胡寶玉

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710068）

燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組安裝工藝

胡寶玉

（中國水電建設(shè)集團(tuán)十五工程局有限公司 陜西 西安 710068）

燈泡貫流式機(jī)組屬于臥式機(jī)組，由于這種機(jī)組在低水頭、低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行，水輪發(fā)電機(jī)組流道體積較大，在安裝調(diào)整過程中難度較大；機(jī)組油循環(huán)屬于外循環(huán)類型，管路長，管件多，系統(tǒng)中設(shè)備較多，增加了安裝過程中質(zhì)量控制的難度；冷卻系統(tǒng)也屬于強(qiáng)迫循環(huán)的類型，為了保證機(jī)組安全、正常運(yùn)行，對設(shè)備的制造和安裝質(zhì)量要求較高。

燈泡貫流式；臥式機(jī)組；質(zhì)量控制；安裝

湘祁水電站壩址位于湘江干流中游，是湘水干流梯級開發(fā)的第四級，距上游在建的浯溪水電站60km，距下游已建成的近尾洲電站46km。是一個以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)等綜合利用的水電樞紐工程。樞紐建筑物主要包括大壩、電站廠房、船閘三部分。電站廠房安裝4×20MW燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，機(jī)組轉(zhuǎn)輪直徑6.2米，制造廠家為浙江富春江水電設(shè)備股份有限公司。本文主要從湘祁水電站機(jī)組的安裝過程中的幾個主要事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)分析。

1 尾水管安裝

1.1 尾水管結(jié)構(gòu)

湘祁水電站水輪機(jī)尾水管分三節(jié)，分別是前錐段、中錐段、后錐段。在制作廠每節(jié)尾水管分三個瓦片制作后運(yùn)到工地，在工地搭設(shè)平臺先單節(jié)拼裝，調(diào)整圓度、平面度后，再進(jìn)行尾水管內(nèi)部支撐，最后分節(jié)吊入機(jī)坑組裝。

1.2 尾水管安裝

三節(jié)尾水管分別利用土建MQ900圓筒形高架門機(jī)吊入基坑支墩上安裝。安裝時先從帶法蘭面的前錐段開始調(diào)整，調(diào)整好法蘭面的中心、里程、平面度后加固，再依次調(diào)整中錐段、后錐段符合設(shè)計和廠家資料要求后，焊接尾水管環(huán)縫。

2 管形座安裝

2.1 管形座的結(jié)構(gòu)形式

管形座由下T型座、內(nèi)錐、上 T型座、外錐、襯板等部件組成。湘祁水電站管形座沒有固定水平儀，其機(jī)組主要重量由下T型座承擔(dān)，軸向水推力、定子、燈泡頭、機(jī)架等產(chǎn)生的扭矩由上、下T型座和內(nèi)錐的整體來承擔(dān)。

2.2 管形座安裝

管形座安裝需控制中心、水平、高程、圓度、波浪度、里程樁號。在安裝過程中，準(zhǔn)確調(diào)整各控制點(diǎn)的位置和尺寸，以確?；炷翝仓瓿珊螅苄巫母黜?xiàng)參數(shù)滿足后續(xù)機(jī)組安裝需要。根據(jù)以往安裝的經(jīng)驗(yàn)，管形座實(shí)際安裝高程應(yīng)該比設(shè)計高程高2～4mm,以消除導(dǎo)水機(jī)構(gòu)和轉(zhuǎn)輪室安裝后向下擾度值，其它參數(shù)按照規(guī)范或設(shè)計值調(diào)整。湘祁水電站機(jī)組廠家要求管形座實(shí)際安裝高程比設(shè)計高4mm。

2.3 管形座的調(diào)整加固

管形座拼裝組成整體后，體積大、重量大、調(diào)整難度大，在組裝過程中須控制各部位的尺寸，做好基礎(chǔ)處理，防止在安裝過程中累積偏差大，增加調(diào)整難度。根據(jù)測量放點(diǎn)調(diào)整管形座內(nèi)錐、外錐的中心、水平、高程、圓度、波浪度、樁號，各參數(shù)調(diào)整完成后進(jìn)行加固。上下T型座、內(nèi)錐在安裝過程中已組成整體，強(qiáng)度較好，在混凝土澆注過程中變形較??；外錐直徑大，結(jié)構(gòu)單薄，直接與混凝土接觸，在澆筑過程中受混凝土入倉、振動、凝固的影響，變形的幾率較大，加固的重點(diǎn)要防止外錐的樁號、波浪度、圓度變化超出安裝要求，對內(nèi)支撐、水平支撐的加固要結(jié)實(shí)、有效，接觸面不能出現(xiàn)空隙，各加固點(diǎn)的受力狀況良好，在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾油庵?，防止其變形?/p>

