300MW機組水輪機改造安裝施工技術研究

趙亮 李鵬飛 郭紅波

【摘要】白山水電站作為東北地區(qū)最大的電站運行至今已經(jīng)將近30年之久，經(jīng)過這么多年氣蝕、水錘、振動及頻繁拆卸檢修的情況下，設備存在一定的安全隱患。比如在運行中出現(xiàn)異常振動、水輪機出力下降、軸瓦溫度過高、機械過速等都是常見現(xiàn)象。本文主要針對白山水電站300MW水輪發(fā)電機組導水機構改造預裝每道工序的安裝及過程中的難點分析。

【關鍵詞】300MW ?改造 ?機組中心 ?導水機構預裝

一、水輪機基本概況

白山水電站水輪機改造和其他常規(guī)水輪機安裝不同，它是在底環(huán)與原座環(huán)之間設計增加一個基礎板，基礎板留有2mm的加工余量。在座環(huán)上、下法蘭面水平度調整過程中，為保證基礎板精準的加工尺寸，需要用高精度的精密水準儀，測量上、下法蘭面各96個點高低差，依據(jù)測量數(shù)據(jù)，現(xiàn)場通過手工打磨使法蘭面高程差控制在每米0.02mm之內，設計標準每米0.05mm，遠遠高于設計要求。通過導水機構預裝反算出基礎板的加工余量。

二、應用前景

（一）國內市場

據(jù)統(tǒng)計國內很多大、中、小型電站都是在19世紀七八十年代投產運行發(fā)電的，這些機組隨著運行年限的增加，以及承擔調峰所提出的新要求，都需要在新技術、新設備上進行更新改造，以便提高機組的運行可靠性，還能延長機組的使用壽命，并增加機組的出力產生更多的經(jīng)濟效益。

（二）今后應用前景

國產第一批水輪發(fā)電機組都受當時的設計、材料、工藝等多方面因素影響，加之多年運行，設備老化問題日趨嚴重，已經(jīng)不能滿足當前運行要求，在現(xiàn)在以及今后一定的時間內，國產水輪發(fā)電機組進行改造是必然的。本項目的研究成果對類似工程具有重要的參考價值，提出的300MW機組水輪機改造導水機構預裝技術具有重要的推廣應用價值，供今后類似工程經(jīng)驗借鑒。

三、導水機構改造過程難點分析

導水機構改造過程中的施工難點及預期研究內容：300MW機組水輪機改造在國內尚未有成型的技術，在施工中難免會有一些不可預估的問題，導致工期、材料、安裝工序等成本的增加。300MW水輪機改造中導水機構中基礎板的配刨及安裝精度都比較高，在施工中也是難點、要點。本研究的主要內容如下：

（1）對導水機構預裝中機組中心確定。由于水輪機部件全部拆除，水輪機部分在預裝過程中需要對機組中心進行確定，因為發(fā)電機定子未動，通過電測法測量定子中心，反推出水輪機中心。

（2）導水機構第一次預裝對基礎板安裝及二次加工量計算。由于基礎板在制造過程中留有一定的加工量，基礎板安裝精度高，在第一次預裝中，需通過測量計算出基礎板的二次返廠加工量，使其達到安裝技術要求。

（3）導水機構第二次預裝主要對導葉端面間隙調整及保證頂蓋抗磨板到底環(huán)抗磨板H值的要求。通過導葉高度，調整導葉端面間隙，使其滿足安裝技術要求。

四、300MW導水機構改造預裝措施

（一）安裝工藝及方案

導水機構預裝流程圖

（二）底環(huán)組裝和基礎板組裝

（1）將底環(huán)清洗干凈，組合面應無高點和毛刺，組裝前應使用酒精進行清洗。在安裝間放置8個支墩，各支墩上部各放置1對楔子板，利用水準儀初調楔子板的水平偏差，偏差度應在0.50mm之內。

（2）因底環(huán)組合縫處空間有限，不能使用液壓工具對其進行螺栓拉伸，底環(huán)組合縫螺栓拉伸使用大錘敲擊方式進行打緊。

（3）使用大錘敲擊方式拉伸完成后檢查組合面間隙和底環(huán)圓度，組合面間隙應0.05mm不通過，局部間隙應不超過0.10mm， 底環(huán)圓度應在0～0.4mm之內。

（4）基礎板分為兩瓣組成，將基礎板清洗干凈，組合面應無高點和毛刺，組裝前應使用酒精進行清洗。在安裝間放置6個支墩，把基礎板平放在支墩上，利用橋機將底環(huán)水平吊起，吊至基礎板上方，按照圖紙方位底環(huán)水平落在基礎板上，把合底環(huán)和基礎板之間螺栓。底環(huán)與基礎板螺栓把合時所有螺栓應在螺栓孔中心位置。

（三）頂蓋組裝

（1）在安裝間放置8個支墩，各支墩上部放置1對楔子板，利用水準儀初調楔子板的水平偏差應不大于0.50mm。并在地面上放出頂蓋內外直徑樣線，在樣線范圍內安放支墩并調整其水平。

