CCS水電站沖擊式水輪機(jī)組噴嘴安裝技術(shù)

程遠(yuǎn)章，周玉龍

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝分公司，云南昆明650032）

CCS水電站沖擊式水輪機(jī)組噴嘴安裝技術(shù)

程遠(yuǎn)章，周玉龍

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝分公司，云南昆明650032）

厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站（簡稱：CCS水電站）安裝了8臺(tái)套單機(jī)容量為205 MVA的沖擊式水輪機(jī)組，機(jī)組型號(hào)為：CJ1176N-L-334.9/6X28。根據(jù)CCS水電站結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及對(duì)噴嘴射流中心到轉(zhuǎn)輪切圓中心偏差的高精度要求，本文主要介紹沖擊式水輪機(jī)組噴嘴調(diào)整、測量、安裝施工程序，并總結(jié)出高水頭、大容量、多噴嘴沖擊式水輪機(jī)噴嘴安裝方案。

CCS水電站；沖擊式水輪機(jī)組；噴嘴調(diào)整墊板調(diào)整、測量、加工；噴嘴安裝

1　工程概況

厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站于厄瓜多爾東北部，從首都到工程首部約3 h的行程。水電站主要由首部樞紐工程、調(diào)蓄水庫、引水隧洞、地下廠房、出線場及中控室等建筑物組成，總裝機(jī)容量150萬kW，是厄瓜多爾目前最大的水電站，年發(fā)電量88億kW·h，建成后將滿足厄瓜多爾全國1/3人口的電力需求。該電站地下廠房安裝8臺(tái)套單機(jī)容量為205 MVA的沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備，轉(zhuǎn)輪外徑為Φ4 189 mm，轉(zhuǎn)輪切圓為Φ3 349 mm，額定水頭604.1m，額定轉(zhuǎn)速300r/min，額定流量34.7m3/s。因此，該電站具有額定水頭高、六噴嘴、轉(zhuǎn)輪水斗數(shù)量多等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

2　噴嘴調(diào)整墊板加工數(shù)據(jù)測量

2.1數(shù)據(jù)測量前應(yīng)具備的條件

（1）機(jī)組埋件部分施工完成，并且澆筑混凝土達(dá)到強(qiáng)度要求；

（2）基坑內(nèi)安裝工作面清掃完成，施工平臺(tái)搭設(shè)完成，具備施工條件；

（3）配水環(huán)管分支出口法蘭中心高程復(fù)測完成；機(jī)殼上法蘭高程、水平、中心復(fù)測完成；

（4）水輪機(jī)主軸已吊入機(jī)坑并支撐在水機(jī)室內(nèi)機(jī)殼上法蘭，主軸的水平≤0.02mm/m、高程611.245m（-25 mm），中心≤±0.05 mm已調(diào)整完畢，并將主軸固定牢固，在圓周方向?qū)ΨQ架設(shè)4塊百分表進(jìn)行監(jiān)測；

（5）廠家提供的專用工具進(jìn)行檢查：模擬噴嘴、模擬轉(zhuǎn)輪、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊板（厚度為30 mm）、測桿（長度為1 574 mm）等進(jìn)行檢查滿足圖紙要求。

2.2數(shù)據(jù)測量質(zhì)量要求

噴嘴射流中心與轉(zhuǎn)輪分水刃切圓距離允許偏差≤±2 mm，噴嘴射流中心與轉(zhuǎn)輪分水刃切圓高程允許偏差≤±1 mm。

2.3測量工具的安裝

2.3.1模擬噴嘴安裝

全面清理配水環(huán)管法蘭面、螺孔、噴嘴及調(diào)節(jié)法蘭的組合面、螺孔及止口，然后對(duì)稱地穿入螺栓，先將標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊板把合在配水環(huán)管法蘭上，再將模擬噴嘴把合在配水環(huán)管法蘭上，把合螺栓上加凹型墊片（一般為20片，4個(gè)方向要一致），然后安裝。并用白布將法蘭組合面上部遮蓋，以免在施工過程中其他雜物進(jìn)入組合面，從而使法蘭組合面不能充分接觸，影響其測量精度，以致造成后序調(diào)整墊板配割數(shù)據(jù)有誤，4個(gè)軸線方向安裝4個(gè)調(diào)節(jié)螺釘及4塊百分表，調(diào)節(jié)螺釘用來調(diào)整模擬噴嘴射流中心與轉(zhuǎn)輪內(nèi)切圓的徑向偏差；百分表用來監(jiān)測模擬噴嘴法蘭與標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)量。

