軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪組裝工藝分析

周曉升

(大唐旬陽水力發(fā)電廠 陜西安康 725700)

在雙碳戰(zhàn)略目標驅(qū)動下，水電行業(yè)快速發(fā)展，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組憑借其效率高、維護簡單、流量大的優(yōu)勢而備受水電站青睞[1]。為確保軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組能夠切實發(fā)揮出其優(yōu)勢，保障機組設(shè)備運行效率及使用壽命，應(yīng)從根本處入手，按照標準規(guī)定規(guī)范化組裝軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機，轉(zhuǎn)輪部分作為軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機的關(guān)鍵部分，必須科學(xué)組裝。

1 水電站概況

旬陽水電站位于陜西漢江上游干流，水電站主要任務(wù)為水力發(fā)電，并兼顧航運，屬于陜西省重點工程，總投資407 922 萬元。旬陽水電站總裝機容量為320 MW，設(shè)置4臺單機容量為80 MW的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組，年利用小時數(shù)2 625 h。額定水頭21 m，多年平均發(fā)電量為8.4億kW·h。水輪機屬于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組的核心部件，其運行原理是借助水流勢能驅(qū)動設(shè)備主軸旋轉(zhuǎn)，繼而轉(zhuǎn)化旋轉(zhuǎn)機械能，設(shè)備主軸的旋轉(zhuǎn)帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，進一步將旋轉(zhuǎn)機械能轉(zhuǎn)化為電能，相較于其他水輪機，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機可根據(jù)負荷變化及水電站水頭變化靈活化調(diào)整水輪機轉(zhuǎn)輪葉片，使葉片轉(zhuǎn)角與導(dǎo)葉轉(zhuǎn)角能夠始終保持在最優(yōu)配合下[2]。旬陽水電站的軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機共有5個葉片，轉(zhuǎn)輪由活塞缸、轉(zhuǎn)輪體、活塞軸、泄水錐、葉片、傳動裝置等部件構(gòu)成，在軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機轉(zhuǎn)輪組裝時，應(yīng)按照組裝工藝標準開展作業(yè)。

2 軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪組裝規(guī)定

旬陽水電站軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪組裝規(guī)定如下：（1）設(shè)備安裝前需全面檢查清掃，按照組裝圖紙校驗重要部件的主要尺寸及配合公差，若發(fā)現(xiàn)缺陷需進行記錄。（2）設(shè)備組合面應(yīng)光潔無毛刺，合縫間隙應(yīng)控制在標準范圍內(nèi)，可運用0.05 mm 塞尺檢查合縫間隙，而局部間隙則需運用0.10 mm塞尺進行檢查，要求間隙深度應(yīng)低于1/3的組合面寬度，總長低于20%的周長，此外，銷釘及組合螺栓周圍不可存在間隙。（3）組裝應(yīng)做好部件的標記工作，安裝多臺機組時，則需進行系列化標號，通過標號標記為后續(xù)組裝作業(yè)奠定基礎(chǔ)。（4）連接螺栓若具有預(yù)緊力要求，則其預(yù)緊力偏差不可超出標準值的±10%，通常情況下，連接螺栓預(yù)緊力需大于兩倍的設(shè)計工作壓力，且低于3/4 的材料屈服強度。細牙連接螺栓安裝時應(yīng)涂潤滑劑，按照要求將螺母、螺栓鎖定牢固。（5）軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)輪組裝前，應(yīng)控制好X、Y基準線標點及高程點，基準點誤差需低于±1 mm；高程差測量誤差需低于±0.5 mm；測量中心所運用的鋼絲線拉應(yīng)力至少需1 200 MPa，直徑應(yīng)處于0.3～0.4 mm 范圍內(nèi)；機組中心與圓度的測量誤差應(yīng)低于0.05 mm[3]。軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪組裝時，應(yīng)考慮到外部環(huán)境溫度變化對測量精度的干擾，在實際中組裝時，應(yīng)按照溫度變化情況進行測量數(shù)值修正。

3 轉(zhuǎn)輪組裝工藝流程分析

3.1 前期準備工作

第一，在正式組裝轉(zhuǎn)輪前全面清理相關(guān)零部件，不允許存在尖角毛刺、氧化皮、污垢，尤其是螺孔、螺紋，必須做到無硬質(zhì)顆粒與尖角毛刺。第二，找出葉片、轉(zhuǎn)臂等部件的出廠編號，并運用油漆筆再次標識，便于現(xiàn)場安裝，完成轉(zhuǎn)輪組裝后，新標編號可清除。第三，按照編號預(yù)裝A 型圓螺母耳柄轉(zhuǎn)臂螺栓，預(yù)裝期間不可出現(xiàn)螺栓、螺母卡阻現(xiàn)象，若出現(xiàn)預(yù)裝卡阻問題，不可運用蠻力強行安裝，需退出部分螺紋后將其調(diào)整，后續(xù)安裝，若仍有卡阻現(xiàn)象則需全部退出螺桿，全面清理螺紋后預(yù)裝。預(yù)裝過程中周邊不可進行打磨工作，避免打磨所產(chǎn)生的硬質(zhì)顆粒進入螺紋內(nèi)形成粘牙現(xiàn)象，若必要情況下需進行打磨，則應(yīng)做好隔離措施。完成預(yù)裝作業(yè)后進行防銹保護處理，尤其為螺紋部分。除預(yù)裝螺母外，還需進行葉片銷、轉(zhuǎn)臂、葉片的銷孔清掃。

