大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝及安裝技術

邱崇俊，劉興勝，李燦東，李 偉

（華能瀾滄江水電股份有限公司，云南 昆明650032）

1 概述

里底水電站位于云南省維西縣巴迪鄉(xiāng)境內(nèi)，是瀾滄江流域唯一的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組電站。廠房為河床式明廠房結(jié)構(gòu)，電站最大水頭41.4 m，額定水頭34 m。電站采用3臺軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機發(fā)電機組，額定轉(zhuǎn)速n=107.1 r/min，單機容量140 MW，總裝機容量420 MW。

水輪機是水輪發(fā)電機組的核心部件，水輪機轉(zhuǎn)輪受到水流的作用將水的勢能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)機械能帶動主軸旋轉(zhuǎn)，主軸帶動發(fā)電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生電能。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機可按水頭和負荷變化相應調(diào)整轉(zhuǎn)輪葉片，以保持活動導葉轉(zhuǎn)角和葉片轉(zhuǎn)角間的最優(yōu)配合，從而提高水能平均利用效率。軸流轉(zhuǎn)槳水輪機具有流量大，使用范圍廣，效率高的特點。

里底水電站軸流轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪單臺重量為162 t，葉片數(shù)量為5片。轉(zhuǎn)輪由轉(zhuǎn)輪體、活塞缸、活塞軸、連接體、泄水錐、葉片及其傳動機構(gòu)、操作油管等部件組成。轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝采用倒立組裝轉(zhuǎn)輪體，正立插裝葉片的施工流程。轉(zhuǎn)輪活塞采用缸動式結(jié)構(gòu)，活塞缸、活塞軸現(xiàn)場組裝?？紤]到轉(zhuǎn)輪各部件均為現(xiàn)場組裝，為保證組裝完成后密封質(zhì)量和葉片靈活性，現(xiàn)場組裝完成后進行整體密封性及靈活性試驗。

瀾滄江流域梯級電站主要安裝機型為立軸混流式機組，對于軸流轉(zhuǎn)槳式機組安裝及管理經(jīng)驗相對較少。里底水電站機電安裝工程為瀾滄江流域第一個大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機項目，軸流轉(zhuǎn)槳式機組與混流式機組設計最大不同是轉(zhuǎn)輪的結(jié)構(gòu)形式，轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝是軸流轉(zhuǎn)槳式機組的重點和特點，通過對里底水電站轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝的技術和工藝的總結(jié)可為后續(xù)軸流轉(zhuǎn)槳式機組安裝提供技術支持，提高對軸流轉(zhuǎn)槳式機組安裝技術的管理水平。

2 項目技術準備

經(jīng)研究分析，軸流轉(zhuǎn)槳式轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝和吊裝的重點和難點問題有以下四個方面，必須提前認真研究分析存在的困難和解決辦法。

2.1 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝

研究、分析軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪體現(xiàn)場組裝工藝，制定實用性強、節(jié)約成本的組裝工藝。主要研究內(nèi)容：

（1）轉(zhuǎn)輪體現(xiàn)場組裝方案可行性分析。

（2）轉(zhuǎn)輪體現(xiàn)場組裝方案應用和總結(jié)。

2.2 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片樞軸及葉片吊裝

研究、分析軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪葉片樞軸及葉片吊裝工藝，確定實用性強、可靠性高的吊裝工藝。主要研究內(nèi)容：

（1）轉(zhuǎn)輪葉片樞軸及葉片吊裝方案可行性分析。

（2）轉(zhuǎn)輪葉片樞軸及葉片吊裝方案應用和總結(jié)。

2.3 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場試驗技術

通過對軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場試驗技術的研究，總結(jié)出一套軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場試驗方法。研究內(nèi)容：

（1）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場試驗方法研究。

（2）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場試驗設備布置。

（3）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場試驗方法應用及總結(jié)。

2.4 軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪整體吊裝技術

通過對軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪整體吊裝技術的研究，研究出一套軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪整體吊裝施工方法。研究內(nèi)容：

（1）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪整體吊裝施工方法可行性研究。

（2）軸流轉(zhuǎn)漿式水輪機轉(zhuǎn)輪整體吊裝施工方法應用及總結(jié)。

3 主要工序步驟

軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪組裝主要流程為：支座安裝、調(diào)整→內(nèi)操作油管吊入轉(zhuǎn)輪組裝工位→外操作油管安裝→轉(zhuǎn)輪體翻身倒置于支墩上，并調(diào)平→活塞軸安裝→葉片連桿、轉(zhuǎn)臂、葉片樞軸安裝→轉(zhuǎn)輪體與活塞套裝→連接體安裝→轉(zhuǎn)輪接力器試驗→轉(zhuǎn)輪翻身→泄水錐安裝，轉(zhuǎn)輪正置于支座上，并調(diào)平→葉片安裝→轉(zhuǎn)輪整體試驗。

