水輪發(fā)電機(jī)組安裝中的問題與措施

宋 成

（安徽省蚌埠閘工程管理處，安徽 蚌埠 233010）

水電機(jī)組的安裝已積累了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，然而，到現(xiàn)在為止，水電機(jī)組的安裝還存在許多亟待解決的問題。水輪機(jī)是一種適應(yīng)性很強(qiáng)的發(fā)電設(shè)備，所以，對于水電機(jī)組的安裝，一定要給予足夠的重視。為了能更好地保證水電機(jī)組的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，本文對水電機(jī)組安裝中出現(xiàn)的一些問題進(jìn)行了分析，并提出了質(zhì)量控制舉措。

1 水輪發(fā)電機(jī)組安裝問題

1.1 固定結(jié)構(gòu)

在水輪機(jī)的安裝過程中，其定位機(jī)構(gòu)既是對機(jī)組的定位進(jìn)行校核的基礎(chǔ)，又是對電機(jī)的定轉(zhuǎn)子中心的校核[1]。在安裝時(shí)，由于對定位點(diǎn)的確定不準(zhǔn)確，造成了后期機(jī)組的額外受力很難施加到軸承零件上。此外，由于安裝位置偏差或誤差，機(jī)組在工作中會(huì)發(fā)生動(dòng)態(tài)不平衡，嚴(yán)重影響機(jī)組的發(fā)電安全和發(fā)電效率，嚴(yán)重影響機(jī)組的工作壽命。

1.2 軸線軸瓦間隙

水輪機(jī)組的安裝過程中，需要對軸、軸承等零部件進(jìn)行加工，如果二者間的間隙處理不好，會(huì)對機(jī)組的運(yùn)行質(zhì)量產(chǎn)生很大的影響。在法蘭水導(dǎo)、上導(dǎo)、下導(dǎo)等施工中，往往忽視了測點(diǎn)的選取，導(dǎo)致測點(diǎn)選取不當(dāng)，影響了測量精度。此外，因?yàn)樵诎惭b時(shí)沒有做好清潔工作，所以在鏡板與止推瓦之間產(chǎn)生了一些雜物，影響了機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在盤車運(yùn)行過程中，由于缺少固定的檢測操作，使得檢測過程中的碰撞、損壞等問題很難得到及時(shí)的檢測，檢測過程中的信息記錄不完整，檢測過程中的間隙調(diào)節(jié)不及時(shí)[2]。另外，元件安裝測量點(diǎn)的選取也會(huì)影響元件讀取精度。在打開連輪軸凸緣擋圈時(shí)，由于間隙太大，造成了電機(jī)軸等零件的中心偏差，造成儀器讀數(shù)不準(zhǔn)，從而影響了機(jī)器工作的受力平衡。

1.3 鏡板受力

在機(jī)組安裝時(shí)，鏡面面板的受力也是一個(gè)重要問題，鏡面面板將承受橫向作用力，并承受一定的推力。有些人在推鏡子的時(shí)候，并沒有對調(diào)節(jié)方式進(jìn)行控制，所以在安裝之后，得到的測量結(jié)果并不精確。儀器本身就有一些誤差，光靠感覺很難判斷出誤差的大小，這就導(dǎo)致了鏡面上位置的千分表的數(shù)據(jù)誤差比較大[3]。在測試過程中，工作人員往往是在鏡面的邊緣位置對其水平狀況進(jìn)行檢測，忽略了推力瓦受力改變的作用，從而造成了鏡面平整度測試中的問題。另外，采用測微計(jì)監(jiān)控工作流程時(shí)，并沒有對推力瓦進(jìn)行逐塊讀取，往往是在兩片工作結(jié)束之后才開始讀取，即使是在轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，也要進(jìn)行回零，這樣的鏡面受力問題以及處理方法的不當(dāng)，都會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)組的安裝質(zhì)量。

