2 mm。

將分瓣筒體運輸至工地并吊放在鋼支墩上，調整水平度≤1 mm，拆下分瓣面的法蘭，用煤油或者其他清洗劑將頂蓋分瓣法蘭面、孔洞部位以及裝配附件等表面油污及防銹劑清洗干凈，用刀口尺逐一檢查貼合面，不允許有高點和毛刺等質量缺陷，若有嚴格按照工藝要求進行清理打磨。吊起其中一瓣筒體緩慢靠攏另一瓣，當組合面相距10 mm~20 mm時，穿入把合螺栓，筒體組裝合格后，用千分尺測量筒體圓度，其抗磨塊處圓度控制應≤1 mm，若不滿足要求應用廠家提供的專用工具進行調整，將專用工具安裝在頂推位置，采用調整螺栓緩慢調整并測量，直至圓度滿足設計圖紙要求，再次檢查分瓣筒體把合面處的間隙以及錯臺，檢查合格后用液壓力矩扳手對稱擰緊把合螺栓，要求分2 次擰緊，力矩符合設計圖紙及規范要求，誤差應控制在設計值的±0.05 以內。

調整筒體上平面水平度應在0.04 mm/m 以內，整體水平度應≤0.30 mm（筒體上平面的水平測點應盡量布置在頂蓋限位塊和接力器連接位置），用掛鋼琴線的方法檢查筒體導向條垂直度，其垂直度應保證≤0.06 mm。所有數據合格后將檢查記錄填寫在驗收記錄表內，對分瓣筒體進行焊接。

（2）筒體的焊接

筒體的焊接應對稱實施，焊接作業人員分別在筒體合縫兩側，焊接時先對稱焊接內側焊縫，再焊接外側焊縫。采取小范圍內分段退步對稱焊接，將分瓣面坡口清理干凈，分別在每個組合縫內外均勻布置3 個U 型加強板，以減小焊接變形。焊接采用電加熱方式，使其焊接區域及附近70 mm 以內達到預熱溫度，預熱溫度≥80℃，焊接采用多層多道、對稱、分段、退步的焊接方法。

圖2 筒體焊接區域示意圖

（3）筒閥與頂蓋的套裝

在筒體內分布圓直徑約Φ7 000 mm 布置8 個1 200 mm 高的支撐工裝，在支撐工裝上布置成對調整楔子板用于調整水平度的頂蓋，同時在每個支墩處布置一個千斤頂，千斤頂的頂推力應滿足頂升力要求，千斤頂主要用于筒閥與頂蓋裝配時調整。閥體支墩應比頂蓋支墩低，以保證能準確測量閥體下端面水平。將頂蓋吊裝在支撐工裝上均布后，確保頂蓋上部通孔與筒體的螺栓孔中心基本一致。

采用已布置就位的千斤頂調整頂蓋水平度，使其法蘭貼合面的平面度控制在0.05 mm/m 以內，趨勢與支持環上法蘭面加工后水平及方位基本相同，確保頂蓋法蘭貼合面的水平度滿足要求后，將頂蓋加固牢靠。調整筒閥與頂蓋裝配位置符合圖紙要求后，用千斤頂將筒體平穩頂起，當筒體上平面與頂蓋法蘭下平面的限位塊有2 mm~4 mm 時停止，根據設計圖紙將螺栓穿過頂蓋法蘭孔穿入閥體螺孔內，緩慢且均勻對稱的擰緊螺栓，將塔筒本體緩慢提升并固定在頂蓋法蘭上。使筒體處于自由懸掛狀態，用掛鋼琴線的方法對筒體外表面的12 個導向條的垂直度進行測量，保證其垂直度≤0.06 mm，必要時進行打磨處理以滿足垂直度要求。

3.2.3 筒閥接力器安裝

（1）接力器墊環的安裝焊接

標記后將墊環拆下清理干凈，用相應的螺母將接力器下缸蓋與接力器缸把緊，安裝墊環檢查墊環與頂蓋之間的間隙，0.03 mm 塞尺不能通過，否則應對墊環和頂蓋進行必要的修磨處理。

將接力器吊起緩慢把提升桿插入筒體，初步將螺母預緊，檢查調整墊環與提升桿之間的間隙，其同心度應≤0.10 mm。合格后進行墊環的焊接，焊接時由2 名電焊工采用分段、退步、對稱的方式進行，盡可能的減小焊接變形，焊接完成后再次檢查墊環與提升桿的同心度，不應大于0.5 mm，用框式水平儀檢查墊環的水平度，應≤0.03 mm/m。

