淺談某水電站水輪發電機轉子支架熱套工藝

李 剛，李麗霞

（1.中國電建集團海外投資有限公司，北京 100048；2.中國水利水電第四工程局有限公司，青海 西寧 810007）

1 工程概況

某水電站位于老撾豐沙里省境內，為流域梯級規劃的最上游一個梯級。工程等別為一等，工程規模為大（1）型，樞紐建筑物主要由混凝土面板堆石壩、左岸溢洪道、右岸泄洪放空洞、左岸引水系統、壩后岸邊廠房和GIS開關站等組成。電站開發任務以發電為主，總裝機容量210 MW，裝設2臺105 MW混流式水輪發電機組，水庫正常蓄水位635 m，總庫容18.66億m3。

電站水輪發電機轉子支架與主軸配合采用小過盈、復合鍵結構[1]。在電站現場采用熱套轉子支架翻身180°、大軸插轉子支架的方式；主軸與轉子支架熱套定位采用1個定位鍵定位形式，T 型鍵和定位鍵采用螺栓固定在主軸上，轉子支架1個定位鍵和2個T型鍵鍵槽為通長鍵槽；轉子支架加熱采用外加熱的方法；起吊方式為單鉤起吊，雙鉤翻身；轉子支架、主軸總重約80 t。主要技術參數見表1。

表1 主要技術參數表

2 轉子支架熱套工藝

2.1 準備工作

（1）準備好所需材料，設備，工具，清理，檢查。

（2）在安裝間轉子支墩旁，將轉子支架吊放在等高的支墩上，用壓縮空氣、棉紗、汽油、鉗工工具將轉子支架去毛刺、清潔；清除主軸吊具、導向鍵、T型鍵、主軸法蘭、主軸轉子支架位的油污、毛刺。

（3）為了保證主軸與轉子支架熱套過程的順利進行和運行的安全可靠，熱套前必須對其配合尺寸進行細致而準確的測量，檢查是否符合圖紙和配合公差的要求[2]。

（4）將下蓋板裝配好，下機架放置于機坑基礎上，用楔塊調整水平后，點焊斜楔，把緊螺栓。選取十字方向4個裝制動器位置，放置4個支撐，于每個支撐上布置1副楔塊，吊轉子支架，按圖放置框式水平儀，調整、檢查水平0.05 mm/m。如圖1所示。

圖1 機坑內轉子支架布置示意圖

（5）轉子支架加熱溫升的計算。根據相關標準，本次熱套需要的間隙1.85 mm（收縮量1.05 mm+間隙值0.75 mm+過盈量0.10 mm），其中在套裝過程中因溫度降低引起收縮量取值1.05 mm,過盈量取最大值0.10 mm，熱套間隙0.75 mm，總間隙1.85 mm，根據相關公式可求出轉子支架輪轂加熱溫升≥160℃，所需電功率約120 kW。

（6）布置加熱元件。轉子支架內孔處懸掛2 kW管狀加熱元件，在支架幅板布置槽鋼，10 kW履帶式加熱器擺放于幅板靠近內孔處和槽鋼之上，所有連接線需穿瓷管隔熱。需阻止來自下蓋板處、水機方向的冷風，所以在下蓋板上方鋪滿一層石棉板和一層石棉布。轉子支架待加熱元件布置完畢后，整體外部包滿石棉布，然后再包汽車篷布進行隔熱。

（7）將主軸清潔工作完畢后，裝導向鍵和T型鍵于主軸上（鍵上涂二硫化鉬），上緊螺栓。裝法蘭端吊具和小頭端保護工具，擰緊螺栓，主軸吊起，緩慢移動到轉子支架上方，試插入轉子支架上方口皮處，成功后，將主軸懸掛于距離轉子支架約2 000 mm位置。

2.2 轉子支架加熱及主軸套裝

（1）檢查各處無誤（包括加熱裝置電路）合閘升溫，逐漸緩慢升溫，每小時溫升約15~20℃，使其均勻加熱，可以通過斷續斷開電源開關進行調節。

（2）用紅外線測溫儀監控溫度（測溫時揭開一小處頂部保溫層，在2 m范圍內測量轉子支架內孔溫度），達到要求溫升后，保溫約2 h，使溫度均勻且穩定，然后切斷加熱裝置電路,掀開轉子支架保溫層，用測量工具確定轉子支架輪轂內孔膨脹量≥1.85 mm。

