導(dǎo)水機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)裝及取消預(yù)裝的可行性探討

唐志安，李志輝（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 桐廬 311504）

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)裝及取消預(yù)裝的可行性探討

唐志安，李志輝
（東芝水電設(shè)備（杭州）有限公司，浙江 桐廬 311504）

摘要：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)是整個(gè)水輪機(jī)組的重要組成部件之一，我國(guó)混流式水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳統(tǒng)的安裝方法主要為先預(yù)裝，然后再進(jìn)行正式的安裝工序。本文通過(guò)某電站導(dǎo)水機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)裝介紹，并結(jié)合其他電站現(xiàn)場(chǎng)安裝情況，探討取消大型水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝的可能性，供同行參考。

關(guān)鍵詞：導(dǎo)水機(jī)構(gòu)；水輪機(jī)；預(yù)安裝；取消

1　引言

某水電站裝有4臺(tái)機(jī)單機(jī)容量為225MW的水輪發(fā)電機(jī)組，電站額定水頭58m，最大水頭66m，額定流量437.6m3/s，轉(zhuǎn)輪公稱直徑6.69m，其轉(zhuǎn)輪在電站現(xiàn)場(chǎng)加工制造。

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)均在工廠進(jìn)行了預(yù)裝驗(yàn)收，并實(shí)際測(cè)量出廠內(nèi)預(yù)裝相關(guān)尺寸，以便于電站現(xiàn)場(chǎng)控制座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)等相關(guān)接口尺寸。一般情況下，電站現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)采用東芝成熟的傳統(tǒng)安裝方式，即先通過(guò)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝，再進(jìn)行正式安裝。

本文將主要以該電站水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)安裝為例進(jìn)行相關(guān)說(shuō)明。

2　導(dǎo)水機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)介

該水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)由底環(huán)、頂蓋、24片活動(dòng)導(dǎo)葉及操作機(jī)構(gòu)組成（見(jiàn)圖1，圖2），用兩只平行布置的直缸式導(dǎo)葉接力器操作（一推一拉方式），并通過(guò)調(diào)速器來(lái)控制和調(diào)整導(dǎo)葉開(kāi)口來(lái)調(diào)節(jié)流量。底環(huán)和頂蓋分別安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)械加工過(guò)的基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)安裝面上，其高程、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的凈空高度是通過(guò)控制加工基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)相關(guān)尺寸來(lái)保證。活動(dòng)導(dǎo)葉、底環(huán)、頂蓋的抗磨環(huán)用耐腐蝕、抗磨損的不銹鋼材料制造；下、中、上導(dǎo)葉軸套軸襯系以高強(qiáng)度銅合金為基體，滑動(dòng)面都開(kāi)盲孔，鑲嵌自潤(rùn)滑固體潤(rùn)滑材料，長(zhǎng)期運(yùn)行中無(wú)需作特殊潤(rùn)滑處理。導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)由連接導(dǎo)葉和接力器之間的所有部件組成，包括：導(dǎo)葉臂、摩擦臂、連桿、控制環(huán)、接力器推拉桿、剪斷銷、偏心銷

圖1導(dǎo)水機(jī)構(gòu)裝配

1－頂蓋；2－底環(huán)；3－活動(dòng)導(dǎo)葉；4－控制環(huán)；5－導(dǎo)葉連桿機(jī)構(gòu)；

圖2導(dǎo)水機(jī)構(gòu)工廠預(yù)裝照片

3　電站導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝過(guò)程

3.1底環(huán)安裝

底環(huán)的中心與高程是整臺(tái)機(jī)組安裝的基礎(chǔ)，其精確定位是十分重要的。底環(huán)頂面高程的定位是通過(guò)固定導(dǎo)葉中心量取1/2的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)凈高來(lái)決定。因座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工尺寸根據(jù)廠內(nèi)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各零部件實(shí)際尺寸綜合確定完成，當(dāng)?shù)篆h(huán)吊入機(jī)坑放置在基礎(chǔ)環(huán)上時(shí)，其安裝高程就已滿足設(shè)計(jì)要求（底環(huán)吊裝前清理基礎(chǔ)環(huán)、底環(huán)安裝面，必要時(shí)，可以復(fù)核底環(huán)安裝高程）；底環(huán)的中心定位是根據(jù)機(jī)坑測(cè)定時(shí)座環(huán)的中心確定。機(jī)坑測(cè)定時(shí)在座環(huán)上測(cè)量X、Y四個(gè)軸線方向上的半徑，底環(huán)吊入機(jī)坑后按此四個(gè)半徑調(diào)整鋼琴線至機(jī)組中心位置，并根據(jù)該鋼琴線來(lái)調(diào)整底環(huán)中心及圓度，整個(gè)底環(huán)測(cè)量點(diǎn)數(shù)為8點(diǎn)（X、Y軸線上4點(diǎn)及45°方向4點(diǎn)），底環(huán)軸線方位通過(guò)在座環(huán)上頂蓋安裝面的四個(gè)軸線方向標(biāo)記來(lái)調(diào)整。當(dāng)?shù)篆h(huán)中心及安裝方位調(diào)整完成后，檢查整個(gè)底環(huán)的安裝水平度（因基礎(chǔ)環(huán)為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工，基礎(chǔ)環(huán)、底環(huán)安裝面清理干凈的情況下，底環(huán)整個(gè)水平符合規(guī)范要求），當(dāng)符合規(guī)范要求時(shí)，開(kāi)始對(duì)稱安裝及把緊底環(huán)安裝螺栓。底環(huán)安裝螺栓把緊完成后，復(fù)核底環(huán)安裝中心及水平。