（2）接力器的安裝

將整個接力器放置在墊環上，利用相應的頂推螺栓精調接力器與接力器墊環的相對位置，并將相應的把合螺栓把緊在接力器墊環上。

（3）接力器與筒體連接

按照接力器裝配圖將接力器提升桿與筒體間的墊環放置在筒體相應位置，將接力器吊起緩慢插入筒體，按設計圖紙安裝特殊墊片、超級螺母并將螺母預緊，檢查接力器提升桿的垂直度，應≤0.10 mm/m，接力器提升桿垂直度調整合格后，對超級螺母進行最終預緊，每個超級螺母上的M16 的超級螺栓的預緊力矩為160 N·m。

（4）筒形閥動作試驗

將6 個接力器用臨時連通管串連，接入電動油泵對筒閥進行動作試驗，檢查筒形閥接力器應無卡阻現象，并檢查提升桿的垂直度，應滿足規范要求，試驗結束后，旋緊提升螺母將筒體與頂蓋把緊在一起，裝焊封板。

3.2.4 頂蓋與筒閥裝配成整體后吊入機坑預裝

將設備清洗干凈，試配全部螺栓以及螺母、螺孔。

用可調節專用吊具吊起已裝配成整體的頂蓋與筒閥，調整其水平度，將其平穩吊入機坑，在距離活動導葉上端面約100 mm 時，調整頂蓋方位，使頂蓋上XY 軸線與座環XY 軸線吻合，緩慢將頂蓋落放到座環上筒體法蘭，檢查貼合面的間隙。

3.2.5 導水機構預裝檢查

以座環軸線為基準，調整底環、頂蓋軸線與座環對準，其偏差≤1 mm，測量底環抗磨面水平度應≤0.30 mm，以底環下止漏環內圓面為基準，沿圓周方向等分16 點進行測量，調整測量頂蓋上下止漏環的同心度在0.10 mm 以內，調整頂蓋中套筒圓心與底環的導葉軸孔同心度，其同心度偏差應控制在0.40 mm 以內。

頂蓋調整合格后，將50%的座環頂蓋把合螺栓安裝就位，保證螺栓安裝為對稱、均勻布置，初步預緊且預緊力應符合設計圖紙要求，按50%、100%分兩次用液壓拉伸器對稱拉緊。檢查頂蓋與座環組合面，用0.05 mm 塞尺檢查應不能通過，測量預裝導葉的上、下端面間隙，用內徑千分尺測量其余導葉位置的開檔尺寸，確定活動導葉板體能靈活開關。

各項指標滿足要求后，對稱配鉆頂蓋的6 個錐銷孔，其余正式安裝時配鉆。然后將6 個接力器用臨時連通管串連，接入電動油泵將筒閥下落至全關位置，用塞尺檢查固定導葉與筒閥導向板間的間隙并記錄，根據測量數據計算筒閥導向板加工量。

至此導水機構預裝完成。

3.2.6 筒閥導向板配刨安裝

根據測量值及設計間隙要求，計算出各導向條的配刨量，考慮到座環導向條焊后的變形，座環導向條的配刨加工厚度應在計算厚度的基礎上預留0.1 mm~0.15 mm 的配磨余量。

將加工后的導向條點焊在固定導葉導向條安裝位置上，焊接時為減小變形應遵循上下對稱分段、退步的焊接工藝。采用掛鋼琴線的方法對焊后的導向條垂直度進行檢查，垂直度應≤0.06 mm/m，同時將高點、毛刺等修磨平整。

3.3 導水機構安裝

3.3.1 底環安裝

將底環安裝工作面徹底清掃干凈，底環吊入機坑，安裝定位銷，依次安裝底環把合螺栓，對稱從內向外依次把緊所有組合螺栓，按50%、100%兩次擰緊。

上述工作完成后，檢查底環方位應≤1 mm，底環止漏環圓度應≤0.15 mm，底環止漏環與機組中心的同心度應≤0.15 mm，底環上平面水平度應≤0.3 mm。滿足要求后將錐銷焊接牢固。

3.3.2 筒閥、導葉密封安裝

將工作面清掃干凈，按圖依次安裝筒閥密封條，筒閥密封壓板，檢查調整密封壓板與底環、座環的間隙，使壓板與底環的間隙盡量最小，檢查壓板與底環抗磨板的錯牙，合格后將螺栓對稱把緊，在螺栓與壓板縫隙中填充環氧樹脂。

