燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝工藝

胡寶玉

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710068）

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝工藝

胡寶玉

（中國(guó)水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710068）

燈泡貫流式機(jī)組屬于臥式機(jī)組，由于這種機(jī)組在低水頭、低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，水輪發(fā)電機(jī)組流道體積較大，在安裝調(diào)整過(guò)程中難度較大；機(jī)組油循環(huán)屬于外循環(huán)類(lèi)型，管路長(zhǎng)，管件多，系統(tǒng)中設(shè)備較多，增加了安裝過(guò)程中質(zhì)量控制的難度；冷卻系統(tǒng)也屬于強(qiáng)迫循環(huán)的類(lèi)型，為了保證機(jī)組安全、正常運(yùn)行，對(duì)設(shè)備的制造和安裝質(zhì)量要求較高。

燈泡貫流式；臥式機(jī)組；質(zhì)量控制；安裝

湘祁水電站壩址位于湘江干流中游，是湘水干流梯級(jí)開(kāi)發(fā)的第四級(jí)，距上游在建的浯溪水電站60km，距下游已建成的近尾洲電站46km。是一個(gè)以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)等綜合利用的水電樞紐工程。樞紐建筑物主要包括大壩、電站廠房、船閘三部分。電站廠房安裝4×20MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑6.2米，制造廠家為浙江富春江水電設(shè)備股份有限公司。本文主要從湘祁水電站機(jī)組的安裝過(guò)程中的幾個(gè)主要事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)分析。

1 尾水管安裝

1.1 尾水管結(jié)構(gòu)

湘祁水電站水輪機(jī)尾水管分三節(jié)，分別是前錐段、中錐段、后錐段。在制作廠每節(jié)尾水管分三個(gè)瓦片制作后運(yùn)到工地，在工地搭設(shè)平臺(tái)先單節(jié)拼裝，調(diào)整圓度、平面度后，再進(jìn)行尾水管內(nèi)部支撐，最后分節(jié)吊入機(jī)坑組裝。

1.2 尾水管安裝

三節(jié)尾水管分別利用土建MQ900圓筒形高架門(mén)機(jī)吊入基坑支墩上安裝。安裝時(shí)先從帶法蘭面的前錐段開(kāi)始調(diào)整，調(diào)整好法蘭面的中心、里程、平面度后加固，再依次調(diào)整中錐段、后錐段符合設(shè)計(jì)和廠家資料要求后，焊接尾水管環(huán)縫。

2 管形座安裝

2.1 管形座的結(jié)構(gòu)形式

管形座由下T型座、內(nèi)錐、上 T型座、外錐、襯板等部件組成。湘祁水電站管形座沒(méi)有固定水平儀，其機(jī)組主要重量由下T型座承擔(dān)，軸向水推力、定子、燈泡頭、機(jī)架等產(chǎn)生的扭矩由上、下T型座和內(nèi)錐的整體來(lái)承擔(dān)。

2.2 管形座安裝

管形座安裝需控制中心、水平、高程、圓度、波浪度、里程樁號(hào)。在安裝過(guò)程中，準(zhǔn)確調(diào)整各控制點(diǎn)的位置和尺寸，以確?；炷翝仓瓿珊?，管形座的各項(xiàng)參數(shù)滿足后續(xù)機(jī)組安裝需要。根據(jù)以往安裝的經(jīng)驗(yàn)，管形座實(shí)際安裝高程應(yīng)該比設(shè)計(jì)高程高2～4mm,以消除導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪室安裝后向下擾度值，其它參數(shù)按照規(guī)范或設(shè)計(jì)值調(diào)整。湘祁水電站機(jī)組廠家要求管形座實(shí)際安裝高程比設(shè)計(jì)高4mm。

2.3 管形座的調(diào)整加固

管形座拼裝組成整體后，體積大、重量大、調(diào)整難度大，在組裝過(guò)程中須控制各部位的尺寸，做好基礎(chǔ)處理，防止在安裝過(guò)程中累積偏差大，增加調(diào)整難度。根據(jù)測(cè)量放點(diǎn)調(diào)整管形座內(nèi)錐、外錐的中心、水平、高程、圓度、波浪度、樁號(hào)，各參數(shù)調(diào)整完成后進(jìn)行加固。上下T型座、內(nèi)錐在安裝過(guò)程中已組成整體，強(qiáng)度較好，在混凝土澆注過(guò)程中變形較??；外錐直徑大，結(jié)構(gòu)單薄，直接與混凝土接觸，在澆筑過(guò)程中受混凝土入倉(cāng)、振動(dòng)、凝固的影響，變形的幾率較大，加固的重點(diǎn)要防止外錐的樁號(hào)、波浪度、圓度變化超出安裝要求，對(duì)內(nèi)支撐、水平支撐的加固要結(jié)實(shí)、有效，接觸面不能出現(xiàn)空隙，各加固點(diǎn)的受力狀況良好，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾油庵?，防止其變形?/p>