2.3.2模擬轉(zhuǎn)輪安裝

中心軸及模擬轉(zhuǎn)輪荷葉安裝在主軸下法蘭上，組成模擬轉(zhuǎn)輪。模擬轉(zhuǎn)輪的中心軸安裝時(shí)要與主軸同心度偏差≤0.05 mm，垂直度≤0.1 mm；模擬轉(zhuǎn)輪荷葉中心的安裝高程應(yīng)保證在611.10 m（0～+0.4 mm），同時(shí)保證模擬轉(zhuǎn)輪荷葉支架的水平。模擬轉(zhuǎn)輪荷葉水平的驗(yàn)證方法是：在模擬轉(zhuǎn)輪荷葉支架的軸向和徑向方向架設(shè)2塊百分表，將支臂旋轉(zhuǎn)360°，查看主軸徑向及軸向百分表的變化量，即為主軸與中心軸的同心度及垂直度。反復(fù)調(diào)整，直到模擬轉(zhuǎn)輪荷葉支臂的水平度及與主軸同心度滿足上述要求。

2.3.3鋼琴線安裝

將1 mm鋼琴線從噴嘴內(nèi)部精調(diào)整墊片、模擬噴嘴穿出，與模擬轉(zhuǎn)輪荷葉中間的線槽相切并用小螺釘堅(jiān)固。

2.4數(shù)據(jù)測量及處理

（1）如圖1所示安裝好調(diào)整工具后，用水準(zhǔn)儀測量模擬轉(zhuǎn)輪荷葉的高程，使其滿足與上部機(jī)殼距離為2 110±0.5 mm.由于考慮到噴嘴安裝后由于自身的重量的下沉，測量時(shí)可將模擬轉(zhuǎn)輪荷葉高程調(diào)至611.100 0～611.100 4 m。即：與上部機(jī)殼距離為2 109.6～2 110 mm，且6個(gè)噴嘴測量時(shí)模擬轉(zhuǎn)輪荷葉應(yīng)保持同一高度。

圖1　模擬轉(zhuǎn)輪高程及水平調(diào)整示意圖

（2）根據(jù)圖2所示，調(diào)整鋼琴線與模擬轉(zhuǎn)輪荷葉的夾角為90°，用三角函數(shù)的方法檢查模擬轉(zhuǎn)輪荷葉與鋼琴線是否垂直，如：在鋼琴線上取一標(biāo)記點(diǎn)，使其到模擬轉(zhuǎn)輪荷葉與鋼琴線的切點(diǎn)的距離為a=1 674.5 mm，模擬轉(zhuǎn)輪荷葉與鋼琴線的切點(diǎn)到中心軸的距離b=1 674.5 mm，用三角函數(shù)計(jì)算直角三角形斜邊c=姨a2+b2=2 386.1 mm，如果實(shí)際測量斜邊距離為2 381±1 mm，則可以認(rèn)為此角度符合要求，另外再用角尺檢查90°角是否正確。

圖2　模擬轉(zhuǎn)輪與模擬噴嘴垂直度調(diào)整示意圖

（3）檢查標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊板（廠家提供的30 mm厚鋼板）與模擬噴嘴法蘭間隙（原始間隙），并做好記錄。若原始間隙小于等于0.1 mm，可不做處理，如果原始間隙大于0.1 mm，可將軸線4個(gè)百分表位置的間隙調(diào)至大于最大的原始間隙，然后記錄兩法蘭整圈間隙，再次將百分表調(diào)整至5.0。

（4）用模擬噴嘴法蘭上的4個(gè)頂絲調(diào)整模擬噴嘴，使鋼琴線在模擬噴嘴管口居中，記錄百分表變化量△-X、△+Y、△+X、△-Y。

（5）用塞尺檢查兩法蘭間隙，至少8個(gè)點(diǎn)并記錄。并找出最大、最小間隙M、N，標(biāo)記最大、最小間隙點(diǎn)的位置在配水環(huán)管法蘭上，用卷尺量出+Y點(diǎn)到最大、最小點(diǎn)弧長L大、L小，最大間隙點(diǎn)位置即為B點(diǎn)，最小間隙點(diǎn)位置為C點(diǎn)，B、C點(diǎn)即為調(diào)整墊板的最厚點(diǎn)及最薄點(diǎn)。

（6）用卷尺測量模擬噴嘴管口到模擬轉(zhuǎn)輪荷葉中心的距離H。

（7）用水準(zhǔn)儀檢查模擬轉(zhuǎn)輪荷葉與模擬噴嘴管口鋼琴線的高程差△h?！鱤的測量主要考慮到噴嘴全部安裝完成后檢查所有噴針高程時(shí)參考。以表1為例。

表14　號(hào)機(jī)組1號(hào)噴嘴實(shí)測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

2.5調(diào)整墊板配割厚度及配割中心線角度計(jì)算（以表1數(shù)據(jù)為倒）

（1）調(diào)整墊板配割厚度的計(jì)算

結(jié)合表1實(shí)際測量數(shù)據(jù)計(jì)算：CCS電站4號(hào)機(jī)組1號(hào)噴嘴調(diào)整墊板加工后B點(diǎn)最大厚度=（30+M）+（H-2390）=35.20 mm；加工后C點(diǎn)最大厚度=（30+N）+（H-2390）=34.5 mm。