3.1 內(nèi)、外操作油管套裝

預先將內(nèi)、外操作油管套裝并豎直固定在轉(zhuǎn)輪支座中心。根據(jù)轉(zhuǎn)輪體止口尺寸，剪切、粘接并安裝耐油密封條。將外操作油管與轉(zhuǎn)輪體套裝，對稱把緊組合不銹鋼內(nèi)六角螺釘。在轉(zhuǎn)輪體翻身倒置于支座過程中套裝內(nèi)操作油管，注意安裝前內(nèi)操作油管應臨時固定在豎直方向，安裝時吊車下降速度應緩慢、均勻?；钊咨w的安裝完成后，才將內(nèi)操作油管頂起，安裝到位，再安裝活塞缸端蓋。

3.2 活塞軸安裝

利用橋機將轉(zhuǎn)輪體翻身，使活塞軸把合面朝上。將轉(zhuǎn)輪體吊放在支座上，用框式水平儀檢查轉(zhuǎn)輪體與活塞軸把合面的水平度，應不超過0.10 mm，如不滿足要求，須在轉(zhuǎn)輪體與支座間墊銅皮進行調(diào)整。將清洗干凈的活塞軸吊于轉(zhuǎn)輪體上方200 mm處，在活塞軸與轉(zhuǎn)輪體Φ700 mm配合止口涂抹透平油（該透平油為導軸承透平油），緩慢下落活塞軸，使活塞軸平穩(wěn)地落放于轉(zhuǎn)輪體上，裝入2個B40×80定位銷，仔細檢查并清洗轉(zhuǎn)輪體上M110螺孔、M110螺柱、螺母，并在螺紋上涂抹二硫化鉬，安裝止動墊圈，對稱把緊螺柱。螺柱把緊后，用塞尺檢查活塞軸和轉(zhuǎn)輪體法蘭面的間隙，其不應有間隙，局部最大不應超過0.10 mm，深度不超過組合面寬度1/3，長度不超過周長1/5，間隙合格后，利用止動墊圈將M110螺母鎖住。

3.3 葉片連桿、轉(zhuǎn)臂、葉片樞軸安裝

按廠內(nèi)預裝時所打標記將葉片連桿與轉(zhuǎn)臂組裝，組裝時應在葉片連桿軸瓦工作面上涂上一層黃甘油。葉片連桿應該轉(zhuǎn)動靈活，無發(fā)卡現(xiàn)象，安裝連桿外側(cè)限位板，限位板螺栓涂抹螺紋緊固膠。將轉(zhuǎn)臂連同葉片連桿對號吊入轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部，利用導鏈、千斤頂?shù)容o助工具調(diào)整轉(zhuǎn)臂中心與轉(zhuǎn)輪體Φ1 180大銅瓦中心一致，并使轉(zhuǎn)臂貼緊轉(zhuǎn)輪體。清理葉片樞軸，安裝葉片樞軸套裝工具，工地自行調(diào)整套裝工具上的配重塊的位置，使得葉片樞軸吊起后處于水平狀態(tài)。安裝轉(zhuǎn)臂與葉片樞軸之間的Φ160葉片銷，并在銅瓦上涂抹黃甘油，將葉片樞軸穿入Φ1 180大銅瓦、轉(zhuǎn)臂、Φ390小軸瓦。在葉片樞軸穿入過程中應適當調(diào)整轉(zhuǎn)臂，同時適當轉(zhuǎn)動葉片樞軸以滿足葉片銷順利穿入葉片樞軸。

3.4 轉(zhuǎn)輪體與活塞套裝

在活塞上平面和活塞軸卡環(huán)槽內(nèi)涂上一層透平油，按圖裝入卡環(huán)，用塞尺檢查卡環(huán)與活塞、活塞軸的間隙，總間隙應為0.02～0.05 mm。合格后按圖紙要求安裝緊固環(huán)，并依次安裝彈簧墊圈、螺栓，將緊固環(huán)把緊。檢查活塞與活塞缸之間的間隙，間隙應為0.35～0.64 mm且四周均勻。按圖依次安裝軸套、頂瓦架、墊圈、螺栓，并把緊。頂瓦架安裝時，注意頂瓦架的4個缺口應對正活塞軸的4個Φ60孔。清洗活塞缸蓋、螺柱、墊圈、螺母及耐油橡膠條，并根據(jù)活塞缸蓋止口直徑配作耐油密封條。將清洗干凈的活塞缸蓋吊起，調(diào)整活塞缸蓋的水平，將配作好的耐油橡膠圓條，套入缸蓋止口。當活塞缸蓋距離活塞缸上方約200 mm時，緩慢下落活塞缸缸蓋，下落過程中調(diào)整活塞缸缸蓋上Φ550軸套與活塞軸的同心，使活塞缸蓋就位。就位后，按圖依次安裝螺柱、墊圈、螺母，并把緊。用塞尺檢查法蘭面間隙，局部允許有0.05 mm，深度不超過法蘭寬度的1/3、長度不超過法蘭周長的1/5。按圖安裝端蓋、耐油密封條、內(nèi)螺紋圓柱銷、O型密封圈、絲堵，對稱把緊螺栓。