3.2頂蓋預(yù)裝

底環(huán)定位安裝以后，頂蓋的高程將決定了導(dǎo)葉的端面間隙。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)的安裝程序規(guī)定及國(guó)標(biāo)GB8564-2003標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)與設(shè)計(jì)商量溝通后，先均勻吊入8個(gè)較長(zhǎng)的導(dǎo)葉進(jìn)行預(yù)裝，然后將頂蓋吊入機(jī)坑（頂蓋吊起時(shí)，須先初步調(diào)整整個(gè)頂蓋水平）。調(diào)整頂蓋前，先測(cè)量預(yù)裝8個(gè)導(dǎo)葉的端面間隙及頂蓋與座環(huán)件的間隙，符合規(guī)范要求的情況下，開(kāi)始頂蓋的安裝調(diào)整。中心的確定是掛鋼琴線以底環(huán)上的止漏環(huán)為基準(zhǔn)，頂蓋上取8點(diǎn)（與底環(huán)安裝一樣）測(cè)出中心，調(diào)整頂蓋。方位的確定則是通過(guò)對(duì)導(dǎo)葉上、中、下軸套座的中心同心情況測(cè)量來(lái)調(diào)整頂蓋。頂蓋安裝調(diào)整完成后，檢查導(dǎo)葉端面間隙大小及底環(huán)與頂蓋間的凈高距離，符合要求后，用液壓力矩扳手按設(shè)計(jì)要求對(duì)稱把緊頂蓋安裝螺栓，完成后復(fù)核導(dǎo)葉端面間隙大小及頂蓋中心。最后鉆鉸頂蓋與座環(huán)、底環(huán)與基礎(chǔ)環(huán)間的定位銷孔及安裝定位銷。

3.3導(dǎo)葉軸套同軸度測(cè)量方法

預(yù)裝階段，頂蓋吊入機(jī)坑后，根據(jù)軸線初步定中心后，檢查無(wú)導(dǎo)葉安裝孔的上、中、下軸套的同軸度，從而確定頂蓋需要調(diào)整的方向和方位。

在軸套同軸度測(cè)量時(shí)，以中軸套為基準(zhǔn)，測(cè)量上、下軸套的同軸度。測(cè)量過(guò)程中使用傳統(tǒng)的掛鋼琴線方法。根據(jù)3個(gè)軸套分別測(cè)得的數(shù)據(jù)，計(jì)算3個(gè)軸套的同軸度，從而確定頂蓋是否需要調(diào)整。

但根據(jù)后來(lái)測(cè)量反應(yīng)的結(jié)果以及考慮上、中軸套間距較小，且都固定安裝在頂蓋上，因此后續(xù)機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝不考慮上軸套的同軸度測(cè)量。

3.4導(dǎo)葉端部間隙確定

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝主要是要解決確認(rèn)好導(dǎo)葉的端面間隙問(wèn)題。因?yàn)闄C(jī)組尺寸大，尺寸公差、加工誤差、運(yùn)輸中的變形都比預(yù)想的大，從而導(dǎo)致每臺(tái)機(jī)組導(dǎo)葉端面間隙大小不一。該電站座環(huán)及基礎(chǔ)環(huán)因事先根據(jù)設(shè)計(jì)提供尺寸進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工，從而每臺(tái)機(jī)組的導(dǎo)葉端面間隙在利用塞尺檢查測(cè)量時(shí)，都符合設(shè)計(jì)要求，且每臺(tái)機(jī)組的每個(gè)導(dǎo)葉端面間隙大小相對(duì)都比較均勻。

3.5導(dǎo)葉及頂蓋安裝

當(dāng)頂蓋預(yù)裝定位銷孔鉆鉸完成后，吊起頂蓋，重新開(kāi)始清理座環(huán)、底環(huán)、導(dǎo)葉，安裝導(dǎo)葉相關(guān)密封件并開(kāi)始吊裝導(dǎo)葉。導(dǎo)葉吊裝完成后，開(kāi)始清理頂蓋并吊裝，此時(shí)頂蓋與座環(huán)的定位銷一起安裝，檢查頂蓋與座環(huán)的安裝間隙及導(dǎo)葉的端面間隙后，開(kāi)始把緊頂蓋安裝螺栓。