3.3.3 主軸、轉輪安裝

將已組裝好的主軸、轉輪吊裝就位，調整其安裝高程、方位、中心以及上法蘭水平度，各項指標滿足后進行下一道工序。

3.3.4 頂蓋與筒閥安裝

安裝活動導葉中軸承處的V 型密封套，頂蓋把合面密封條，用廠供吊具調整頂蓋水平度不大于0.02 mm/m，平穩吊起頂蓋+筒形閥裝配體，在距離導葉上端面200 mm 位置時停下，檢查確認頂蓋的水平度與XY 軸線方位，確認無誤后緩慢落下，當頂蓋法蘭把合面距離座環上筒體法蘭面約20 mm 時，安裝定位錐銷，確保頂蓋安裝至原始預裝位置。

整體吊裝后，用塞尺查頂蓋與座環組合面間隙，各導葉上端面總間隙并記錄，檢查筒體導向條間隙，檢查轉輪上冠與頂蓋下端面的錯牙，轉輪上冠應高于頂蓋過流面，此值應與主軸上端面的高程偏差基本一致。

各項指標滿足要求后安裝把合螺栓并對稱預緊，按50%、100%分兩次拉緊，鉆鉸剩余錐銷孔，并將錐銷安裝就位。

3.3.5 導水機構附件安裝、間隙調整

（1）控制環的安裝

將設備清洗干凈并清理毛刺，找出X、Y 基準用記號筆標記，檢查控制環圓度滿足要求后將控制環吊放在頂蓋上。按定位基準將控制環調整到全關位置，通過小吊耳與XY 軸線距離控制調整，其與設計的全關位置對比周向偏差應≤1 mm，測量控制環大耳柄到接力器基礎板的距離，應≤3 mm，上述數據檢查合格后打上標記。

測量控制環與頂蓋軸承的徑向間隙，其間隙周向應盡可能均勻，合格后將控制環與頂蓋相對固定牢靠，配裝壓板并再次檢查間隙。

（2）控制環接力器安裝

接力器的預裝：將接力器固定板法蘭面及相應的把合孔清理干凈，用事先做好的高程基準點檢查固定板中心高程，應控制在±1 mm 內，掛鋼琴線用內徑千分尺檢查固定板法蘭面垂直度，應≤0.30 mm/m，用卷尺檢查固定板到X-X 的距離，固定板到Y-Y 的距離，固定板與X-X 的平行度，其偏差值應控制±1 mm 內。

轉動控制環將控制環置于全關位置，用全站儀將頂蓋上的Y-Y 線標引在機坑上適當位置，再引出兩條通過控制環大耳柄中心與Y-Y 軸線平行的兩條水平線，將兩條平行線的標記引放到接力器把合板相應位置。

初步調整接力器把合孔與相應的螺柱同心，按圖裝入相應的把合螺母并初步把緊，調整接力器桿頭的法蘭面處于水平位置，根據現場實際情況接入壓力油泵，將接力器分別動作在全開與全關位置，測量控制環大耳柄法蘭面的高程及接力器桿頭法蘭面的高程，根據測量結果計算出接力器的水平和高程并計算出相應的調整量。其全關位置與全開位置時高程之差應≤0.5 mm，接力器桿頭法蘭面與控制環大耳柄法蘭面的高程偏差應控制在1 mm 以內。

在全開和全關位置下，通過旋轉接力器桿頭，調整測量接力器桿頭中心到接力器把合板的距離，接力器桿頭中心到通過控制環大耳柄中心水平線的距離，根據測量結果確定接力器調整量及調整板的加工量，合格后將相應的螺母把緊，并作相應的定位標記或是裝焊臨時定位塊，以便接力器的正式安裝。

接力器安裝：結合預裝時的標記線，安裝接力器并初步把緊螺栓，螺栓預緊應對稱、均勻，然后將接力器分別置于全開、全關位置，測量接力器的高程和水平，接力器桿頭法蘭面高程之差應控制在0.5 mm以內，接力器桿頭法蘭面高程與控制環大耳柄法蘭面高程差應控制在1 mm 以內，接力器的位置與設計偏差應≤1 mm，檢查合格后對稱把緊所有螺母，按圖鉆鉸接力器與接力器埋件間的銷孔并裝入相應的錐銷。