3 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝

3.1 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)組裝

在安裝間依次組裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)外環(huán)、導(dǎo)葉、內(nèi)環(huán)、控制環(huán)等部件。組裝過程中要重點(diǎn)控制外環(huán)法蘭面和內(nèi)環(huán)法蘭面相對距離，以及導(dǎo)葉端面間隙、立面間隙。內(nèi)外環(huán)法蘭面相對距離和X、Y方位調(diào)整定位后，用無縫鋼管、型鋼自制支架加固、支撐、定位內(nèi)外環(huán)。導(dǎo)葉端面間隙大小要由導(dǎo)葉所處的方位決定，處于水平方向，即-X和+X方向的導(dǎo)葉端面間隙，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉上下端面間隙相等；處于+Y方向的導(dǎo)葉端面間隙，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉上端間隙小于下端間隙；處于-Y方向的導(dǎo)葉端面間隙，應(yīng)調(diào)整導(dǎo)葉上端間隙小于下端間隙。導(dǎo)葉立面間隙要求調(diào)整至0mm，局部可以不超過0.2mm，在調(diào)整時可能出現(xiàn)間隙集中到一個導(dǎo)葉立面的現(xiàn)象，這時需要測量這個集中間隙的大小，將其平均分配到每個導(dǎo)葉立面間隙，在組裝廠不能通過打磨導(dǎo)葉立面來調(diào)整導(dǎo)葉間隙。

3.2 導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)組裝完成，管形座內(nèi)外環(huán)法蘭面檢查清理干凈后，可以吊入導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝。在把合擰緊管形座和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)內(nèi)外環(huán)法蘭面連接螺栓后，由于導(dǎo)水機(jī)構(gòu)在翻身、吊裝過程中受力變形引起導(dǎo)葉間隙變化，應(yīng)再次檢查調(diào)整導(dǎo)葉端面和立面間隙。這時要求調(diào)整導(dǎo)葉兩端面間隙均勻，立面無間隙。對于立面局部間隙超過設(shè)計要求的導(dǎo)葉，可以通過對導(dǎo)葉立面局部打磨調(diào)整間隙。

4 大軸及導(dǎo)軸承安裝

貫流式機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的重量全部由水導(dǎo)軸承和發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承承擔(dān)，軸承與大軸均勻、良好的接觸有利于機(jī)組安全運(yùn)行。湘祁水電站水輪機(jī)導(dǎo)軸承為筒式結(jié)構(gòu)，發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承為分塊瓦式結(jié)構(gòu)。

4.1 筒式導(dǎo)軸瓦調(diào)整

在安裝前檢查工作面接觸情況，接觸點(diǎn)應(yīng)均布于整個工作面上，進(jìn)出油側(cè)不能存在吊角接觸。水導(dǎo)瓦、發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸瓦在安裝間安裝到大軸上，大軸吊裝時吊入機(jī)坑內(nèi)。根據(jù)設(shè)計位置調(diào)整大軸的中心、水平，大軸定位后調(diào)整水導(dǎo)軸承間隙，使水導(dǎo)軸承前后兩側(cè)間隙一致；調(diào)整支撐環(huán)法蘭面與管形座法蘭面的間隙，該間隙應(yīng)均勻，出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象時，采用加墊方式使其接觸均勻，較小的差異可通過發(fā)導(dǎo)軸承的球形支座自適應(yīng)調(diào)整。

4.2 分塊瓦時導(dǎo)軸承安裝

分塊瓦式導(dǎo)軸承由六塊瓦組成，其中兩塊瓦位于軸頸上部位置，四塊位于大軸軸頸底部，按30度間隔布置均勻，主要承擔(dān)機(jī)組轉(zhuǎn)動部分重量，每塊瓦的承載重量是否均勻取決于瓦背墊快的實(shí)際厚度與理論厚度的偏差，偏差越小，受力越均勻；同時獲取理論厚度的過程也影響導(dǎo)軸瓦的承載效果，在決定每塊瓦墊塊厚度的過程中，受設(shè)備加工精度及其他因素的影響，同一導(dǎo)軸瓦多個測點(diǎn)測出的結(jié)果存在差異，在決定采用數(shù)據(jù)過程中，需要綜合考慮，采集的數(shù)據(jù)與實(shí)際之間存在偏差，該偏差影響每塊瓦的受力狀況。在分塊式導(dǎo)軸瓦安裝過程中，承重瓦受力狀況決定機(jī)組運(yùn)行時的瓦溫，受力均勻，則瓦溫偏差較小，反之，則大。