1.4 高程控制

水輪機(jī)下部結(jié)構(gòu)的標(biāo)高控制是水輪機(jī)安裝過程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，關(guān)系到水輪機(jī)的安裝質(zhì)量。在施工過程中，由于施工單位固定構(gòu)件和旋轉(zhuǎn)構(gòu)件之間的標(biāo)高差異，在施工過程中沒有考慮到施工過程中的高程差異，給測量帶來了一定的誤差。另外，在深基坑的返點(diǎn)測量過程中，未考慮測量帶自身的誤差，造成了深基坑工程測量的較大誤差，包括下機(jī)架高程誤差超標(biāo)、座環(huán)加工及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)尺寸精度不夠、判定時(shí)未考慮溫度影響、預(yù)載時(shí)未考慮量具誤差、定子線桿下引線不能精確校核其中線高程等問題。

2 水輪發(fā)電機(jī)組安裝問題解決策略

2.1 固定結(jié)構(gòu)問題的解決

對于機(jī)組對中位置的確定，首先要明確其功能和重要性。在安裝過程中，要正確地安裝機(jī)組的各緊固件，以保證機(jī)組的氣密性均勻分布，這樣就可以準(zhǔn)確地確定定位中心，這樣機(jī)組電動(dòng)機(jī)的定子和轉(zhuǎn)動(dòng)部位的中心也可以準(zhǔn)確地安裝[4]。因?yàn)橹挥挟?dāng)安裝點(diǎn)被確定后，施加在設(shè)備上的附加力才能全部施加到軸承組件上，從而使其能夠長期支撐軸而不會(huì)在工作過程中產(chǎn)生波動(dòng)。在安裝過程中，要注意對組件的固定結(jié)構(gòu)進(jìn)行定位，從而提高組件的安裝精度，避免機(jī)組發(fā)生受力不均的情況，保證機(jī)組高效、安全地工作。同時(shí)，在設(shè)備安裝過程中，對設(shè)備的安裝也要給予足夠的重視。比如：在安裝轉(zhuǎn)輪時(shí)，需要在固定的結(jié)構(gòu)中間，注意對擋油筒等零件的管理，防止結(jié)構(gòu)“偏心”，也可以防止機(jī)器在工作過程中發(fā)生“甩油”，減少因安裝故障而造成的軸承零件損壞。機(jī)組安裝中央結(jié)構(gòu)的定位程序，不應(yīng)該受固定結(jié)構(gòu)的形狀、性能等方面的影響。如果一個(gè)固定部件可以測定的直徑多于三個(gè)，并且可以測定的讀數(shù)大于六個(gè)，那么就可以將該固定部件的各個(gè)區(qū)域的直徑中心點(diǎn)連接起來，形成一個(gè)多邊形。對于已測得的固定中心，還要加以校正，使其在同一垂線上。

2.2 安裝間隙問題的解決

為解決機(jī)組安裝軸與軸瓦間隙的問題，法蘭水導(dǎo)、上導(dǎo)、下導(dǎo)的安裝工作，需對各點(diǎn)進(jìn)行均勻劃分，以保證各點(diǎn)在同一豎直面上。因?yàn)閷S、襯套的初始調(diào)整都會(huì)對鏡板的側(cè)向受力產(chǎn)生影響，所以安裝時(shí)需要安裝人員對鏡板、止推瓦等進(jìn)行徹底的清潔，并采取綜合的清洗措施，清除其內(nèi)的雜質(zhì)。另外，在縫隙處涂油可以降低運(yùn)行的摩擦阻力，在天氣比較熱的時(shí)候，可以將豬油和羊油按照一定的比例混合，防止由于天氣原因造成的涂油融化。