3.2 轉(zhuǎn)輪體組裝

將轉(zhuǎn)輪安裝支架、擋塊及緊固件等部件運至安裝間，于安裝間基礎(chǔ)上倒放中間操作油管，采用吊裝的方式將轉(zhuǎn)輪體轉(zhuǎn)移至安裝間，并將其倒放至轉(zhuǎn)輪安裝支架上。完成上述操作后，組裝連桿銷、耳柄、連桿、轉(zhuǎn)臂等部件，將轉(zhuǎn)臂連桿耳柄吊裝工具等安裝至轉(zhuǎn)輪體上，轉(zhuǎn)臂組裝完成后，轉(zhuǎn)動連桿與耳柄，確保其能夠在活動范圍內(nèi)保持順暢轉(zhuǎn)動，將連桿、轉(zhuǎn)臂等部件進行吊裝。

3.3 安裝活塞套裝

安裝卡環(huán)并固定轉(zhuǎn)臂部件的位置，將中間操作油管提起后進行安裝固定，在此期間應(yīng)注意保護“O”型圈，避免損傷密封圈而影響轉(zhuǎn)輪性能。安裝轉(zhuǎn)輪起吊翻身支架與轉(zhuǎn)臂連桿耳柄吊裝工具，注意固定轉(zhuǎn)臂空位置，按照活塞桿、接力器缸體、活塞、接力器缸蓋、導(dǎo)向塊、連接螺栓的順序進行安裝。安裝斯特封，并于安裝結(jié)束后檢查斯特封是否已全部進入密封槽內(nèi)，避免接力器缸蓋與缸體安裝時損傷斯特封。待活塞進入接力器缸體前需注意檢查導(dǎo)向帶及格萊圈，確保兩者無損傷后安裝活塞。采用液壓拉伸器預(yù)緊轉(zhuǎn)輪體與活塞桿連接螺栓，有效伸長值為（0.82±0.02）mm；采用液壓拉伸器預(yù)緊耳柄螺栓，有效伸長值（0.34±0.02）mm，上述螺栓預(yù)緊工作不可一次拉伸到位，需將其分為2～3次進行均勻拉伸，需控制每次拉伸值大致相等[4]。若需多個連接螺栓同時拉伸，將連接螺栓均勻分布即可。拉伸耳柄螺栓之前必須做好A型圓螺母與接力器組裝工作，并需確保耳柄與墊片之間無間隙，若經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)兩者之間存在間隙，則需調(diào)整耳柄，待間隙消除后方可拉伸耳柄螺栓。

3.4 轉(zhuǎn)輪起吊空翻

將轉(zhuǎn)臂連桿耳柄吊裝工具拆除，并安裝好操作系統(tǒng)全關(guān)位置固定工具，在此基礎(chǔ)上安裝轉(zhuǎn)輪起吊翻身工具，安裝前需注意檢查定位情況，確保安裝準確。完成翻身工具安裝作業(yè)后注意檢查把合螺栓，必要時可運用力矩扳手檢查緊力矩。完成上述安裝工作后試吊轉(zhuǎn)輪，確保轉(zhuǎn)輪安全穩(wěn)固后運用主鉤起吊轉(zhuǎn)輪，另一吊鉤則設(shè)置于保護鋼絲繩側(cè)，空翻轉(zhuǎn)輪[5]。轉(zhuǎn)輪起吊前應(yīng)全面清理內(nèi)部灰塵與金屬粉末，確保轉(zhuǎn)輪內(nèi)部清潔后方可進行轉(zhuǎn)輪空翻，而在轉(zhuǎn)輪翻身期間應(yīng)注意保護鋼絲繩及轉(zhuǎn)輪本體，兩者接觸位置墊防護板，并將其置于轉(zhuǎn)輪翻身工具圓角部位處，轉(zhuǎn)輪空翻結(jié)束后將轉(zhuǎn)輪翻身工具拆除即可。

3.5 安裝轉(zhuǎn)輪支架

按照組裝視圖安裝轉(zhuǎn)輪支架，將轉(zhuǎn)輪置于支架上后拆除吊鉤，從上方安裝內(nèi)操作油管等部件，此外，需將蓋板、泄水錐、排油閥等部件安裝至安裝間，同時將泄水錐吊裝至轉(zhuǎn)輪支架旁邊。運用吊鉤將轉(zhuǎn)輪吊裝至泄水錐上方，進一步將泄水錐安裝至轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)上。此外，轉(zhuǎn)輪吊裝至支架上時，應(yīng)結(jié)合實際組裝情況調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)輪，用于控制泄水錐安裝角度，同時按照組裝視圖將泄水錐置于X、Y軸線上。