（2）調(diào)整墊板配割中心線角度計(jì)算

作一輔助圓，圓的直徑為調(diào)整墊板直徑（即Φ=1330 mm），根據(jù)表1實(shí)際測量數(shù)據(jù)，將L大=750 mm標(biāo)記在圓上，即為B點(diǎn)，經(jīng)B點(diǎn)及中心圓點(diǎn)作直線，另交圓周于C點(diǎn)（見圖3）。

圖3　輔助圓

根據(jù)弧長公式可知，∠α=（180×L大）/（πr）=64.6°。

備注：由于實(shí)際測量間隙及弧長都會(huì)存在一定誤差，為保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可用以下方法驗(yàn)證：作一輔助圓，圓的直徑為調(diào)整墊板直徑（即Φ=1330mm），為使噴嘴射流中心與轉(zhuǎn)輪切圓數(shù)據(jù)符合規(guī)范，配割中心線必處于2、4象限，且配割最大值處于第4象限，故分別在-X軸上取0.5mm，在+Y軸上取0.22mm，為直觀起見，分別將其數(shù)值擴(kuò)大1 000倍，即-X軸上取500 mm，在Y軸上取220 mm，分別在該兩點(diǎn)做垂直于軸的垂線，兩垂線相交于A點(diǎn)，經(jīng)A點(diǎn)及中心圓點(diǎn)作直線，交圓周于B、C兩點(diǎn)，如圖3：

故∠α=atan（x/y）=1.1563 rad≈66.25°。

如果驗(yàn)證后角度偏差在5°之內(nèi)（弧長偏差約60 mm），則認(rèn)為測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，在調(diào)整墊板上作好B、C點(diǎn)，即可加工。如果角度偏差較大，則需重新測量。

3　噴嘴倒運(yùn)及安裝

3.1噴嘴的運(yùn)輸

調(diào)整墊板安裝完成后開始倒運(yùn)噴嘴。噴嘴和折向器按照設(shè)計(jì)圖紙和安裝文件組裝后，按廠家說明書要求做嚴(yán)密性試驗(yàn)，檢查噴針及折向器的動(dòng)作應(yīng)靈活。噴管運(yùn)輸前對(duì)法蘭面及噴針進(jìn)行保護(hù)，防止運(yùn)輸過程對(duì)其造成不必要的損害。然后通過專用小車、軌道運(yùn)輸，將噴嘴運(yùn)至穩(wěn)水柵。

3.2噴嘴的安裝

噴嘴倒運(yùn)至穩(wěn)水柵后用3個(gè)符合要求的葫蘆將噴嘴吊起，緩慢上提至安裝位置。吊裝過程禁止噴嘴與其它任何設(shè)備發(fā)生碰撞，吊裝過程如圖4所示。

圖4　噴嘴吊裝示意圖

噴嘴吊裝到位后按設(shè)計(jì)力矩要求至少對(duì)稱把緊10顆螺栓將噴嘴固定，依次完成6個(gè)噴嘴吊裝，然后復(fù)測6個(gè)噴針的高程偏差及軸向偏差。

4　結(jié)語

該測量方法實(shí)用于沖擊式機(jī)組簡易模型轉(zhuǎn)輪的數(shù)據(jù)測量，是一種能夠理論與實(shí)際相結(jié)合更簡單，更實(shí)用，更精準(zhǔn)的方法，可予以推廣。

以往調(diào)整墊板的配割都采用經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行配割，具有反復(fù)測試且工作量較大、運(yùn)輸成本高、工期時(shí)間長、所需費(fèi)用高等特點(diǎn)，本文根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及施工經(jīng)驗(yàn)所提出的調(diào)節(jié)法蘭中心線及最高值的測量方法及簡便計(jì)算，改變了以往一成不變的安裝理念，避免了噴嘴配割后的往復(fù)安裝、拆卸，使得安裝噴嘴工作一步到位，節(jié)約時(shí)間。

CCS水電站共計(jì)8臺(tái)水輪機(jī)，共計(jì)48個(gè)調(diào)節(jié)法蘭，其所有調(diào)節(jié)法蘭均按此方法進(jìn)行測量、計(jì)算、配割，配割后的所有調(diào)節(jié)法蘭與噴嘴安裝后測量數(shù)據(jù)一次性達(dá)到設(shè)備控制精度要求，一次合格率達(dá)到100%。

TV734

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1672-5387（2016）09-0013-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.005

2016-04-15

程遠(yuǎn)章（1987-），男，助理工程師，從事水利水電施工技術(shù)管理工作。