3 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝

3.1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)組裝

在安裝間依次組裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外環(huán)、導(dǎo)葉、內(nèi)環(huán)、控制環(huán)等部件。組裝過(guò)程中要重點(diǎn)控制外環(huán)法蘭面和內(nèi)環(huán)法蘭面相對(duì)距離，以及導(dǎo)葉端面間隙、立面間隙。內(nèi)外環(huán)法蘭面相對(duì)距離和X、Y方位調(diào)整定位后，用無(wú)縫鋼管、型鋼自制支架加固、支撐、定位內(nèi)外環(huán)。導(dǎo)葉端面間隙大小要由導(dǎo)葉所處的方位決定，處于水平方向，即-X和+X方向的導(dǎo)葉端面間隙，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉上下端面間隙相等；處于+Y方向的導(dǎo)葉端面間隙，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉上端間隙小于下端間隙；處于-Y方向的導(dǎo)葉端面間隙，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉上端間隙小于下端間隙。導(dǎo)葉立面間隙要求調(diào)整至0mm，局部可以不超過(guò)0.2mm，在調(diào)整時(shí)可能出現(xiàn)間隙集中到一個(gè)導(dǎo)葉立面的現(xiàn)象，這時(shí)需要測(cè)量這個(gè)集中間隙的大小，將其平均分配到每個(gè)導(dǎo)葉立面間隙，在組裝廠不能通過(guò)打磨導(dǎo)葉立面來(lái)調(diào)整導(dǎo)葉間隙。

3.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)組裝完成，管形座內(nèi)外環(huán)法蘭面檢查清理干凈后，可以吊入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝。在把合擰緊管形座和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)外環(huán)法蘭面連接螺栓后，由于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在翻身、吊裝過(guò)程中受力變形引起導(dǎo)葉間隙變化，應(yīng)再次檢查調(diào)整導(dǎo)葉端面和立面間隙。這時(shí)要求調(diào)整導(dǎo)葉兩端面間隙均勻，立面無(wú)間隙。對(duì)于立面局部間隙超過(guò)設(shè)計(jì)要求的導(dǎo)葉，可以通過(guò)對(duì)導(dǎo)葉立面局部打磨調(diào)整間隙。

4 大軸及導(dǎo)軸承安裝

貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量全部由水導(dǎo)軸承和發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承承擔(dān)，軸承與大軸均勻、良好的接觸有利于機(jī)組安全運(yùn)行。湘祁水電站水輪機(jī)導(dǎo)軸承為筒式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承為分塊瓦式結(jié)構(gòu)。

4.1 筒式導(dǎo)軸瓦調(diào)整

在安裝前檢查工作面接觸情況，接觸點(diǎn)應(yīng)均布于整個(gè)工作面上，進(jìn)出油側(cè)不能存在吊角接觸。水導(dǎo)瓦、發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸瓦在安裝間安裝到大軸上，大軸吊裝時(shí)吊入機(jī)坑內(nèi)。根據(jù)設(shè)計(jì)位置調(diào)整大軸的中心、水平，大軸定位后調(diào)整水導(dǎo)軸承間隙，使水導(dǎo)軸承前后兩側(cè)間隙一致；調(diào)整支撐環(huán)法蘭面與管形座法蘭面的間隙，該間隙應(yīng)均勻，出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象時(shí)，采用加墊方式使其接觸均勻，較小的差異可通過(guò)發(fā)導(dǎo)軸承的球形支座自適應(yīng)調(diào)整。

4.2 分塊瓦時(shí)導(dǎo)軸承安裝

分塊瓦式導(dǎo)軸承由六塊瓦組成，其中兩塊瓦位于軸頸上部位置，四塊位于大軸軸頸底部，按30度間隔布置均勻，主要承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分重量，每塊瓦的承載重量是否均勻取決于瓦背墊快的實(shí)際厚度與理論厚度的偏差，偏差越小，受力越均勻；同時(shí)獲取理論厚度的過(guò)程也影響導(dǎo)軸瓦的承載效果，在決定每塊瓦墊塊厚度的過(guò)程中，受設(shè)備加工精度及其他因素的影響，同一導(dǎo)軸瓦多個(gè)測(cè)點(diǎn)測(cè)出的結(jié)果存在差異，在決定采用數(shù)據(jù)過(guò)程中，需要綜合考慮，采集的數(shù)據(jù)與實(shí)際之間存在偏差，該偏差影響每塊瓦的受力狀況。在分塊式導(dǎo)軸瓦安裝過(guò)程中，承重瓦受力狀況決定機(jī)組運(yùn)行時(shí)的瓦溫，受力均勻，則瓦溫偏差較小，反之，則大。