5 間隙調(diào)整

機(jī)組轉(zhuǎn)動部分的間隙主要是發(fā)電機(jī)空氣間隙調(diào)整和轉(zhuǎn)輪間隙調(diào)整，間隙調(diào)整均勻有利于機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，減小機(jī)組運(yùn)行振動幅度。

5.1 發(fā)電機(jī)空氣間隙調(diào)整

定子與轉(zhuǎn)子之間的空氣間隙是否均勻影響機(jī)組磁場強(qiáng)度的均衡，磁場強(qiáng)度影響發(fā)電機(jī)運(yùn)行振動振幅及定子線圈及鐵心溫度。在調(diào)整空氣間隙時，盡量保證機(jī)組在運(yùn)行狀態(tài)時間隙均勻，減小間隙不均勻?qū)C(jī)組運(yùn)行工礦的不利影響。

5.2 發(fā)電機(jī)空氣間隙調(diào)整

貫流式機(jī)組定子、管形座內(nèi)錐、燈泡頭、進(jìn)人筒等部件組成一個較大的封閉空間，該封閉空間在機(jī)組充水后全部浸泡在水中，會受到較大的浮力，該浮力通過定子傳遞到管形座內(nèi)錐，定子受浮力影響也會產(chǎn)生上浮變形，因此在調(diào)整發(fā)電機(jī)空氣間隙時應(yīng)考慮定子上浮對空氣間隙的影響，將空氣間隙的上部分調(diào)整為小于下部分，以抵消機(jī)組充水后的定子上浮變形引起上部分空氣間隙的增大值。在機(jī)組充水時，現(xiàn)場測量燈泡頭進(jìn)人口處上浮量大約有1～1.5mm。

5.3 轉(zhuǎn)輪間隙調(diào)整

轉(zhuǎn)輪漿葉與輪轂之間有一個串動量。由于貫流式機(jī)組安裝后軸線呈水平狀態(tài)，槳葉與轉(zhuǎn)輪室之間的間隙與機(jī)組所處的狀態(tài)有關(guān)，機(jī)組正常運(yùn)行時，受離心力影響，槳葉全部向外串動，使轉(zhuǎn)輪室與槳葉之間的間隙減小，因此調(diào)整轉(zhuǎn)輪間隙時需考慮靜態(tài)與動態(tài)的區(qū)別。機(jī)組處于靜態(tài)時，上下槳葉受重力影響，處于下部的槳葉向外串動，處于上部的槳葉向內(nèi)串動，左右兩側(cè)的槳葉串動方向由其在最終位置的前一個位置決定，大軸轉(zhuǎn)動前，前一個位置在上部時，該槳葉向內(nèi)串動，反之，則向外串動。

6 潤滑油系統(tǒng)及輪轂供油系統(tǒng)

貫流式機(jī)組設(shè)置有兩套獨(dú)立的機(jī)組油循環(huán)系統(tǒng)，潤滑油系統(tǒng)為水導(dǎo)軸承、發(fā)電機(jī)推導(dǎo)軸承提供冷卻及潤滑功能，輪轂油系統(tǒng)為轉(zhuǎn)輪低壓腔提供恒壓油保證槳葉靈活操作以及防止水進(jìn)入轉(zhuǎn)輪體內(nèi)。

6.1 潤滑油系統(tǒng)

潤滑油系統(tǒng)在安裝過程中應(yīng)保證管路、管件、設(shè)備的清潔，防止固體雜質(zhì)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)，造成軸承損傷。潤滑油系統(tǒng)是貫流式機(jī)組一個重要的輔助系統(tǒng)，直接影響機(jī)組的安全運(yùn)行，在機(jī)組保護(hù)系統(tǒng)中，從潤滑油系統(tǒng)中采集軸承前壓力和軸承后流量信號作為機(jī)組保護(hù)信號。機(jī)組啟動運(yùn)行時，在機(jī)組的轉(zhuǎn)速上升階段，會采集到壓力下降及油路中斷信號，這是由于機(jī)組由靜止加速到額定轉(zhuǎn)速的過程中，軸承潤滑油出油量大于機(jī)組靜態(tài)時的出油量，使進(jìn)油管的壓力有下降趨勢。在機(jī)組轉(zhuǎn)速上升過程中，由于軸瓴轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的離心力使其表面附著潤滑油向周圍空間噴灑，中斷了靜態(tài)時形成的正常閉合油路，使軸承后管路系統(tǒng)中流體中斷，在流量開關(guān)位置會采集到油路中斷信號，如果不采用延時保護(hù)或延時時間短，則機(jī)組不能完成自動開機(jī)。

