沖擊式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)探討

王曉燕

【摘 要】水電建設(shè)在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中有著舉足輕重的地位，然而， 隨著我國(guó)水電站開發(fā)資源的日趨減少，高水頭沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組的開發(fā)優(yōu)勢(shì)將更加明顯，具有更廣闊的發(fā)展前景。文章以某電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，對(duì)沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵安裝技術(shù)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】水電；沖擊式水輪機(jī)；安裝；配水環(huán)

1.工程概述

某水電站為單一發(fā)電工程，該電站安裝了2臺(tái)同一型號(hào)的6噴嘴沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組。水輪發(fā)電機(jī)組參數(shù)如下：

發(fā)電機(jī)型號(hào)：SF27-12/3600；

水輪機(jī)型號(hào)：CJ325-L-155/6×15

額定功率：27MW；

額定電壓：1.05kV；

額定電流：1746.6A；

額定功率因數(shù)：0.85（滯后）；

機(jī)組額定水頭：374.2m；

額定轉(zhuǎn)速：500r/min；

飛逸轉(zhuǎn)速：906r/min。

該電站發(fā)電機(jī)部分與其它型立式機(jī)組安裝基本相同，所以文章主要探討以下施工工藝：（1）配水環(huán)管安裝工藝；（2）噴嘴的噴針安裝工藝。

2.配水環(huán)管的安裝

配水環(huán)管分為6節(jié)支管和5節(jié)湊合節(jié)在現(xiàn)場(chǎng)拼焊。在噴嘴法蘭與配水環(huán)管支管法蘭間設(shè)置有調(diào)整墊，噴嘴安裝前用專用工具（模型轉(zhuǎn)輪和中心測(cè)桿）測(cè)量并加工調(diào)整墊，從而保證噴嘴的安裝精度。

2.1 配水環(huán)管的安裝與調(diào)整

（1）進(jìn)水口及噴針法蘭的垂直度檢查；每個(gè)法蘭的垂直度用線墜檢查，在法蘭左右分別布置2個(gè)線錘，以保證法蘭面的垂直。

（2）以機(jī)組X、Y軸線為基準(zhǔn)，進(jìn)行配水環(huán)管進(jìn)口法蘭的調(diào)整。一條法蘭面的平行線檢查到機(jī)組x軸線的距離、法蘭面與x軸線的平行度、法蘭面的高程；一條縱軸線檢查進(jìn)口法蘭到機(jī)組y軸線的距離，保證與后面安裝的水輪機(jī)進(jìn)口球閥和壓力鋼管在同一軸線上。

（3）機(jī)組中心的確定；在穩(wěn)水柵上自制安裝專用平臺(tái)，用全站儀找出機(jī)組中心點(diǎn)，并做標(biāo)記，用以測(cè)量噴嘴法蘭到機(jī)組中心的距離，保證轉(zhuǎn)輪和噴嘴法蘭同心。

（4）找到噴嘴法蘭平面的中心點(diǎn)；在每個(gè)噴嘴法蘭面相平行100mm位置，安裝一個(gè)槽鋼架，通過計(jì)算角度并用精密全站儀找出法蘭的中心點(diǎn)并沖點(diǎn)做標(biāo)志。該點(diǎn)作為法蘭調(diào)整測(cè)量的基準(zhǔn)點(diǎn)。

2.2 配水環(huán)管調(diào)整

配水環(huán)管基本的安裝要求：噴嘴法蘭到中心距離誤差≤±5mm，兩噴嘴法蘭間距誤差≤±3mm，法蘭垂直度誤差≤1mm，高程誤差≤±1mm。湊合節(jié)與支管合縫內(nèi)部錯(cuò)牙≤5mm。

（1）第1節(jié)配水環(huán)管的調(diào)整方法；先粗調(diào)叉管1進(jìn)口法蘭面的高程及中心至Y基準(zhǔn)線的距離偏差以及進(jìn)口法蘭面與X基準(zhǔn)線的平行度偏差，以及噴嘴法蘭的高程和到中心線的距離，各項(xiàng)指標(biāo)需同時(shí)滿足要求如圖1。以此作為進(jìn)水球閥安裝、調(diào)整（中心、高程及方位）的基準(zhǔn)。在調(diào)整中用吊鋼琴線的方法來測(cè)量進(jìn)水口及噴針法蘭面的垂直度偏差。并通過全站儀檢查至機(jī)組中心的尺寸，滿足設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行加固。