在盤車作業(yè)中，要確保大軸能夠正常運(yùn)行，而大軸在工作過程中不會(huì)被其它零件，尤其是擋油筒與大軸之間的碰撞所影響。有些安裝者可能忽略了這一點(diǎn)，因?yàn)檫@樣的撞擊對裝置的操作造成的影響是相當(dāng)輕微的。為確保安裝工作的質(zhì)量，在安裝盤車過程中，要注重對固定結(jié)構(gòu)的中心點(diǎn)進(jìn)行檢測，對出現(xiàn)的撞擊損壞進(jìn)行及時(shí)處理。在進(jìn)行檢查時(shí)，要注意清點(diǎn)，清點(diǎn)完畢后不能受到任何外力的影響。在檢驗(yàn)作業(yè)時(shí)，可以用手指輕輕推動(dòng)盤體，判定軸桿的松緊度，在檢查之后，準(zhǔn)確地記錄相關(guān)的結(jié)果。特別是在某些工作中，有人錯(cuò)誤地認(rèn)為，只需將上轉(zhuǎn)子固定好，便可開啟上轉(zhuǎn)子的潤滑工作，從而保證了落轉(zhuǎn)子列車的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。實(shí)際上，當(dāng)轉(zhuǎn)子落下后，很難再回到原來的中心位置，而大軸的轉(zhuǎn)動(dòng)又不是完全的自由，因此，即便是在導(dǎo)瓦夾緊的情況下，轉(zhuǎn)子也無法平穩(wěn)地回到中間。在這種情況下，當(dāng)工人把轉(zhuǎn)子放下來后，要立即松開上導(dǎo)向瓦，檢查大軸是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，根據(jù)大軸的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，調(diào)整導(dǎo)向瓦的間隙，然后再進(jìn)行盤車[5]。在設(shè)備的安裝和運(yùn)行過程中，不需要簡單地將上導(dǎo)瓦緊緊地抱住，只需要確保上導(dǎo)瓦之間有一個(gè)空隙，這個(gè)空隙可以在0.01mm～0.02mm 之間，這樣就可以讓盤車的工作不會(huì)浪費(fèi)太多的力量，從而達(dá)到對零的目的。

另外，在設(shè)備安裝過程中還涉及千分表等零件的安裝作業(yè)，若所選取的測點(diǎn)位置不平或刀紋不勻，將會(huì)影響千分表的準(zhǔn)確性。為防止這一現(xiàn)象發(fā)生，應(yīng)在測微計(jì)的頂端安裝橡皮木套，以保證測點(diǎn)處的平滑。在采用連軸法蘭的情況下，不能出現(xiàn)開縫過大的情況，若電機(jī)軸或其他結(jié)構(gòu)有偏心，將會(huì)對機(jī)組儀器的擺度、讀數(shù)精度產(chǎn)生影響。如果各零件的同軸度都有很大的差異，哪怕盤車的擺度是正確的，也會(huì)影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。所以，在安裝階段，就需要建造者正確地進(jìn)行組件的安裝作業(yè)，加強(qiáng)檢查工作，防止單元不平衡等問題的發(fā)生。

2.3 鏡板受力及處理問題解決

現(xiàn)有大型水電機(jī)組及抽水蓄能電站止推軸承多為三波形不可調(diào)節(jié)彈性油箱，其推力軸承載能力無法調(diào)節(jié)，所以對支架的安裝水平要求極高，通常為0.02mm/m。這類結(jié)構(gòu)的止推軸承通常都是先對框架進(jìn)行預(yù)裝，然后利用鏡面調(diào)平來控制框架的標(biāo)高，在澆筑混凝土的時(shí)候要特別注意使用千分表來監(jiān)控框架的水平和位移，并且要做到嚴(yán)格的對稱、均勻的慢慢澆筑。在重新安裝下架前，應(yīng)按水平方向重新調(diào)整框架，以保證水平方向不超過0.02mm/m。另外，在安裝止推軸承零件之前，要認(rèn)真清理并檢查各零件的尺寸和偏差是否符合圖紙的規(guī)定。在轉(zhuǎn)子提升前后，推頭與鏡板、推力頭與轉(zhuǎn)子法蘭之間的間隙要按照圖紙上的規(guī)定進(jìn)行，通常要求0.02mm 的塞尺是不能通過的。每一次起吊前，都要將轉(zhuǎn)子升降三次，以保證其處于完全自由的情況下，測定其靜、動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)水平及鏡盤的擺動(dòng)量，以滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 高程測量誤差的解決