3.6導(dǎo)葉端面間隙及立面間隙的調(diào)整

導(dǎo)葉端面間隙分配調(diào)整前，先測(cè)量導(dǎo)葉端面總間隙大小值，再根據(jù)圖紙要求，確定導(dǎo)葉上、下端面間隙的分配數(shù)值，此時(shí)利用在端蓋與導(dǎo)葉軸上端面安裝由公司提供的相應(yīng)調(diào)整墊片來(lái)完成，墊片安裝完成后須核實(shí)確認(rèn)導(dǎo)葉上、下端面間隙，直到符合要求為止。針對(duì)立面間隙的調(diào)整，安裝公司采用較為傳統(tǒng)的方式進(jìn)行，即采用鋼絲繩捆綁方式，當(dāng)用鋼絲繩捆綁好24件導(dǎo)葉時(shí)，檢查導(dǎo)葉立面間隙，直到符合規(guī)范要求為止。最終機(jī)組進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，在壓緊行程下再次檢查確認(rèn)立面間隙大小。

3.7導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)安裝

按圖紙要求安裝聯(lián)接導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)，此時(shí)24個(gè)導(dǎo)葉全部處在鋼絲繩捆綁狀態(tài)，當(dāng)導(dǎo)葉操作機(jī)構(gòu)安裝聯(lián)接完成后可解除導(dǎo)葉的鋼絲捆綁狀態(tài)。

4　取消預(yù)裝的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝

一般導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的預(yù)裝主要考慮導(dǎo)葉端面間隙是否符合設(shè)計(jì)要求及頂蓋安裝中心及方位的確定。而該電站基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)因考慮混凝土澆筑時(shí)存在變形情況，從而進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工工作，相關(guān)加工尺寸為設(shè)計(jì)部門根據(jù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)廠內(nèi)預(yù)裝尺寸數(shù)據(jù)及考慮各零部件加工誤差等一些因素綜合提供，因此，通過(guò)座環(huán)及基礎(chǔ)環(huán)的現(xiàn)場(chǎng)機(jī)加工，基本能滿足導(dǎo)葉端面間隙及中心高程等圖紙要求。電站4臺(tái)套機(jī)組導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)、安裝的結(jié)果也充分證實(shí)了這一點(diǎn)。

另外，結(jié)合其他電站相關(guān)情況，我們可考慮嚴(yán)格的工藝措施控制基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)在混凝土澆筑時(shí)變形量，并通過(guò)局部打磨的方式取消現(xiàn)場(chǎng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝工序（導(dǎo)葉及頂蓋的預(yù)裝）。

安裝具體過(guò)程如下：

4.1底環(huán)安裝

底環(huán)安裝可參考傳統(tǒng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)安裝中的底環(huán)安裝。

4.2轉(zhuǎn)輪主軸及導(dǎo)葉的吊裝

當(dāng)?shù)篆h(huán)調(diào)整安裝完成后，此時(shí)吊入安裝已組裝好的轉(zhuǎn)輪及主軸。轉(zhuǎn)輪吊入機(jī)坑后，按轉(zhuǎn)輪下環(huán)與底環(huán)止漏環(huán)間的間隙大小（四個(gè)軸線方向，測(cè)量時(shí)，可以用塞尺或公司提供的專用工具測(cè)量）來(lái)調(diào)整轉(zhuǎn)輪及主軸安裝放置中心，對(duì)邊間隙大小相差≤0.05mm，轉(zhuǎn)輪軸線方位通過(guò)座環(huán)上的Y方向標(biāo)記來(lái)大致調(diào)整確定。轉(zhuǎn)輪安裝放置中心確定前，先調(diào)整好整個(gè)轉(zhuǎn)輪主軸的水平（水平調(diào)整通過(guò)轉(zhuǎn)輪與基礎(chǔ)環(huán)間加銅墊完成），要求≤0.02mm/m，可通過(guò)水機(jī)軸電機(jī)側(cè)法蘭面的水平檢查確定。當(dāng)轉(zhuǎn)輪主軸吊裝調(diào)整完后，按照?qǐng)D紙要求清理吊裝24件導(dǎo)葉，吊裝前，檢查確認(rèn)導(dǎo)葉葉面長(zhǎng)度尺寸，且安裝好導(dǎo)葉相關(guān)密封件等。

