謝 守 斌, 李 傳 法, 莫 斌 偉

(中國(guó)水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

通常,大型、超大型立式水輪發(fā)電機(jī)組定子現(xiàn)場(chǎng)裝配方式根據(jù)供貨形式的不同可以分為以下兩種:(1)分瓣定子現(xiàn)場(chǎng)裝配。其針對(duì)的是部分中小型電站(運(yùn)輸尺寸、重量相對(duì)較小且道路滿足運(yùn)輸條件),定子在制造廠完成機(jī)座組焊、疊片和下線,然后將定子分成盡量大的瓣體運(yùn)輸至工地,施工現(xiàn)場(chǎng)僅進(jìn)行分瓣定子合縫處的組裝和下線;(2)現(xiàn)場(chǎng)疊片定子裝配。定子以散件形式到貨,在現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分瓣機(jī)座的組焊、疊片和下線。根據(jù)定子組裝工位可以分為兩種:(1)在安裝間完成定子機(jī)座的組焊和疊片,然后將其整體吊入機(jī)坑安裝就位并進(jìn)行下線(部分電站在安裝間下線后整體吊入機(jī)坑進(jìn)行調(diào)整);(2)定子裝配的所有工序均在機(jī)坑內(nèi)完成。盡管定子在機(jī)坑內(nèi)裝配施工,占用機(jī)坑內(nèi)的直線工期最長(zhǎng),但其組裝完成后無需進(jìn)行吊裝,與定子在安裝間裝配后吊入機(jī)坑的工藝相比,減少了因定子吊裝變形造成的定子安裝圓度、同心度等超標(biāo)問題,更有利于保證定子安裝質(zhì)量,同時(shí)避免了因吊裝變形對(duì)定子線棒的擠壓帶來的安全風(fēng)險(xiǎn),因此,定子在機(jī)坑內(nèi)裝配的施工方案對(duì)設(shè)備安裝質(zhì)量和后期機(jī)組投產(chǎn)后的安全穩(wěn)定運(yùn)行極為有利,應(yīng)該成為追求精品機(jī)組質(zhì)量,攀登“水電珠峰”的不二選擇。筆者對(duì)定子機(jī)坑內(nèi)組裝中心定位采用的常規(guī)方法和精準(zhǔn)定位技術(shù)分別進(jìn)行了闡述。

2 定子機(jī)坑內(nèi)組裝中心定位采用的常規(guī)方法

定子在機(jī)坑內(nèi)組裝時(shí)的中心定位精準(zhǔn)是控制和保證定子組裝質(zhì)量的關(guān)鍵。在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行定子組裝時(shí),其中心定位通常采用“反設(shè)機(jī)組中心基準(zhǔn)點(diǎn)”的方法,即在定子組裝前,將機(jī)組中心由水輪機(jī)下止漏環(huán)(機(jī)組中心測(cè)量基準(zhǔn)位置)反設(shè)至定子附近,組裝過程中將定子半徑及中心利用安裝在中心位置的定子測(cè)圓架及內(nèi)徑千分尺進(jìn)行測(cè)量、控制,因此,如何檢測(cè)測(cè)圓架是否位于機(jī)組中心(即測(cè)圓架中心柱與機(jī)組中心是否同心)、測(cè)圓架中心在定子施工過程中是否存在位移是控制定子組裝質(zhì)量的關(guān)鍵。而一旦將定子測(cè)圓架和定子施工平臺(tái)安裝就位,自定子機(jī)座組焊至定子疊片期間,發(fā)電機(jī)層和水輪機(jī)層之間將被完全隔開,均需后視定子附近的引測(cè)控制基準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行定位和過程中的測(cè)量監(jiān)控。定子機(jī)坑內(nèi)組裝中心定位采用的常規(guī)方法的主要實(shí)施步驟為:

(1)分別吊入測(cè)圓架安裝平臺(tái)、定子機(jī)坑內(nèi)施工平臺(tái),將求心梁(含求心器)吊至發(fā)電機(jī)層機(jī)坑上方,最后將鋼琴線懸掛至水輪機(jī)底環(huán)以下高度的油桶內(nèi)的重錘上并確保重錘與油桶之間沒有任何接觸。同時(shí),在定子基礎(chǔ)混凝土地面以上和定子下環(huán)板以下的適當(dāng)位置以不影響定子就位和定子調(diào)整為原則,沿圓周方向均布4個(gè)或8個(gè)定子中心基準(zhǔn)控制樁[1]。

(2)根據(jù)“千分尺和耳機(jī)電測(cè)法”測(cè)定的結(jié)果調(diào)整求心器,確保鋼琴線[2]與下止漏環(huán)中心基本重合。

(3)依據(jù)鋼琴線,精確測(cè)量控制樁至鋼琴線之間的距離并將測(cè)量結(jié)果予以記錄,以便在定子組裝過程中進(jìn)行定位和調(diào)整。此外,若求心梁和鋼琴線未被拆除,則可以利用已調(diào)整至機(jī)組中心的鋼琴線調(diào)整定子機(jī)座,使其與機(jī)組中心處于同一直線上,最后將定子機(jī)座安裝牢固。