3.6 轉(zhuǎn)輪葉片組裝

按照標準安裝葉片吊裝工具，安裝結(jié)束后進行試吊，確保各處穩(wěn)定牢靠后方可進行正式吊裝。將葉片密封套在葉片樞軸上，采用吊裝的方式將葉片安裝至轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)上，為避免安裝操作劃傷軸瓦，應(yīng)于軸瓦表面涂抹潤滑油，同時待葉片靠近轉(zhuǎn)輪葉片軸孔時注意調(diào)節(jié)葉片水平高度及角度，使葉片樞軸與轉(zhuǎn)輪葉片軸孔同軸，且葉片轉(zhuǎn)臂與轉(zhuǎn)角保持一致后，方可安裝葉片。轉(zhuǎn)輪葉片在安裝期間不可使用蠻力，需結(jié)合轉(zhuǎn)輪現(xiàn)場組裝情況隨時調(diào)整葉片，將葉片靠近圓柱銷時應(yīng)注意降低葉片進入軸孔的速度，使圓柱銷倒角段緩慢進入葉片銷孔，以此保障安裝效果，待倒角段進入葉片銷孔后，可恢復(fù)葉片安裝速度[6]。安裝葉片螺栓，在此期間不可使用蠻力進行安裝，避免出現(xiàn)螺栓粘牙問題，若于安裝期間出現(xiàn)卡阻現(xiàn)象，則需完全退出螺栓，清理螺孔及螺栓后再次安裝，安裝過程中需注意調(diào)節(jié)葉片螺栓，以此確保葉片螺栓能夠順暢無卡阻的完成安裝工作。采用電加熱器預(yù)緊葉片與轉(zhuǎn)臂連接螺栓，有效伸長值為（0.42±0.02）mm，連接螺栓不可一次加熱伸長到位，需分為2～3 次均勻加熱伸長，并確保每次的拉伸值相同，若需同時加熱同一葉片上的多個螺栓，則需將帶加熱螺栓均勻分布。完成上述安裝操作將潤滑脂涂抹至葉片密封壓板表面，在此基礎(chǔ)上安裝葉片密封壓板，壓板螺栓安裝時后應(yīng)均勻緊固，在轉(zhuǎn)輪操作試驗完后，再一次檢查螺栓，全部擰緊后在螺栓孔涂上填充材料保護螺栓。部分葉片密封壓板的固定螺栓在葉片干涉下無法直接安裝，此時僅安裝不存在葉片干涉問題的螺栓即可，其余螺栓待葉片動作試驗時進行安裝。完成葉片安裝工作后，需進一步安裝轉(zhuǎn)輪其他零部件，并檢查轉(zhuǎn)輪體、泄水錐與葉片內(nèi)圓之間的間隙值，為保障軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪動作，需將葉片內(nèi)圓與泄水錐、轉(zhuǎn)輪體之間的間隙值控制在2.5～3.5 mm范圍內(nèi)。

3.7 轉(zhuǎn)輪操作試驗

為檢驗轉(zhuǎn)輪結(jié)構(gòu)安裝質(zhì)量，需組織轉(zhuǎn)輪操作試驗，此時需安裝轉(zhuǎn)輪試驗工具，為轉(zhuǎn)輪操作試驗的進行奠定基礎(chǔ)。轉(zhuǎn)輪操作試驗主要包括動作試驗、密封滲漏試驗。（1）動作試驗。檢查葉片轉(zhuǎn)動是否平穩(wěn)，傳動機構(gòu)動作是否靈活，動作試驗期間，需控制試驗油壓低于1.5 MPa，同時應(yīng)用泄水錐進行泄壓，避免壓力過高。（2）活塞密封滲漏試驗。試驗壓力為6.3 MPa，于全關(guān)位置、全開位置分別實施，活塞密封漏油允許量需低于70 mL/min，其他密封位置不允許出現(xiàn)漏油現(xiàn)象。泄水錐與轉(zhuǎn)輪體空腔沖油后同樣需進行密封試驗，泄水錐與轉(zhuǎn)輪體的密封試驗壓力分別為0.5 MPa、0.05 MPa，試驗時間分別為8 h、1 h，在試驗期間，每小時應(yīng)全行程轉(zhuǎn)動葉片2～3 次，各葉片合面及密封處不得出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。完成轉(zhuǎn)輪操作試驗后需嚴密堵死放氣孔及試驗孔，避免發(fā)生漏油現(xiàn)象。

4 結(jié)語

綜上所述，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組在水電站運行過程中具有良好作用，為保障水輪發(fā)電機組作用，需重視轉(zhuǎn)輪部位的組裝工作。在組裝期間應(yīng)嚴格按照規(guī)定標準進行操作，嚴謹細心，科學(xué)規(guī)范，盡可能避免出現(xiàn)組裝失誤現(xiàn)象。在旬陽水電站中，軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機組轉(zhuǎn)輪組裝效果較好，轉(zhuǎn)輪組裝完成后可穩(wěn)定安全運行。