在水輪發(fā)電機(jī)安裝過程中，要對其進(jìn)行質(zhì)量控制，以確保機(jī)組在正常工作狀態(tài)下，不使水漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪頂蓋保持平行，以免影響下一輪的水力效率。同時(shí)，為了防止定子中線與轉(zhuǎn)子中線的標(biāo)高相差太大，定子與轉(zhuǎn)子的軸線高度必須一致，從而使下機(jī)架和定子機(jī)架承受更大的軸向載荷。在設(shè)備安裝時(shí)，要對下部支架的高程進(jìn)行校核，要對各部件之間存在的各部件之間的標(biāo)高差異進(jìn)行合理分配。同時(shí)，對轉(zhuǎn)子極軸線的標(biāo)高進(jìn)行了校正，以補(bǔ)償支架的安裝高度。

比如新疆葉爾羌河的鑿高水電站，總裝機(jī)容量為180MW，廠房中有4 個(gè)水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組的水頭為54m。該發(fā)電機(jī)采用垂直的半傘形結(jié)構(gòu)，采用風(fēng)冷式工作，底部支架的安裝高度為1552.495m，定子底座的高度為1553.945m，轉(zhuǎn)子的安裝高度為1554.56m。機(jī)組的結(jié)構(gòu)組成簡圖如圖1 所示。

圖1 機(jī)組的結(jié)構(gòu)組成圖

圖1 中，a 是轉(zhuǎn)動(dòng)法蘭表面至透平機(jī)的安裝中心的距離，b是透平機(jī)軸線的長度，c是實(shí)際的發(fā)電機(jī)軸長度，d 是轉(zhuǎn)子中心至下個(gè)凸緣的距離，e 是推定頭的鏡板厚度，f 是推導(dǎo)出的軸承厚度，h 是極長，g、l 是轉(zhuǎn)子法蘭表面上用水平儀、皮尺測定的結(jié)果。

下架高程的確定[6]，應(yīng)根據(jù)機(jī)組的實(shí)際安裝高度和下機(jī)架導(dǎo)向軸承至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的中心距離綜合確定。在預(yù)先安裝好框架之前，采用野外測量的方法或由廠商提供發(fā)電機(jī)軸長、水輪機(jī)軸和推力頭的鏡盤厚度資料。下架高度測量采用以下公式：

式（1）中，δ是轉(zhuǎn)輪的彎曲度，β是支架下部所能承載的最大重量，軸向推力偏斜。為此，在預(yù)埋過程中，必須先求出下機(jī)架的支承凸緣表面至定子中線的高差，再與設(shè)計(jì)標(biāo)高進(jìn)行比較，以確定標(biāo)高的精度，進(jìn)而對產(chǎn)生標(biāo)高偏差的原因進(jìn)行分析。

3 結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，對發(fā)電工業(yè)的節(jié)能減排需求也越來越高，為減輕能源危機(jī)和環(huán)境污染，電力工業(yè)中還在繼續(xù)使用新的發(fā)電技術(shù)和裝備，以提高發(fā)電效率，減少能源消耗和環(huán)境污染。而對于最重要的水電廠而言，在水電工程建設(shè)過程中，最關(guān)鍵的是機(jī)組的安裝工作，必須根據(jù)可能發(fā)生的問題，制定相應(yīng)的應(yīng)對措施，并制定相關(guān)的質(zhì)量控制手段，確保安裝質(zhì)量，確保機(jī)組的穩(wěn)定、安全、高效運(yùn)行。