（2）清掃和去除頂蓋下表面、座環(huán)法蘭上表面、頂蓋組合面的毛刺和高點。

（3）工地組合時，在頂蓋分瓣面上涂密封膠，清掃密封槽裝上密封條。

（4）將頂蓋放于楔子板上，將兩瓣組合成為整體，蓋組裝前清理干凈，頂蓋合縫面涂515密封膠，螺栓全部安裝完成后，使用大錘把所有螺栓按安裝順序進行打緊，打緊完成后利用廠家提供專用拉伸工具對頂蓋合縫螺栓進行拉伸，拉伸也是按安裝順序進行拉伸，拉伸力矩為圖紙要求。

（5）頂蓋各個組合面的間隙、錯牙檢查合格后，可以對組合螺栓進行點焊鎖定。

（6）頂蓋下部抗磨板裝配安裝，其聯(lián)接螺栓孔按廠家要求進行封堵。

（7）清潔和檢查活動導葉上端部密封組件，預裝在頂蓋底部表面的密封槽內，并檢查凸出高度和壓縮量，如有必要進行處理。

（8）在中心掛鋼琴線，檢查頂蓋的各直徑、圓度。

（四）機組中心確定及基礎板加工量測量

（1）將底環(huán)按方位吊入機坑，底環(huán)方位偏差確定在1.5mm之內，測量記錄底環(huán)上平面水平度。

（2）將頂蓋按方位吊入機坑，方位偏差與底環(huán)方位相同，然后把合頂蓋二分之一的螺栓，測量頂蓋與座環(huán)之間0.05mm塞尺不通過，底環(huán)、頂蓋全部吊入以后測量底環(huán)與定子中心，測量之前將內徑千分尺提前半小時放入機坑保證尺的溫度和設備相同，以確保內徑千分尺的精確度，測量數(shù)據(jù)時應由二到三人輪流測取數(shù)值，并記錄對比，消除讀數(shù)誤差。因改造時定子位置不變，水輪機機組中心全部以定子中心為準，反推底環(huán)中心，與底環(huán)中心偏差在0.15mm之內，與座環(huán)把緊螺栓全部把合。

（3）底環(huán)中心、頂蓋中心根據(jù)定子中心確定好后，對基礎板進行點焊，在座環(huán)上距離500mm進行點焊一處。

（4）用冷卻后的內徑千分尺測量頂蓋與底環(huán)抗磨板之間的距離、頂蓋高臺處與底環(huán)抗磨板之間的距離，按24等分點，每個軸孔內外兩側分別采取4點進行測量并記錄，根據(jù)導葉瓣體長度尺寸及導葉斷面間隙計算基礎板的加工量，同時兼顧底環(huán)的水平度數(shù)據(jù)。計算出基礎板需加工去除的厚度，以滿足第二次預裝的要求。

（5）拆除頂蓋和底環(huán)，利用打沖眼方式，做好基礎板鉆眼攻絲位置?；A板按照之前做好的標記，在座環(huán)上進行鉆孔和攻絲。

（五）導水機構第二次預裝（底環(huán)安裝）

（1）此次屬于水輪機改造，定子基礎不動，所以中心按照定子中心為準，在底環(huán)吊入機坑后，以定子為中心反推底環(huán)中心，定子測量上、中、下各16點，底環(huán)測量16點來確定機組中心。

（2）將座環(huán)的上法蘭面及鏜口清理干凈，座環(huán)上法蘭的螺釘孔清理干凈，螺紋處涂上凡士林，清理基礎板，將基礎板按原方位標記點與座環(huán)下法蘭把合。

（3）將加工完成的基礎板按照標記吊入基坑，裝入銷釘并把所有內六角沉頭螺栓把合，螺栓把合完成后檢查基礎板與原座環(huán)之間間隙，使用0.15mm塞尺進行檢查，檢查合格后對基礎板內外圈分別按對稱8點進行點焊。

（4）安裝底環(huán)專用吊裝工具，將底環(huán)吊入機坑，根據(jù)轉輪室上法蘭上的X、Y基準線與底環(huán)上的X、Y基準線進行找正，粗調底環(huán)中心，此時應保證底環(huán)與轉輪室上法蘭之間的間隙基本均勻。

（5）檢查底環(huán)尺寸位置同轉輪室相應位置的錯牙情況（底環(huán)過流圓弧面與基礎環(huán)過流表面之間的錯牙）。

（6）放置平臺，用于底環(huán)水平、高程檢查和中心調整測量

（7）在機坑內掛裝鋼琴線，以轉輪室上水輪機安裝高程斷面中心為基準，安裝鋼琴線，鋼琴線X方向偏差不大于0.05mm，Y方向偏差不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不應大于0.05mm。圓周8等份測量底環(huán)位置與轉輪室的同軸度偏差不大于0.50mm。調整合格后均勻把緊底環(huán)與基礎板的連接螺栓。記錄結果。用精密光學水準儀檢查底環(huán)上表面的高程和水平度，記錄下來。其水平偏差不大于0.05mm/m。