接力器和控制環的安裝：結合接力器桿頭法蘭面與相應控制環大耳柄法蘭面高程的差值加工止推墊片，按設計圖紙將止推墊片安裝就位，將接力器動作至全關位置，同時向開啟方向7 mm 處作出相應的位置標記。將接力器向開啟方向運動7 mm，將控制環置于全關位置，在內孔涂裝上一層潤滑油脂，調整推拉桿孔與控制環大耳柄銷孔同心，按設計圖紙安裝相應的桿頭銷。

上述工作全部安裝完成驗收合格后，緩慢開關接力器檢查整個導水機構的靈活性，應動作靈活，不發卡。

接力器壓緊行程的調整：導水機構靈活性檢查合格后，將接力器油壓緩慢降到零，測量接力器桿頭到接力器缸的距離，然后對接力器緩慢升壓，升壓過程中檢查導葉立面間隙，當所有導葉立面間隙為零時，記錄下接力器油壓，在該值的基礎上加上一個修正值作為與壓緊行程對應的油壓值，并記錄下接力器桿頭到接力器缸的距離。然后將接力器油壓緩慢降至零，再次測量接力器桿頭到接力器缸的距離，計算相應的差值，取其平均值作為接力器的壓緊行程值。

將調整螺母松開，拆下推拉桿與接力器桿頭連接的桿頭銷，根據接力器的壓緊行程值以及預留壓緊行程調整量差值，轉動接力器桿頭與接力器活塞的相對位置，然后轉動接力器活塞將接力器桿頭調整水平。

把緊調節螺母，在接力器缸蓋與接力器活塞桿之間架設百分表進行監測，對接力器緩慢升壓到4.0 MPa，升壓過程中監視百分表的擺動情況，當接力器油壓升至4.25 MPa 時，百分表的運動速度應該明顯降低，此時認為接力器壓緊行程調整滿足要求。

按照圖紙要求鉆鉸接力器側的鎖定板與桿頭銷之間的銷孔，并裝入相應的圓柱銷，鉆鉸接力器桿頭與接力器活塞桿之間的錐銷孔并裝入相應的錐銷，錐銷裝入后應低于桿頭平面0~10 mm。

（3）導葉端面、立面間隙調整

導葉端面間隙調整：將設備及零部件清洗干凈，用塞尺檢查導葉上、下端面間隙。預備72 塊鉛塊，每個導葉端面間隙調整至少3 塊。取3 塊鉛均布于導葉上軸頸端面，安裝端蓋，把緊端蓋螺栓。安裝導葉調整螺栓及其墊圈，根據所測得的導葉上、下端面間隙確定導葉提升值。逐步把緊螺栓提升導葉使導葉上、下端面間隙分配滿足設計要求，導葉提升時注意打表監測，同時不斷用塞尺檢查上、下端面間隙。

間隙分配合格后，松開導葉調整螺栓，拆掉端蓋，取出被壓扁的3 塊鉛塊，用千分尺測量3 個鉛塊厚度，3 個鉛塊厚度偏差應不大于0.10 mm，取其平均值來配車調整板。將加工后的墊塊、端蓋安裝就位，把緊端蓋螺栓同時安裝接力器導葉調整螺栓，按照設計要求用扭矩扳手把緊，再次檢查端面間隙并記錄。

導葉立面間隙調整：調整24 個導葉到接近全關位置，按設計圖紙安裝連接板以及偏心銷等，將控制環轉至全關位置，調整偏心銷位置，相鄰導葉關閉點的節圓半徑允許偏差為±3 mm，立面間隙應為0，用塞尺檢查0.05 mm 不能通過，允許局部間隙但最大不超過0.1 mm，且間隙的總長度不超過導葉板體高度的20%，用鋼絲繩配合20 t 導梁葫蘆捆住導葉，逐步收緊葫蘆導鏈并再次檢查立面間隙應滿足上述要求，最后安裝偏心銷蓋板，將把合螺栓把緊。

（4）附件安裝

導葉間隙調整合格后，安裝止推塊，其間隙應控制在0.10 mm~0.15 mm 之間，按設計圖紙要求分別將導葉打到全開和全關位置安裝止推塊，間隙應滿足設計要求。

4 結束語

導水機構是水輪機的核心設備，導水機構的安裝質量直接影響機組的安全穩定運行，尤其在關鍵指標的質量控制上，應深入研究，優化工藝，嚴格管控施工過程，可以起到“事半功倍”的效果。苗尾水電站4 臺套350 MW 水輪機導水機構按上述工藝安裝完成，各項指標均控制在國家標準和廠家設計圖紙范圍內，機組運行可靠，該施工方法通過實踐證明可行，以期為同類型電站導水機構預裝、安裝提供借鑒。