3.5 連接體安裝

根據(jù)連接體止口尺寸，配作密封條。安裝連接體上的滑塊軸、滑塊；吊裝連接體使滑塊穿入滑槽，對稱、均勻把緊連接體與轉(zhuǎn)輪體之間組合螺栓，檢查組合面是否有間隙。測量記錄滑塊與滑槽之間的間隙；連接體與轉(zhuǎn)輪體之間的定位圓柱銷應該進行點焊鎖定；裝焊連接體護板。

3.6 轉(zhuǎn)輪接力器試驗

嚴密性試驗：分別對接力器前后腔注油并增壓至6 MPa，保持30 min不得有滲漏現(xiàn)象。

動作試驗：傳動機構(gòu)靈活，葉片轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，測定葉片在轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)輪活塞上、下腔的油壓值和接力器行程，活塞全行程Smax=260 mm。

3.7 轉(zhuǎn)輪翻身

轉(zhuǎn)輪接力器試驗完成，轉(zhuǎn)輪倒裝的全部工作至此結(jié)束。為防止轉(zhuǎn)輪翻身過程中，轉(zhuǎn)輪接力器發(fā)生竄動，特采用如下3種方式：

（1）將接力器端蓋直接固定在吊具上。

（2）將活塞置于中間位置，五個葉片軸孔用葉片螺栓把轉(zhuǎn)臂壓在大筒瓦端面上，產(chǎn)生足夠的摩擦力。

（3）在接力器前后腔均充滿透平油，并關閉閥門。

將鋼絲繩穿過吊耳，試吊一下轉(zhuǎn)輪，以檢查整個起吊系統(tǒng)是否工作正常。確認無誤后，緩慢將轉(zhuǎn)輪吊離支座，將吊耳Ⅱ置于轉(zhuǎn)輪翻身裝置上。將轉(zhuǎn)輪平放，并掛裝吊耳Ⅱ鋼絲繩，按轉(zhuǎn)輪起吊翻身圖順序進行轉(zhuǎn)輪的翻身工作。待轉(zhuǎn)輪翻正后拆除吊具Ⅱ，根據(jù)泄水錐止口尺寸配作、安裝耐油密封條。組裝泄水錐與連接體，對稱把緊組合螺栓，檢查組合面是否有間隙，連接體與泄水錐之間的定位圓柱銷應該進行點焊鎖定。將轉(zhuǎn)輪體置于支座上并調(diào)平。

3.8 葉片安裝

安裝葉片與樞軸之間的定位銷，將葉片密封按照圖紙的安裝順序套在葉片軸上（暫不安裝），用葉片安裝工具將葉片安裝就位，安裝葉片螺栓，取下安裝工具；按設計要求對稱、均勻把緊葉片螺栓。安裝止動塞塊、葉片螺栓蓋板。依次安裝葉片密封，安裝時用黃甘油將2條密封圈粘接成整體，同時注意密封圈不能翻邊。根據(jù)編號安裝葉片密封壓環(huán)，待整圈形成后，均勻把緊壓環(huán)螺栓，壓環(huán)不得突出轉(zhuǎn)輪體表面。測量密封壓環(huán)與轉(zhuǎn)輪體及葉片法蘭外緣之間的間隙。測量密封壓環(huán)與轉(zhuǎn)輪體及葉片根部之間的錯牙。

3.9 轉(zhuǎn)輪整體試驗

轉(zhuǎn)輪葉片安裝完成后，轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝工作就全部完成。必須按照工藝要求進行轉(zhuǎn)輪整體試驗。在轉(zhuǎn)輪就近合適的位置安裝轉(zhuǎn)輪油壓試驗裝置。

動作試驗：傳動機構(gòu)靈活，葉片轉(zhuǎn)動平穩(wěn)，測定葉片在轉(zhuǎn)動過程中轉(zhuǎn)輪活塞上、下腔的油壓值和接力器行程，活塞全行程Smax=260 mm，并作記錄。