5 間隙調(diào)整

機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部分的間隙主要是發(fā)電機(jī)空氣間隙調(diào)整和轉(zhuǎn)輪間隙調(diào)整，間隙調(diào)整均勻有利于機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，減小機(jī)組運(yùn)行振動(dòng)幅度。

5.1 發(fā)電機(jī)空氣間隙調(diào)整

定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙是否均勻影響機(jī)組磁場(chǎng)強(qiáng)度的均衡，磁場(chǎng)強(qiáng)度影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行振動(dòng)振幅及定子線圈及鐵心溫度。在調(diào)整空氣間隙時(shí)，盡量保證機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)時(shí)間隙均勻，減小間隙不均勻?qū)C(jī)組運(yùn)行工礦的不利影響。

5.2 發(fā)電機(jī)空氣間隙調(diào)整

貫流式機(jī)組定子、管形座內(nèi)錐、燈泡頭、進(jìn)人筒等部件組成一個(gè)較大的封閉空間，該封閉空間在機(jī)組充水后全部浸泡在水中，會(huì)受到較大的浮力，該浮力通過(guò)定子傳遞到管形座內(nèi)錐，定子受浮力影響也會(huì)產(chǎn)生上浮變形，因此在調(diào)整發(fā)電機(jī)空氣間隙時(shí)應(yīng)考慮定子上浮對(duì)空氣間隙的影響，將空氣間隙的上部分調(diào)整為小于下部分，以抵消機(jī)組充水后的定子上浮變形引起上部分空氣間隙的增大值。在機(jī)組充水時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量燈泡頭進(jìn)人口處上浮量大約有1～1.5mm。

5.3 轉(zhuǎn)輪間隙調(diào)整

轉(zhuǎn)輪漿葉與輪轂之間有一個(gè)串動(dòng)量。由于貫流式機(jī)組安裝后軸線呈水平狀態(tài)，槳葉與轉(zhuǎn)輪室之間的間隙與機(jī)組所處的狀態(tài)有關(guān)，機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，受離心力影響，槳葉全部向外串動(dòng)，使轉(zhuǎn)輪室與槳葉之間的間隙減小，因此調(diào)整轉(zhuǎn)輪間隙時(shí)需考慮靜態(tài)與動(dòng)態(tài)的區(qū)別。機(jī)組處于靜態(tài)時(shí)，上下槳葉受重力影響，處于下部的槳葉向外串動(dòng)，處于上部的槳葉向內(nèi)串動(dòng)，左右兩側(cè)的槳葉串動(dòng)方向由其在最終位置的前一個(gè)位置決定，大軸轉(zhuǎn)動(dòng)前，前一個(gè)位置在上部時(shí)，該槳葉向內(nèi)串動(dòng)，反之，則向外串動(dòng)。

6 潤(rùn)滑油系統(tǒng)及輪轂供油系統(tǒng)

貫流式機(jī)組設(shè)置有兩套獨(dú)立的機(jī)組油循環(huán)系統(tǒng)，潤(rùn)滑油系統(tǒng)為水導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī)推導(dǎo)軸承提供冷卻及潤(rùn)滑功能，輪轂油系統(tǒng)為轉(zhuǎn)輪低壓腔提供恒壓油保證槳葉靈活操作以及防止水進(jìn)入轉(zhuǎn)輪體內(nèi)。

6.1 潤(rùn)滑油系統(tǒng)

潤(rùn)滑油系統(tǒng)在安裝過(guò)程中應(yīng)保證管路、管件、設(shè)備的清潔，防止固體雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，造成軸承損傷。潤(rùn)滑油系統(tǒng)是貫流式機(jī)組一個(gè)重要的輔助系統(tǒng)，直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，在機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)中，從潤(rùn)滑油系統(tǒng)中采集軸承前壓力和軸承后流量信號(hào)作為機(jī)組保護(hù)信號(hào)。機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)，在機(jī)組的轉(zhuǎn)速上升階段，會(huì)采集到壓力下降及油路中斷信號(hào)，這是由于機(jī)組由靜止加速到額定轉(zhuǎn)速的過(guò)程中，軸承潤(rùn)滑油出油量大于機(jī)組靜態(tài)時(shí)的出油量，使進(jìn)油管的壓力有下降趨勢(shì)。在機(jī)組轉(zhuǎn)速上升過(guò)程中，由于軸瓴轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力使其表面附著潤(rùn)滑油向周?chē)臻g噴灑，中斷了靜態(tài)時(shí)形成的正常閉合油路，使軸承后管路系統(tǒng)中流體中斷，在流量開(kāi)關(guān)位置會(huì)采集到油路中斷信號(hào)，如果不采用延時(shí)保護(hù)或延時(shí)時(shí)間短，則機(jī)組不能完成自動(dòng)開(kāi)機(jī)。