4.3頂蓋吊裝及調(diào)整

當(dāng)導(dǎo)葉按圖紙要求安裝完成后，吊入頂蓋開(kāi)始安裝調(diào)整。頂蓋的周向定位通過(guò)導(dǎo)葉軸領(lǐng)的端面間隙確定（通過(guò)導(dǎo)葉端面總間隙大小數(shù)值，得出導(dǎo)葉的傾斜情況，再綜合24件導(dǎo)葉的傾斜情況，來(lái)判斷頂蓋周向調(diào)整的必要性）；頂蓋的安裝中心定位則通過(guò)頂蓋止漏環(huán)與轉(zhuǎn)輪間間隙大?。ㄋ膫€(gè)軸線方向）確定，同時(shí)須參考轉(zhuǎn)輪與底環(huán)止漏環(huán)間隙對(duì)應(yīng)位置的大小數(shù)值。頂蓋的周向定位及中心定位應(yīng)同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)頂蓋調(diào)整完成后，開(kāi)始頂蓋安裝螺栓的把緊，完成后，復(fù)核檢查導(dǎo)葉端面間隙及頂蓋安裝中心。

4.4控制環(huán)及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)其他零部件安裝

同上，按圖紙要求完成。

4.5取消導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝的安裝實(shí)例

國(guó)內(nèi)某電站有5臺(tái)套單機(jī)容量為600MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組?；A(chǔ)環(huán)及座環(huán)因現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆筑原因，存在一定的形變（超出規(guī)范要求），而相關(guān)安裝面處理為：安裝單位結(jié)合導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等圖紙尺寸及零部件實(shí)際尺寸，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)打磨、測(cè)量，直到符合規(guī)范要求。2009年，業(yè)主、監(jiān)理及安裝等單位為力爭(zhēng)“一年五投”計(jì)劃，須縮短機(jī)組安裝直線工期，經(jīng)與主機(jī)廠共同協(xié)商確定，電站最后一臺(tái)機(jī)組安裝的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)取消預(yù)裝工序，直接安裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，最終縮短直線工期20多天。

5　取消導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝的優(yōu)點(diǎn)

（1）當(dāng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝時(shí)，參與預(yù)裝時(shí)的8件導(dǎo)葉不能安裝相應(yīng)的密封件，須等導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝的時(shí)候重新清理導(dǎo)葉后，補(bǔ)充安裝相關(guān)密封件；如果取消預(yù)裝工序，則導(dǎo)葉及密封件安裝一步到位。

（2）取消導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝工序，可減少頂蓋及部分導(dǎo)葉的吊裝次數(shù)。傳統(tǒng)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝，頂蓋及部分導(dǎo)葉吊裝至少2次；如果沒(méi)有導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝，頂蓋及導(dǎo)葉吊裝一次就能滿足安裝要求，且可減少底環(huán)、座環(huán)、頂蓋及導(dǎo)葉的清理工作。

（3）取消導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝工序，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)直接安裝，相當(dāng)于在保證導(dǎo)葉端面間隙的情況下，把導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝的抽象化過(guò)程（頂蓋/底環(huán)的同心、上中下軸套的同心測(cè)量須借助鋼琴線）變成具體形象化（實(shí)際間隙測(cè)量反應(yīng)），更能直觀反應(yīng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝情況。

（4）導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝工藝的取消，不僅大大減少導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝中的相關(guān)工作量及消耗物資，也能為機(jī)組安裝很大程度上節(jié)省直線工期。

6　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)某電站4臺(tái)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)均按照傳統(tǒng)的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝方法安裝完成的事例剖析，其4臺(tái)套導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝過(guò)程及結(jié)果表明各項(xiàng)安裝數(shù)據(jù)都符合國(guó)家規(guī)范及設(shè)計(jì)要求，再結(jié)合某電站安裝的實(shí)際情況，可總結(jié)得出：采用座環(huán)現(xiàn)場(chǎng)加工方式或通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)打磨方式可控制導(dǎo)水機(jī)構(gòu)相關(guān)安裝接口尺寸；在機(jī)組安裝過(guò)程中，可考慮取消導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝程序（主要為導(dǎo)葉及頂蓋預(yù)裝）。通過(guò)安裝過(guò)程中嚴(yán)格控制措施，可以很大程度上縮短機(jī)組安裝的直線工期。

參考文獻(xiàn)：

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[2]劉韶春，陳維勤，稻恒泰造.功果橋水電站導(dǎo)水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2012（6）.

中圖分類號(hào)：TK730.324

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1672-5387（2015）01-0034-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.01.011

收稿日期：2014-12-04

作者簡(jiǎn)介：唐志安（1982-），男，助理工程師，從事機(jī)組的現(xiàn)場(chǎng)安裝、服務(wù)工作。等，整個(gè)操作機(jī)構(gòu)具有足夠的強(qiáng)度及剛度，同時(shí)其結(jié)構(gòu)便于檢查、調(diào)整及維修。