（2）第2、3、4節(jié)節(jié)配水環(huán)管的調(diào)整方法；先調(diào)整各法蘭距中心的距離、高程、垂直度、然后調(diào)整各噴嘴法蘭的間距。角度調(diào)整：各噴嘴法蘭之間的距離調(diào)整合格后，通過在各噴嘴法蘭平面吊線錘，找出垂直中心線，再通過鋼板尺檢查中心線與平行做點(diǎn)相重合。法蘭的垂直度通過千斤頂配合各支腿的調(diào)整螺栓進(jìn)行調(diào)整如圖2。最后進(jìn)行各參數(shù)的精調(diào)校核，調(diào)整合格后，用槽鋼等將配水環(huán)管固定。

（3）第5、6節(jié)的調(diào)整方法；與前幾節(jié)一樣，第6節(jié)支管安裝調(diào)整完畢后，通過檢查各噴嘴法蘭的調(diào)整參數(shù)合格后，最后進(jìn)行湊合節(jié)安裝。

2.3 配水環(huán)管的焊接工藝

配水環(huán)管的焊接；配水環(huán)管環(huán)縫焊前焊條經(jīng)350℃烘焙1h。配水環(huán)管焊縫應(yīng)先預(yù)熱，預(yù)熱溫度為100～120℃，預(yù)熱范圍應(yīng)不小于焊縫周圍100mm的區(qū)域。在保證焊縫質(zhì)量的同時(shí)，須控制好變形量，保證各法蘭的最終尺寸。焊接變形控制：首先進(jìn)行加固配水環(huán)管，焊定位板進(jìn)行定位焊。焊接過程中，必須將上一層焊渣徹底清除干凈，同時(shí)層間接頭應(yīng)錯(cuò)開30-50mm，應(yīng)分段、對(duì)稱、退步、窄道焊接，焊條擺動(dòng)的幅度不應(yīng)超過焊條直徑的4倍；連續(xù)進(jìn)行焊接時(shí)，中斷焊接前最小焊接厚度不得小于板厚的2/3。采用預(yù)熱焊接時(shí)，若中斷焊接，應(yīng)采取保溫措施。環(huán)縫的焊接應(yīng)根據(jù)各環(huán)縫周長(zhǎng)的不同，確定合理的同時(shí)施焊人數(shù)。焊接過程中，加強(qiáng)對(duì)配水環(huán)管（叉管）安裝位置偏差的監(jiān)測(cè)，根據(jù)情況隨時(shí)調(diào)整焊接順序。

2.4 配水環(huán)管的水壓試驗(yàn)

為了有效消除配水環(huán)管在工廠及現(xiàn)場(chǎng)焊接施工的內(nèi)部應(yīng)力和檢驗(yàn)其強(qiáng)度，對(duì)焊接調(diào)整完的配水環(huán)管要進(jìn)行水壓試驗(yàn)。配水環(huán)管屬于薄壁承壓容器，隨著壓力的不斷上升，因彈性變形有可能引起各叉管出口法蘭安裝位置發(fā)生細(xì)微變化。為此，在水壓試驗(yàn)前，用鋼板條將6個(gè)叉管的出口法蘭臨時(shí)點(diǎn)焊固定成整體，以增強(qiáng)結(jié)構(gòu)剛度如圖3。

變形監(jiān)測(cè)用百分表測(cè)量，表座應(yīng)與配水環(huán)管無任何連接。每個(gè)噴嘴法蘭的垂直方向架1塊表，進(jìn)水口法蘭的垂直方向架1塊表，監(jiān)測(cè)各法蘭的軸向位移。配水環(huán)管外圍及上方均布3塊表，監(jiān)測(cè)環(huán)管的膨脹量。5、6號(hào)噴嘴法蘭的平行方向各架1塊表，監(jiān)測(cè)配水環(huán)管向外的擴(kuò)張量。水壓試驗(yàn)的最終壓力為7、5Mpa。應(yīng)分階段逐步升壓，水溫要求不低于5℃。