（8）當?shù)篆h(huán)的中心、圓度、水平都達到圖紙的設計要求并符合國標要求后，把緊底環(huán)與座環(huán)螺栓，在對稱位置按照設計扭力擰緊全部螺栓，固定底環(huán)。

（六）導水機構第二次預裝（活動導葉預裝）

（1）清掃活動導葉軸套和導葉的上下端軸（長短軸），并用干凈的白布清掃相對應的頂蓋軸套，檢查是否有毛刺和高點，并測量檢查導葉的高度和上下軸頸尺寸與圖紙進行對比是否存在偏差，并做好記錄。

（2）清掃并檢查活動導葉密封表面：鼻端，尾端，上下表面，用油光銼研磨。

（3）按照導葉編號，清理底環(huán)上導葉下軸孔并涂抹黃甘油或凡士林，導葉全部吊入機坑（導葉吊裝前應在下軸徑表面涂抹凡士林），導葉預裝時使用5T手拉葫蘆掛在橋機鉤上進行吊裝，避免導葉進入軸套時進行磕碰，插入相同編號的底環(huán)軸套孔內。

（4）當導葉短軸進入軸套時，左右轉動導葉確保其能夠自由旋轉。

（七）導水機構第二次預裝（頂蓋預裝）

（1）在頂蓋上安裝吊具，使用廠房橋機吊起頂蓋，在吊入機坑以前，調整其水平。頂蓋預裝，因導葉立面間隙屬于斜線密封方式，所以導葉整體形狀屬于扇形，頂蓋在預裝時需把套筒全部安裝在頂蓋上，在頂蓋上按編號以定位銷釘定位裝配套筒，定位銷釘安裝完成后對套筒與頂蓋進行把合，螺栓把合完成后用塞尺檢查套筒與頂蓋是否有間隙，如有間隙需及時的處理，處理完后再吊裝。將頂蓋吊入機坑，調整其X、Y線與座環(huán)X、Y線偏差，偏差方向要與底環(huán)的偏差方向一致

（2）檢查每個導葉鼻端和尾端上端部間隙，此時活動導葉應處于接近關閉的位置。

（3）將臨時平臺吊入機坑，放在機坑里襯上口，用來放置求心器。

（4）在機坑中央掛鋼琴線，測量頂蓋、底環(huán)與轉輪室的同心度，并調整至規(guī)范要求內。

（5）清掃導葉軸頸及附件，轉動導葉，觀察其轉動靈活情況。同時檢查測量軸套四周間隙值，并記錄。

（6）頂蓋中心找正后，至少擰緊一半的頂蓋螺絲（有拉伸要求時，此次可不拉伸）。

（7）測量活動導葉端部總間隙，是否達到圖紙的設計要求，并測量頂蓋內鏜口的圓度。

（8）同時檢查底環(huán)與頂蓋之間的開檔，圓周面上內、外兩圈各測量14點，其偏差應小于0.25mm;同時該開檔值應與導葉板體高度、導葉端面間隙的設計值對比。

（八）底環(huán)、頂蓋與座環(huán)銷釘孔配鉆鉸

底環(huán)吊裝完成后，按照圖紙確定8個銷釘孔位置，利用磁力鉆或直臂鉆配鉆出直孔圓柱銷銷8個。頂蓋預裝完成后，利用磁力鉆或直臂鉆在廠家事先打好的頂蓋銷釘孔的引導孔位置上，用鉆頭配鉆出直孔螺尾錐銷8個，然后再斜度為1：50錐形鉸刀手工配鉸（鉸孔后期隨時用錐銷和孔進行適配），直到鉆鉸深度和孔壁光潔度滿足要求后，清理孔內鐵屑，涂凡士林油并打入銷釘，并做好標記為以后回裝時用。

（九）基礎板與座環(huán)焊接

頂蓋、導葉、底環(huán)等導水部件全部吊出機坑后對基礎板與座環(huán)進行焊接，焊接前對基礎板、座環(huán)焊接處進行清掃，確保清掃符合焊接條件后在進行焊接，焊接前在座環(huán)與基礎板之間做基準點進行校核基礎板焊接變形量。

五、總結

水輪機在安裝過程中對所有的步驟的實施要求都很高，對安裝的精度準確度，技術人員的專業(yè)素質要求很高，在安裝過程中每一個步驟每一道工序確保安裝無誤，確保安裝質量，這樣才能節(jié)省安裝時間，同時保證了水輪機設備的安全長期穩(wěn)定的運行。

基金項目：本文系2019年中國水利水電第一工程局有限公司白山機電安裝分局項目《300MW機組水輪機改造安裝施工技術研究》科技立項項目。

作者簡介：趙亮（1988-）男，吉林通榆人，本科，中級工程師，研究方向：水利水電工程;李鵬飛（1995-）男，河南杞縣人，本科，研究方向：水利水電工程;郭紅波（1987-）女，吉林四平人，本科，助理政工師，研究方向：水利水電工程;姚培顯（1989-）男，吉林吉林人，本科，助理工程師，研究方向：水利水電工程。