(4)拆除求心梁,安裝定子測(cè)圓架,以定子中心基準(zhǔn)控制樁為基準(zhǔn),使用內(nèi)徑千分尺測(cè)量定子測(cè)圓架中心柱至各定子中心基準(zhǔn)控制的距離并予以記錄。根據(jù)鋼琴線與基準(zhǔn)樁的原始測(cè)量數(shù)據(jù)計(jì)算出定子測(cè)圓架中心偏移情況,然后將定子測(cè)圓架移動(dòng)到機(jī)組中心上,使其垂直度達(dá)到≤0.02 mm/m,且其全長(zhǎng)范圍內(nèi)不大于0.04 mm,確保測(cè)圓架的精度和安全可靠。重新測(cè)量測(cè)圓架中心應(yīng)符合規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)[3]。

(5)在定子組裝過程中,通過測(cè)量基準(zhǔn)控制樁與測(cè)圓架中心柱之間的距離并將其與初始值進(jìn)行比較,以確定測(cè)圓架中心的位移情況,并根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。定子機(jī)坑施工中心定位布置情況見圖1。

圖1 定子機(jī)坑施工中心定位布置圖

采用該方案存在的主要缺點(diǎn)有兩個(gè):(1)所引測(cè)的中心控制基準(zhǔn)點(diǎn)需要經(jīng)過多次反設(shè)確定會(huì)造成累計(jì)誤差,而且測(cè)量時(shí)受涉及到所使用的長(zhǎng)距離內(nèi)徑千分尺撓度較大以及基準(zhǔn)樁上測(cè)點(diǎn)的加工精度不一致等因素的影響,亦會(huì)造成反點(diǎn)測(cè)量誤差。(2)在實(shí)際施工過程中,由于震動(dòng)、定子重力增大等因素,定子測(cè)圓架和定子都可能出現(xiàn)不同的移動(dòng),而根據(jù)所測(cè)量的數(shù)據(jù)無法準(zhǔn)確判斷其是定子移動(dòng)還是測(cè)圓架移動(dòng),進(jìn)而影響到施工質(zhì)量。

定子在機(jī)坑內(nèi)裝配完畢,為了減少定子與機(jī)組中心的誤差,通常會(huì)拆掉測(cè)圓架和定子安裝施工平臺(tái),然后安裝求心梁和鋼琴線,并以下止漏環(huán)中心為基準(zhǔn)重新校核定子中心。如果出現(xiàn)較大的誤差,必須對(duì)定子進(jìn)行二次調(diào)整,勢(shì)必將增加定子調(diào)整的工程量,延長(zhǎng)施工工期。由于定子的總體剛性較弱,在外力作用下會(huì)出現(xiàn)局部系統(tǒng)擠壓變形,而撤除外力后只會(huì)有部分回彈,從而影響到定子的圓度和同軸度。因此,如果能有效減小定子中心與水輪機(jī)中心的偏差,確保不再進(jìn)行二次調(diào)整,對(duì)提高定子施工質(zhì)量甚至是水輪發(fā)電機(jī)組的安裝質(zhì)量具有十分重要的意義。

3 定子機(jī)坑內(nèi)組裝中心精準(zhǔn)定位技術(shù)

為了解決定子機(jī)坑內(nèi)組裝中心定位不精準(zhǔn)的問題,我公司研發(fā)出一種新的定位技術(shù),即安裝“假軸”裝置。其與水輪機(jī)下止漏環(huán)同高,中心及水平可調(diào)整,按照先調(diào)整“假軸”與止漏環(huán)中心重合,然后以“同軸度外測(cè)法”原理測(cè)量并調(diào)整定子測(cè)圓架中心與假軸中心重合,從而實(shí)現(xiàn)定子機(jī)坑內(nèi)組裝中心的精確定位。通過“機(jī)組中心、假軸中心、定子測(cè)圓架中心”三心重合技術(shù),可以大大提高定子中心測(cè)量及調(diào)整的精度,從而避免定子在機(jī)坑內(nèi)組裝后需要進(jìn)行的二次調(diào)整。此外,“假軸”裝置可以直接在定子組裝過程中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換,以止漏環(huán)中心為基準(zhǔn)對(duì)定子測(cè)圓架進(jìn)行精確檢測(cè),以確保定子始終處于機(jī)組中心位置。定子機(jī)坑施工中心精準(zhǔn)定位布置情況見圖2。應(yīng)用上述裝置,總結(jié)形成了一種較為先進(jìn)的發(fā)電機(jī)定子機(jī)坑內(nèi)施工中心精準(zhǔn)定位施工方法,并且將該方法在白鶴灘、楊房溝、金沙等水電站中成功應(yīng)用,解決了工程實(shí)際中存在的難題,提高了定子安裝精度及效率。

