淺析蓄能電站水泵水輪機(jī)的安裝及工藝

蔡 雄

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

水泵水輪機(jī)的設(shè)備安裝基本內(nèi)容為：尾水管、泄流環(huán)(底環(huán))、蝸殼(座環(huán))、頂蓋、轉(zhuǎn)輪、主軸、主軸密封及其供排水系統(tǒng)、導(dǎo)水葉及操作機(jī)構(gòu)、導(dǎo)水葉接力器、水導(dǎo)軸承及其循環(huán)冷卻系統(tǒng)、機(jī)坑里襯以及相關(guān)附屬設(shè)備。在實(shí)際操作中高程和中心才是作為機(jī)組安裝的前提，要仔細(xì)分析其安裝的位置。以下是對(duì)水泵水輪機(jī)設(shè)備安裝過程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)說明。

1 關(guān)于對(duì)水泵水輪機(jī)的認(rèn)識(shí)

水泵水輪機(jī)具有正向和反向兩種運(yùn)行工況，即水輪機(jī)工況和水泵工況。在水輪機(jī)工況時(shí)，在水流的驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，從而將力矩傳遞到發(fā)電機(jī)，使其產(chǎn)生電能。而在水泵工況時(shí)，發(fā)電電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，帶動(dòng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)使其進(jìn)行水泵作業(yè)。

2 尾水管安裝

蓄能機(jī)組的水輪機(jī)尾水管由數(shù)節(jié)組成，大部分已在廠內(nèi)完成制作，然后分節(jié)到貨。但一般尺寸較大的尾水管擴(kuò)散段，為方便運(yùn)輸，在工廠制作完畢后會(huì)分瓣運(yùn)到工地，需要在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組焊成節(jié)后再進(jìn)行安裝。尾水管擴(kuò)散段的分瓣組焊根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件和進(jìn)度可選擇在工地的車間或安裝間進(jìn)行。

擴(kuò)散段一般設(shè)在尾水隧洞內(nèi)，主廠房橋機(jī)無法將其吊裝到位，在安裝前需在機(jī)坑內(nèi)架設(shè)軌道，以便安裝在尾水支洞內(nèi)的肘管里襯運(yùn)輸。用主廠房橋機(jī)將肘管里襯吊至軌道上，然后利用電動(dòng)葫蘆和卷揚(yáng)機(jī)將其拖進(jìn)尾水隧洞，再進(jìn)行調(diào)整。然后按由下游至上游的順序分別進(jìn)行安裝，重點(diǎn)要放在控制首節(jié)管口的高程、水平和中心。

3 座環(huán)與蝸殼的安裝

座環(huán)與蝸殼安裝的重點(diǎn)和難點(diǎn)主要是：保證蝸殼的焊縫質(zhì)量和座環(huán)法蘭焊接后的水平，以及安裝后的中心、水平和高程。根據(jù)目前技術(shù)規(guī)范GB/T 8564-2003 的要求，座環(huán)上法蘭面的水平波浪度須控制在約0.30 mm 左右。如平面度控制不好，將會(huì)影響導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的整體安裝精度。施工前，應(yīng)熟悉焊接方案，對(duì)加熱、焊縫焊接順序、變形控制和監(jiān)控對(duì)照廠家作業(yè)指導(dǎo)書作好分析。

座環(huán)與蝸殼焊接必須采取加熱措施和后熱措施，以消除焊縫內(nèi)應(yīng)力，減少焊接時(shí)的裂紋[1]焊接時(shí)要嚴(yán)控焊縫打底質(zhì)量和厚度，后熱處理到常溫后，復(fù)測(cè)法蘭面水平和座環(huán)內(nèi)徑，在沒有變形的情況下，需慢慢調(diào)整焊接順序。后續(xù)的每層焊接厚度以10~15 mm 為宜，每層焊接完成后，需隔夜冷卻復(fù)測(cè)相關(guān)數(shù)據(jù)，按情況再調(diào)整焊接順序。當(dāng)天焊接完成后，需嚴(yán)格進(jìn)行后熱處理，這樣才能保證焊縫質(zhì)量。

座環(huán)與蝸殼吊入機(jī)坑內(nèi)后，進(jìn)行調(diào)整時(shí)除了需要控制好座環(huán)的中心、水平和高程外，還需要與引水系統(tǒng)的軸線對(duì)齊，相互兼顧[2]。根據(jù)蓄能電站的特點(diǎn)，廠家會(huì)要求蝸殼與引水系統(tǒng)的軸線偏差小于5 mm，以保證后續(xù)機(jī)組進(jìn)水閥（球閥）的安裝精度。座環(huán)與蝸殼的調(diào)整，以楔子板調(diào)整為主，這樣調(diào)整的好處是反彈現(xiàn)象較小，從而保證了座環(huán)與蝸殼的安裝質(zhì)量。另外，配合座環(huán)與蝸殼的緊固螺栓加以控制，使法蘭面水平滿足設(shè)計(jì)要求。