6.2 輪轂供油系統(tǒng)

輪轂供油系統(tǒng)包含高位油箱、管路、漏油箱、受油器等部件。不同廠家由于受油器結(jié)構(gòu)不同，向輪轂里供油的途徑不同。一種結(jié)構(gòu)的受油器是槳葉操作高壓油相對封閉，不滲進(jìn)低壓腔，另一種結(jié)構(gòu)的受油器是高壓油經(jīng)浮動瓦間隙滲進(jìn)低壓腔，兩種結(jié)構(gòu)的受油器在功能上沒有區(qū)別。輪轂高位油箱的功能是向轉(zhuǎn)輪體提供穩(wěn)定的恒壓油及作為調(diào)速器漏油箱和回油箱之間的中間油箱，要求其具有足夠的容積，滿足系統(tǒng)的正常運(yùn)行。不同結(jié)構(gòu)的受油器及不同操作結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)輪，在確定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積時考慮的因素不同，在確定油箱的調(diào)節(jié)容積，其大小應(yīng)容納幾個地方的總進(jìn)油量。

6.2.1 輪轂高位油箱作為調(diào)速系統(tǒng)回油箱和漏油箱之間的中間油箱，當(dāng)漏油箱油位過高時，需要向高位油箱輸送，漏油箱起泵油位到停泵油位之間的容積，是決定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積大小的一個參數(shù)。

6.2.2 機(jī)組調(diào)節(jié)時，操作油壓高于恒壓油壓力，受油器浮動瓦的滲漏油向高位油箱集中在槳葉設(shè)計開、關(guān)機(jī)時間內(nèi)，一個全行程受油器浮動瓦向高位油箱注油的體積也是確定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積大小的一個因數(shù)。槳葉動作時,由于活塞(活塞缸)移動引起活塞桿在轉(zhuǎn)輪低壓腔內(nèi)體積的變化引起腔內(nèi)壓力超過恒壓油壓力,使轉(zhuǎn)輪體內(nèi)油體向高位油箱集中,活塞一個全行程轉(zhuǎn)輪低壓腔容積的變化量也是決定輪轂高位油箱調(diào)節(jié)容積的一個因數(shù)。在實(shí)際安裝過程中,由于高位油箱的調(diào)節(jié)容積小于總進(jìn)油量,在機(jī)組調(diào)試過程其正常運(yùn)行過程中,輪轂高位油箱就會出現(xiàn)溢油現(xiàn)象。溢油現(xiàn)象還與高位油箱的溢油管是否溢油順暢有關(guān)，當(dāng)機(jī)組輪轂高位油箱布置遠(yuǎn)離自身機(jī)組，設(shè)計布置較長水平管線，使回油過程出現(xiàn)氣堵現(xiàn)象，減緩了管內(nèi)回油的流速，降低了高位油箱的排油能力，占用了高位油箱的調(diào)節(jié)容積，出現(xiàn)油箱頂部溢油現(xiàn)象。解決此現(xiàn)象的辦法是在油管截面足夠正常排油的前提下，在管路的水平段與垂直段的彎頭頂部加裝排氣閥，消除氣塞現(xiàn)象，使管內(nèi)排油時形成的帶壓氣體能夠盡早排出管內(nèi)，加快油的流速。

7 調(diào)試及試運(yùn)行

湘祁水電站機(jī)組靜態(tài)調(diào)試過程中先將調(diào)速系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)、高壓油頂起系統(tǒng)、輪轂恒壓油系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、勵磁系統(tǒng)、監(jiān)控及保護(hù)系統(tǒng)全部調(diào)試完成后，再進(jìn)行動態(tài)調(diào)整對系統(tǒng)進(jìn)行再次整定。經(jīng)過仔細(xì)調(diào)整，機(jī)組各部位振動、瓦溫正常，2011年12月15日首臺機(jī)組順利并網(wǎng)發(fā)電。

胡寶玉（1978.5.26—），男，2001年河海大學(xué)水電學(xué)院水動專業(yè)畢業(yè)，現(xiàn)在中國水電十五局安裝公司工作，機(jī)電設(shè)備和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備制作安裝工程師。

王洪澤］