葉片密封漏油試驗：向轉(zhuǎn)輪體內(nèi)部注油，待油從轉(zhuǎn)輪體上部油孔漏出時，封堵該油孔。進行轉(zhuǎn)輪體壓力試驗，壓力為0.5 MPa，時間為16 h，試驗過程中每小時轉(zhuǎn)動葉片2～3次，檢查轉(zhuǎn)輪體各部位是否有漏油，檢查葉片密封部位漏油不大于7.5 ml/h。同時在轉(zhuǎn)輪體打壓之前，在轉(zhuǎn)輪體與葉片之間安裝百分表檢查葉片徑向竄動量。

再次進行轉(zhuǎn)輪動作試驗，檢查葉片是否轉(zhuǎn)動靈活，有無發(fā)卡現(xiàn)象；同時檢查葉片的轉(zhuǎn)角是否符合圖紙要求，葉片在最大轉(zhuǎn)角+11°時，葉片間的轉(zhuǎn)角相對誤差不大于±25′；同時檢查轉(zhuǎn)輪葉片在不同轉(zhuǎn)角的位置時葉片與葉片密封壓環(huán)、轉(zhuǎn)輪體的間隙是否符合圖紙要求。

圖1 轉(zhuǎn)輪倒裝

試驗完成后將水輪機轉(zhuǎn)輪葉片調(diào)整到全關位置，拆除轉(zhuǎn)輪試驗蓋，安裝葉片支撐，葉片密封的壓環(huán)上螺釘沉孔應采用環(huán)氧樹脂填滿，不得凸出表面。

圖2 轉(zhuǎn)輪正裝

3.10 三體聯(lián)吊

通過優(yōu)化吊裝方案，采用在吊軸上沿周邊增焊8個掛點，增加8個20 t手拉葫蘆來懸吊支持蓋替代原卡環(huán)倒裝固定支持蓋的方案。將大軸和支持蓋二聯(lián)體吊裝在轉(zhuǎn)輪上連接固定，緩慢均勻松開8個20 t手拉葫蘆將支持蓋放至轉(zhuǎn)輪上，通過三體聯(lián)吊起吊軸把合螺栓放置吊帶配合5 t手拉葫蘆，提起預存在支持蓋內(nèi)部的懸吊卡環(huán)，圍繞軸承卡環(huán)槽并使懸吊卡環(huán)與支持蓋把合螺孔基本對正，將懸吊卡環(huán)組裝成一體。通過8個20 t手拉葫蘆緩慢均勻提起支持蓋與懸吊卡環(huán)進行把合，主軸、支持蓋、轉(zhuǎn)輪聯(lián)合成一個整體。

利用橋機通過轉(zhuǎn)子平衡梁吊軸將主軸、支持蓋及轉(zhuǎn)輪整體吊入機坑。安裝支持蓋與頂蓋把合螺栓并把緊至設計力矩值，拆除三體聯(lián)吊吊具及操作油管吊架。

4 項目技術總結(jié)及評價

里底水電站水輪機的外形尺寸較大，轉(zhuǎn)輪采用現(xiàn)場組裝的方式。為了減少在機坑內(nèi)的安裝工作量，節(jié)約施工成本和安裝工期，安裝采用轉(zhuǎn)輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）三體在安裝間聯(lián)接成整體，一次吊裝到位的方式進行。里底水電站轉(zhuǎn)輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）三體聯(lián)吊工作，經(jīng)現(xiàn)場各參建單位對聯(lián)吊方案認真分析，并優(yōu)化三體聯(lián)吊方案，避免設備組裝后整體超高、超重帶來的安全隱患，還減少了部件吊裝、調(diào)整時間，大大節(jié)約了施工成本和安裝工期。里底水電站軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機組轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝及安裝主要技術創(chuàng)新點如下：

（1）轉(zhuǎn)輪葉片樞軸現(xiàn)場配重安裝，改變了制作托架，使用千斤頂?shù)膫鹘y(tǒng)組裝方法，降低了施工難度，節(jié)約了施工成本和組裝工期。

（2）轉(zhuǎn)輪翻身前進行轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場耐壓試驗，避免了轉(zhuǎn)輪組裝完成后密封損壞而造成的返工，降低了轉(zhuǎn)輪組裝風險，提高了轉(zhuǎn)輪安裝質(zhì)量和保證了機組長期、安全、穩(wěn)定運行。

（3）轉(zhuǎn)輪、主軸、支持蓋（帶導流錐）三體聯(lián)接及聯(lián)吊一次到位方案的優(yōu)化和調(diào)整，不僅避免了超高、超重的組裝件在倒換工裝時的安全隱患，還減少了部件吊裝、調(diào)整時間，節(jié)約了施工成本和安裝工期。

里底水電站軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機現(xiàn)場組裝和三體聯(lián)吊在技術方面有一定的先進性，經(jīng)過總結(jié)和提煉積累了一定經(jīng)驗，可為后續(xù)同類型機組的轉(zhuǎn)輪組裝及安裝提供技術借鑒和指導。