在座環(huán)調(diào)整安裝后，還需要進(jìn)行蝸殼延伸管安裝、蝸殼水壓試驗(yàn)、機(jī)坑里襯安裝、接力器基礎(chǔ)安裝等，這樣不可避免對(duì)座環(huán)的水平、中心有影響。為此，需要加強(qiáng)監(jiān)控測(cè)量，及時(shí)調(diào)整水平、中心至要求范圍，做好座環(huán)的加固工作。座環(huán)與蝸殼移交土建后，在混凝土澆筑過程中，監(jiān)測(cè)座環(huán)法蘭的中心、水平變化和座環(huán)與蝸殼的軸線變化情況，以及延伸管法蘭傾斜度。過程可與土建協(xié)調(diào)，先對(duì)水平低的一側(cè)澆筑混凝土，從而避免軸線偏移。

4 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的安裝通常在底環(huán)、錐管完成預(yù)埋安裝之后。正式安裝前，需要對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)裝，借以檢查導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各部件（底環(huán)、導(dǎo)葉、頂蓋）的配合尺寸，并確定頂蓋最終安裝位置。

水輪機(jī)具備導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝條件后，需要對(duì)座環(huán)、底環(huán)等部件進(jìn)行清理檢查，復(fù)測(cè)其水平和中心，預(yù)裝時(shí)僅需安裝4 個(gè)或總活動(dòng)導(dǎo)葉的一半即可，同時(shí)再將頂蓋吊入機(jī)坑，等頂蓋就位后，首先對(duì)底環(huán)與頂蓋的中心進(jìn)行調(diào)整。中心調(diào)整采用鋼琴線電測(cè)法，以下止漏環(huán)的中心來測(cè)量頂蓋與下止漏環(huán)的同心度，再根據(jù)測(cè)量結(jié)果，調(diào)整頂蓋與下止漏的同心度。關(guān)于頂蓋的調(diào)整，個(gè)人建議以液壓千斤頂進(jìn)行同心度的調(diào)整，配合楔子板，因地制宜操作。同心度的調(diào)整是耗時(shí)耗力的工作，可能需要進(jìn)行近百次的重復(fù)測(cè)量，數(shù)十次的調(diào)整，方能滿足設(shè)計(jì)要求，因此它是導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝的核心和重點(diǎn)。在同心度調(diào)整合格后，需進(jìn)行對(duì)頂蓋和底環(huán)定位銷釘孔的鉆鉸，如果是埋入式底環(huán)結(jié)構(gòu)，應(yīng)先鉆鉸底環(huán)的定位銷釘孔，并在底環(huán)二期混凝土澆筑完畢且養(yǎng)護(hù)到期后，對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)測(cè)，驗(yàn)收合格后再鉆鉸頂蓋的定位銷釘孔。在預(yù)裝完畢后，將頂蓋和其他部件拆卸吊出機(jī)坑，并對(duì)機(jī)坑進(jìn)行清掃為后續(xù)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)正式安裝做好準(zhǔn)備。

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的正式安裝建立在預(yù)裝的工序基礎(chǔ)上，只需做好每一步清洗工作和成品保護(hù)工作，進(jìn)而保證安裝工作的順利進(jìn)行。需要注意的是一定要確保各組合面的密封要安裝到位無異常。在保證頂蓋與底環(huán)的同心度和同軸度后，方能保證導(dǎo)葉的垂直度，確保導(dǎo)葉的端面間隙滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，減少導(dǎo)葉對(duì)軸套的摩擦力，從而減少磨損，保證機(jī)組的正常運(yùn)行。

5 轉(zhuǎn)輪和主軸安裝

在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝合格后，再進(jìn)行轉(zhuǎn)輪的安裝，吊裝過程要使用廠家專用的吊具進(jìn)行吊裝。轉(zhuǎn)輪安裝前，應(yīng)提前計(jì)算好轉(zhuǎn)輪的臨時(shí)就位高程，在底環(huán)（泄水環(huán)）表面上設(shè)置好臨時(shí)墊塊[3]。轉(zhuǎn)輪在底環(huán)上就位前應(yīng)“推出”轉(zhuǎn)輪與底環(huán)下止漏環(huán)的間隙值，以便總裝時(shí)計(jì)算實(shí)際值。轉(zhuǎn)輪就位后，應(yīng)在錐管處，使用楔子板對(duì)轉(zhuǎn)輪進(jìn)行固定，保證頂蓋吊裝時(shí)，轉(zhuǎn)輪不發(fā)生異動(dòng)。