注:①為“假軸”裝置中心柱至鋼琴線的距離;②為定子測(cè)圓架中心柱至鋼琴線的距離。

定子機(jī)坑內(nèi)施工中心精準(zhǔn)定位法的實(shí)施步驟:

(1)“假軸”裝置的同心度檢查和定位,以確?！凹佥S”裝置的準(zhǔn)確性和可靠性。

①將“假軸”裝置的基礎(chǔ)安裝在水輪機(jī)層基礎(chǔ)環(huán)上并確保該裝置就位后“假軸”裝置的中心柱與下止漏環(huán)處于同一高程;

②使用框式水平儀對(duì)中心柱的X、Y軸線四個(gè)方向進(jìn)行精確測(cè)量,并將其垂直度調(diào)整至規(guī)定的最低要求(0.02 mm/m)[4];

③“假軸”裝置的調(diào)整。

a.使用內(nèi)徑千分尺精確測(cè)量上下止漏環(huán)至中心柱之間的距離。

b.同一圓環(huán)面上,如果X、Y方位的中心偏差值均不大于0.05 mm,且X、Y方位合成后的中心偏差值亦不大于0.05 mm,說明“假軸”安裝位于機(jī)組中心;若不滿足要求,則需要移動(dòng)“假軸”重新安裝,以使其中心柱處于機(jī)組中心。

c.同一截面上,檢查X方向上下兩個(gè)測(cè)點(diǎn)至止漏環(huán)的距離差值,以確?！凹佥S”中心柱的垂直度不大于0.02 mm。若不符合要求,則需要調(diào)節(jié)“假軸”安裝的水平調(diào)節(jié)螺釘,使其處于垂直狀態(tài)。

d.重復(fù)上述步驟,直至該裝置的垂直度及中心均滿足要求。

(2)“假軸”裝置與定子測(cè)圓架之間的同心度檢查與定位。

①在定子測(cè)圓架中心柱外側(cè),沿X、Y軸線四個(gè)方位安裝四根鋼琴線,將其懸掛在定子測(cè)圓架基礎(chǔ)平臺(tái)上,并將其下端連接到重錘上,最后將重錘放入油桶內(nèi)完成整個(gè)安裝過程。

②基于“內(nèi)徑千分尺和耳機(jī)電測(cè)法”原理,利用內(nèi)徑千分尺分別測(cè)量定子測(cè)圓架中心柱和“假軸”裝置中心柱至鋼琴線[5]的距離A、B、C、D,即應(yīng)用“同軸度外測(cè)法”測(cè)量定子測(cè)圓架中心柱和“假軸”裝置中心柱的同心度。

a.在同一截面上,測(cè)量X方位上二個(gè)測(cè)點(diǎn)A、B的比值并調(diào)節(jié)定子測(cè)圓架中心柱的垂直度,如果其誤差不大于0.02 mm,說明定子測(cè)圓架中心柱垂直;如果其誤差大于0.02 mm,則需要調(diào)節(jié)定子測(cè)圓架水平調(diào)節(jié)螺釘,使其保持垂直。

b.在同一圓環(huán)面上測(cè)量X、Y方位測(cè)點(diǎn)的相對(duì)偏差值,若其中心偏差不大于0.05 mm,說明定子測(cè)圓架中心柱與水輪發(fā)電機(jī)組中心同心;若其大于0.05 mm,則需要調(diào)節(jié)定子測(cè)圓架中心調(diào)節(jié)螺栓,使其中心柱處于機(jī)組中心上以確保測(cè)圓架中心的準(zhǔn)確度。

(3) 定子機(jī)坑內(nèi)組裝過程中測(cè)圓架中心的校核。在定子機(jī)坑內(nèi)組裝過程中,“假軸”裝置與定子測(cè)圓架的同心度校核應(yīng)按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行,以確保測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確無誤,進(jìn)而準(zhǔn)確確定定子測(cè)圓架中心是否發(fā)生位移。

4 結(jié) 語

闡述了應(yīng)用立式發(fā)電機(jī)定子機(jī)坑內(nèi)施工中心精準(zhǔn)定位技術(shù),實(shí)現(xiàn)了定子測(cè)圓架的精準(zhǔn)定位及校核,提高了數(shù)據(jù)測(cè)量的準(zhǔn)確性,保證了定子組裝及安裝的質(zhì)量。經(jīng)過我公司近幾年施工的幾個(gè)電站的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)證明:該項(xiàng)技術(shù)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)定位裝置實(shí)施中存在的不足,大幅度提升了施工效率和安裝精度,工程應(yīng)用效果良好。該定位裝置已獲得《一種發(fā)電機(jī)定子機(jī)坑施工中心定位裝置》CN202022331587.8實(shí)用新型專利。