6.2 輪轂供油系統(tǒng)

輪轂供油系統(tǒng)包含高位油箱、管路、漏油箱、受油器等部件。不同廠家由于受油器結(jié)構(gòu)不同，向輪轂里供油的途徑不同。一種結(jié)構(gòu)的受油器是槳葉操作高壓油相對(duì)封閉，不滲進(jìn)低壓腔，另一種結(jié)構(gòu)的受油器是高壓油經(jīng)浮動(dòng)瓦間隙滲進(jìn)低壓腔，兩種結(jié)構(gòu)的受油器在功能上沒(méi)有區(qū)別。輪轂高位油箱的功能是向轉(zhuǎn)輪體提供穩(wěn)定的恒壓油及作為調(diào)速器漏油箱和回油箱之間的中間油箱，要求其具有足夠的容積，滿足系統(tǒng)的正常運(yùn)行。不同結(jié)構(gòu)的受油器及不同操作結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，在確定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積時(shí)考慮的因素不同，在確定油箱的調(diào)節(jié)容積，其大小應(yīng)容納幾個(gè)地方的總進(jìn)油量。

6.2.1 輪轂高位油箱作為調(diào)速系統(tǒng)回油箱和漏油箱之間的中間油箱，當(dāng)漏油箱油位過(guò)高時(shí)，需要向高位油箱輸送，漏油箱起泵油位到停泵油位之間的容積，是決定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積大小的一個(gè)參數(shù)。

6.2.2 機(jī)組調(diào)節(jié)時(shí)，操作油壓高于恒壓油壓力，受油器浮動(dòng)瓦的滲漏油向高位油箱集中在槳葉設(shè)計(jì)開(kāi)、關(guān)機(jī)時(shí)間內(nèi)，一個(gè)全行程受油器浮動(dòng)瓦向高位油箱注油的體積也是確定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積大小的一個(gè)因數(shù)。槳葉動(dòng)作時(shí),由于活塞(活塞缸)移動(dòng)引起活塞桿在轉(zhuǎn)輪低壓腔內(nèi)體積的變化引起腔內(nèi)壓力超過(guò)恒壓油壓力,使轉(zhuǎn)輪體內(nèi)油體向高位油箱集中,活塞一個(gè)全行程轉(zhuǎn)輪低壓腔容積的變化量也是決定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積的一個(gè)因數(shù)。在實(shí)際安裝過(guò)程中,由于高位油箱的調(diào)節(jié)容積小于總進(jìn)油量,在機(jī)組調(diào)試過(guò)程其正常運(yùn)行過(guò)程中,輪轂高位油箱就會(huì)出現(xiàn)溢油現(xiàn)象。溢油現(xiàn)象還與高位油箱的溢油管是否溢油順暢有關(guān)，當(dāng)機(jī)組輪轂高位油箱布置遠(yuǎn)離自身機(jī)組，設(shè)計(jì)布置較長(zhǎng)水平管線，使回油過(guò)程出現(xiàn)氣堵現(xiàn)象，減緩了管內(nèi)回油的流速，降低了高位油箱的排油能力，占用了高位油箱的調(diào)節(jié)容積，出現(xiàn)油箱頂部溢油現(xiàn)象。解決此現(xiàn)象的辦法是在油管截面足夠正常排油的前提下，在管路的水平段與垂直段的彎頭頂部加裝排氣閥，消除氣塞現(xiàn)象，使管內(nèi)排油時(shí)形成的帶壓氣體能夠盡早排出管內(nèi)，加快油的流速。

7 調(diào)試及試運(yùn)行

湘祁水電站機(jī)組靜態(tài)調(diào)試過(guò)程中先將調(diào)速系統(tǒng)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、高壓油頂起系統(tǒng)、輪轂恒壓油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、勵(lì)磁系統(tǒng)、監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)全部調(diào)試完成后，再進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行再次整定。經(jīng)過(guò)仔細(xì)調(diào)整，機(jī)組各部位振動(dòng)、瓦溫正常，2011年12月15日首臺(tái)機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電。

胡寶玉（1978.5.26—），男，2001年河海大學(xué)水電學(xué)院水動(dòng)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)在中國(guó)水電十五局安裝公司工作，機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備制作安裝工程師。

王洪澤］