水輪機(jī)的主軸應(yīng)在頂蓋正式就位后安裝，安裝前重點(diǎn)復(fù)測(cè)轉(zhuǎn)輪的中心、水平和高程，合格后再吊裝主軸[4]。同時(shí)要注意的是在安裝過程中，務(wù)必要確保法蘭面的清潔度。主軸與轉(zhuǎn)輪的螺栓把合是關(guān)鍵，過程中應(yīng)加強(qiáng)測(cè)量，按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格控制螺栓的拉伸值。

6 主軸密封和水導(dǎo)軸承安裝

主軸密封和水導(dǎo)軸承的安裝，重點(diǎn)要控制其支承座的安裝時(shí)機(jī)、安裝空間、各安裝環(huán)部位與大軸或相鄰部件的間隙、軸承的銷釘孔鉆鉸質(zhì)量和軸瓦間隙的調(diào)整。

主軸密封支撐環(huán)應(yīng)先安裝就位，控制好與大軸和機(jī)組中心的位置。要加強(qiáng)對(duì)活動(dòng)密封環(huán)與支撐環(huán)的裝配檢查，活動(dòng)密封環(huán)與支撐環(huán)間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，活動(dòng)密封環(huán)能上下自由活動(dòng)。主軸密封整體安裝完成后，需進(jìn)行主軸密封漏水量監(jiān)測(cè)實(shí)驗(yàn)。需在主軸密封內(nèi)安裝監(jiān)測(cè)百分表，然后對(duì)尾水管進(jìn)行充水作業(yè)，使活動(dòng)密封環(huán)應(yīng)均勻上浮，然后觀察監(jiān)測(cè)百分表數(shù)值以及水膜厚度，相關(guān)數(shù)據(jù)應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求。

水導(dǎo)軸承支撐座應(yīng)在主軸密封內(nèi)部安裝完成后再進(jìn)行安裝，其位置要以定位后的大軸為主中心進(jìn)行調(diào)整[5]。水導(dǎo)軸承組裝時(shí)應(yīng)控制好各個(gè)環(huán)面和管路口的安裝質(zhì)量，保證煤油滲透試驗(yàn)合格。軸瓦間隙調(diào)整時(shí)，應(yīng)先把大軸抱緊在中心后，再對(duì)稱調(diào)整楔子板和頂塊，來保證間隙均勻。

7 接力器系統(tǒng)安裝

單導(dǎo)葉接力器安裝工藝比較簡(jiǎn)單，關(guān)鍵是對(duì)基礎(chǔ)法蘭的加工。在具備安裝條件后，先對(duì)接力器基礎(chǔ)板進(jìn)行檢查，接力器基礎(chǔ)板固定在接力器里襯上。接力器里襯焊接完成后，要進(jìn)行二期混凝土的澆筑，澆筑過程中，不可避免會(huì)發(fā)生變形和中心偏差等情況，因此在安裝接力器前要對(duì)基礎(chǔ)板進(jìn)行檢查處理[6]。安裝接力器模型時(shí)，要按設(shè)計(jì)要求調(diào)整模型與拐臂的中心、水平及接力器與拐臂控制角度。在調(diào)整合格后，需測(cè)量接力器安裝基礎(chǔ)板到接力器底座（模型底座）的距離，并根據(jù)測(cè)量結(jié)果加工每個(gè)小接力器的調(diào)整墊板。在接力器調(diào)整墊板加工完畢并進(jìn)行驗(yàn)收后，將接力器調(diào)整墊板安裝到基礎(chǔ)板上并進(jìn)行固定，并測(cè)量調(diào)整墊板與接力器基座配合面的垂直度，若達(dá)不到要求則進(jìn)行加工調(diào)整，直到符合標(biāo)準(zhǔn)。將接力器安裝就位后，需調(diào)整接力器與拐臂水平與中心，在調(diào)整拐臂與接力器水平時(shí)，應(yīng)對(duì)接力器全開和全關(guān)兩個(gè)位置都要進(jìn)行檢查，要保證兩種狀態(tài)都要滿足要求。接力器安裝完畢后，再進(jìn)行接力器與拐臂的傳動(dòng)聯(lián)板及傳動(dòng)銷釘?shù)陌惭b。至此，整個(gè)接力器系統(tǒng)安裝完成。

8 結(jié)論

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展及對(duì)能源建設(shè)的需要。全面提升混流式機(jī)組的技術(shù)及應(yīng)用水平，不斷推進(jìn)安裝工藝專業(yè)技能水平，才能為企業(yè)做出更大的貢獻(xiàn)。