3.噴針的安裝方法

3.1 噴針調(diào)整方法

調(diào)整準(zhǔn)備；第一、清掃并打磨配水環(huán)管法蘭面，并檢查其法蘭面的垂直度，要求不能超過每米0.20mm，如果無法滿足其要求，就必須對(duì)法蘭面進(jìn)行打磨處理。第二、安裝調(diào)整模擬轉(zhuǎn)輪，測(cè)量中心高程（A），并在調(diào)整轉(zhuǎn)輪上做出明確標(biāo)示。其誤差不能超過±0.50mm。第三、安裝噴針調(diào)整工具，在安裝前，檢查調(diào)整工具是否有變形或損壞。

3.2 噴針調(diào)整步驟

第一、安裝調(diào)整工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)測(cè)量，計(jì)算得出需加墊厚度；第二、按照計(jì)算加墊厚度，加墊裝配后，繼續(xù)測(cè)量。若不滿足安裝要求，按實(shí)測(cè)值重新計(jì)算后，加墊在進(jìn)行測(cè)量，直至復(fù)合安裝要求，計(jì)算出實(shí)際加墊厚度值；第三、計(jì)算出的實(shí)際加墊厚度值最終成為調(diào)整墊的加工值。

3.3 噴針調(diào)整

（1）所有準(zhǔn)備工作完成后，對(duì)噴針逐個(gè)進(jìn)行調(diào)整，其調(diào)整過程主要控制噴針中心高程（H）與轉(zhuǎn)輪中心的偏差及噴針射流線與轉(zhuǎn)輪之間的水平距離（B）。（如圖4）

（2）數(shù)據(jù)測(cè)量，通過計(jì)算得出在噴針與噴水環(huán)管法蘭之間調(diào)整墊加工尺寸。其計(jì)算公式噴針調(diào)整計(jì)算公式：

A2+B2=；/r=δ

A表示：噴針中心與轉(zhuǎn)輪中心的高差。（實(shí)測(cè)值減去設(shè)計(jì)值）

B表示：噴針中心與轉(zhuǎn)輪中心的切點(diǎn)距離。（實(shí)測(cè)值減去設(shè)計(jì)值）

r表示：噴針加墊的倍數(shù)關(guān)系。（計(jì)算公式：即除以噴針法蘭直徑。）

δ表示：噴針法蘭加墊的實(shí)際尺寸。

H=ctg×單位弧長(zhǎng)（L）

L表示：噴針法蘭在圓周1°所計(jì)算的弧長(zhǎng)。

H表示：噴針法蘭加墊位置。

（3）計(jì)算出加墊數(shù)據(jù)及加墊位置后，在進(jìn)行測(cè)量是否合格，同時(shí)要測(cè)量出噴針法蘭面到噴針射線點(diǎn)的距離，（也就是噴針法蘭面至轉(zhuǎn)輪中心切點(diǎn)的距離）。如果與設(shè)計(jì)值有所偏差，因此在加工調(diào)整法蘭墊厚度時(shí)進(jìn)行調(diào)整，消除其偏差，以滿足安裝要求。

（4）調(diào)整完畢后，通過測(cè)量計(jì)算數(shù)據(jù)，對(duì)調(diào)整法蘭墊進(jìn)行加工。其加工精度要求為3.2。加工誤差不超過0.05mm。在加工時(shí)應(yīng)注意要明確標(biāo)識(shí)出方位，以免在加工時(shí)出現(xiàn)混亂。

（5）調(diào)整墊加工完畢后，對(duì)其各點(diǎn)進(jìn)行檢查后安裝。

4.結(jié)束語

隨著水電資源開發(fā)程度的不斷提高，大、中型的水電站將會(huì)逐漸減少，高水頭沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組的開發(fā)優(yōu)勢(shì)將更加明顯，具有更廣闊的發(fā)展前景。沖擊式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組未來的發(fā)展趨勢(shì)是在提高效率的同時(shí)向高水頭、大容量的方向發(fā)展，傳統(tǒng)的小型臥式機(jī)組將逐漸被結(jié)構(gòu)和控制簡(jiǎn)單的立式多噴嘴高轉(zhuǎn)速機(jī)組所取代。