（3）拆除輪轂內孔部位加熱裝置和內孔頂部覆蓋物，在輪轂內圓上蓋好石棉板，以保持輪轂內圓溫度，安裝人員在轉子支架上面觀察導向鍵的方位，對準導向鍵槽方位，利用導向鍵緩慢插入轉子支架就位，確定輪轂與主軸凸臺無間隙。

（4）主軸套入后，會破壞原下蓋板位置中心的保溫層，為防止過快冷卻，造成冷拔現象發生，安排員工在下蓋板位置將主軸周圍重新圍上石棉布。

（5）冷卻到室溫后(冷卻速度不大于20 °C/h)，拆除保溫材料，檢查轉子支架輪轂與主軸凸臺間隙，作好記錄。裝輪轂卡環于主軸就位。裝卡環時需要3位員工操作，卡環單塊重量約30 kg，兩位員工將其抬起至卡環槽高度，第3位員工從外圓方向將卡環推入卡環槽中。

2.3 翻身

（1）吊主軸于機坑側方，將轉子吊具放于專用支架，校吊具水平；吊主軸緩慢下降直至插于吊具內；裝卡環就位。

（2）裝好吊轉子工具后，將第2個行車靠近，穿鋼絲繩掛于吊主軸工具。在轉子支架與鋼絲繩接觸位置，用石棉布、硅鋼片進行纏包防護。

（3）兩個行車相互配合，主軸小頭端緩慢提升，法蘭端緩慢下降，完成空翻。

（4）翻身完成后，吊往安裝間，取下主軸法蘭端吊具，緩慢吊主軸于轉子檢修支墩，用千斤頂頂住轉子支架部分。轉子翻身操作如圖2所示。

圖2 轉子翻身操作示意圖

3 施工質量保證措施

3.1 做好施工準備技術工作

施工作業前，參加施工的班組技術人員及班組成員必須認真熟悉有關圖紙及資料，并由技術人員向所有參加施工的人員進行詳細的技術交底，所有參加施工的人員必須熟悉了解整個施工程序和質量要求。按照工藝要求配置必需的施工機械設備和檢測設施。

3.2 嚴把施工過程控制

（1）為了施工質量的有效控制，必須做到施工過程中，明確施工人員的工作任務，協同作業，做好技術交底工作，確定關鍵工序的監測點和測試點。

（2）在轉子熱套過程中，在做好各個工序的監測點和測試點的檢測同時，還要做好施工記錄。

（3）在熱套過程中，嚴格控制轉子支架升溫以及降溫速度、轉子支架輪轂內孔膨脹量、轉子支架熱套后主軸凸臺與轉子支架間的間隙。

4 施工安全保證措施

（1）參加項目施工的所有人員必須接受入場前安全教育，熟悉整個施工現場安全要求后方可進場。

（2）進入現場人員必須按規定佩戴好安全保護用品。

（3）廠房橋機操作人員和起重指揮人員需持證上崗，廠房橋機在使用前應進行全面的安全性檢查。

（4）作業前技術人員應對轉子支架的支護、主軸清潔、導向鍵和T型鍵的安裝進行詳細檢查，符合要求后方可開始進行。

（5）作業前施工設備、工器具、檢測儀表等應維護和保養、檢查，確保完好。

（6）大軸熱套和轉子翻身吊裝時，必須嚴格執行吊裝工藝方案，統一指揮，協同配合。

（7）大軸熱套時嚴禁用手探孔找正。

（8）轉子熱套加熱監測和電源維修及連接時，必須有兩人同時在場，其中一人作業、一人監護。

（9）作業區域應設置安全警戒線，禁止無關人員進入。

（10）作業區域現場應懸掛安全告知牌。

（11）安全生產管理人員應到現場進行監督巡視，發現違規現象必須立即制止。

5 結語

在轉子支架與主軸熱套施工中，由于工件大而且重，熱套過程中如有卡住不能套入到位時，拔出很困難，因此應特別注意做好充分的準備工作，嚴格熱套過程的質量和安全控制。如果在套裝過程中發現卡阻，應當立即將主軸拔出，查明原因并經處理合格后，重新熱套。嚴禁野蠻施工，防止轉子組裝質量先天不足，以免威脅水力機組的長期安全穩定運行。