朱承明 萬 泉 劉媛媛

（江蘇省江都水利工程管理處 225200）

1 工程概況

江都水利樞紐工程位于江蘇省江都市境內(nèi)的淮河入江水道尾閭與新通揚運河的交匯處，該工程由4座大型電力抽水站、12座大中型水閘以及其他配套設(shè)施組成，于1961年興建，1977年全部建成，具有灌溉、排澇、泄洪、通航、發(fā)電、過魚、改善生態(tài)環(huán)境等綜合功能。4座抽水站總裝機容量53000kW，設(shè)計流量400m3/s。它既是江蘇省江水北調(diào)工程的龍頭，也是國家南水北調(diào)東線工程的源頭。江都站改造工程于2005年12月開工建設(shè)。

江都四站更新改造工程是江都站改造工程的重點。本次改造更換全部7臺水泵，型號為2900ZLQ30—7.8立式全調(diào)節(jié)軸流泵，單機設(shè)計流量30.0m3/s，水泵葉片直徑2900mm，設(shè)計揚程7.8m，轉(zhuǎn)速150.0r/min，電機選用同步電機，容量3400kW。肘形流道進水，虹吸流道出水，進、出水流道不改造。葉片調(diào)節(jié)采用液壓全調(diào)節(jié)。江都四站水泵總裝配圖見右圖。

2 監(jiān)造目標(biāo)和內(nèi)容

監(jiān)造工作主要依據(jù)《水利工程設(shè)備監(jiān)理的規(guī)定》、《南水北調(diào)水泵采購、監(jiān)造、安裝、驗收的指導(dǎo)意見》、《泵站安裝及驗收規(guī)范》（SL317—2004）和招標(biāo)文件等國家有關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章，對水泵制造過程進行監(jiān)督并對產(chǎn)品質(zhì)量進行簽證。

江都四站2900ZLQ30—7.8立式全調(diào)節(jié)軸流泵總裝圖

監(jiān)造工作內(nèi)容：依據(jù)監(jiān)造合同要求和有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，編寫《江都四站更新改造工程水泵及其附屬設(shè)備監(jiān)造大綱》、《江都四站更新改造工程水泵及其附屬設(shè)備監(jiān)造實施細則》；參加水泵采購招標(biāo)文件審查；進駐制造單位監(jiān)造；監(jiān)督制造設(shè)計是否符合合同要求；審查原型水泵圖紙與模型水泵圖紙的幾何相似；審查工藝設(shè)計能否達到合同要求；檢查計量器具是否達到“二級計量單位”的指標(biāo)；監(jiān)督制造單位質(zhì)量保證體系的正常運轉(zhuǎn)；檢查協(xié)作單位的資質(zhì)及加工能力；檢查制造單位的生產(chǎn)計劃和檢驗驗證計劃執(zhí)行情況；檢查特殊工種的上崗資格；進行各項程序性、文件性監(jiān)督檢查；對產(chǎn)品加工制造的全過程進行質(zhì)量監(jiān)督控制；對主要材料檢驗和關(guān)鍵工藝進行跟蹤檢查；對關(guān)鍵部件的加工精度和裝配精度進行旁站檢查；對關(guān)鍵工序進行檢查簽證后方可進入下道工序；簽發(fā)合格產(chǎn)品支付憑證等。

3 監(jiān)造工作的開展

自招標(biāo)文件編制審查開始，江都四站水泵設(shè)備監(jiān)造工作正式展開。根據(jù)有關(guān)會議精神，江都四站水泵設(shè)備模型裝置性能試驗采用軸流泵TJ04—ZL—02、TJ05—ZL—01以及混流泵211—80三個模型裝置進行同臺對比試驗。優(yōu)化比選后確定TJ04—ZL—02模型為江都四站最優(yōu)方案，并于2008年3月通過水泵模型裝置驗收。水泵模型通過驗收后，制造廠即開始原型水泵圖紙的設(shè)計，原型水泵的設(shè)計要確保與模型水泵的幾何相似，2008年6月水泵設(shè)計圖紙通過審查驗收。之后，水泵設(shè)備進入制造階段。

針對江都四站水泵設(shè)備的特點，監(jiān)造工作的重點是：?加強水泵原材料的檢驗，檢驗廠方提供的原材料檢測報告的同時，要求廠方對水泵關(guān)鍵部件原材料提供隨爐試棒或試塊，由監(jiān)造單位委托第三方獨立監(jiān)測機構(gòu)進行檢測，并出具檢測報告；?做好水泵關(guān)鍵部件的監(jiān)造和驗收，如水泵葉輪、水導(dǎo)軸承及其密封、泵軸和葉片調(diào)節(jié)裝置等。現(xiàn)將江都四站水泵主要監(jiān)造內(nèi)容及方法作如下介紹。

3.1 葉輪監(jiān)造內(nèi)容及方法

葉輪是水泵設(shè)備的核心部件，主要包括葉片、輪轂體和葉片操作機構(gòu)，其中葉片又是葉輪的關(guān)鍵部件。葉片材質(zhì)、加工精度和裝配工藝對水泵的性能及穩(wěn)定運行起到?jīng)Q定性作用。監(jiān)造人員委托揚州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所對江都四站葉片、輪轂體、轉(zhuǎn)輪室不銹鋼材質(zhì)進行獨立檢測，各項化學(xué)成分及力學(xué)性能檢驗結(jié)果合格，符合規(guī)范要求。

3.1.1 葉片

江都四站葉片嚴(yán)格按模型葉片比例放大，采用五軸聯(lián)動數(shù)控機床加工。葉片外觀檢查光潔、無裂紋、夾砂、氣孔、縮孔、粘砂等鑄造缺陷。超聲波探傷檢查無缺陷波。有關(guān)文件對葉片的型線檢測方式和檢測標(biāo)準(zhǔn)提出了具體要求。為此，我們使用CLJG—2500單臂三維極坐標(biāo)測量機對葉片型線進行檢查。經(jīng)檢查，江都四站葉片型面誤差在±0.5mm以內(nèi)，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)±2mm的誤差要求。葉片厚度的測量使用游標(biāo)卡尺垂直測量葉片外圓最大處，誤差在±0.5mm以內(nèi)，優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)±3mm或±5%的誤差要求。

CLJG系列極柱坐標(biāo)測量機主要用于大中型回轉(zhuǎn)及螺旋面體的形位公差的檢測，相對于模板檢法檢測葉片型線的方法，其檢測精度更高，操作更方便，建議水泵監(jiān)造中對葉片型線驗收應(yīng)首選該檢測設(shè)備和方法，該設(shè)備技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 CLJG—2500單臂三維極坐標(biāo)測量機主要技術(shù)指標(biāo) 單位：mm

3.1.2 靜平衡試驗

葉輪加工完成后應(yīng)進行靜平衡試驗，該試驗必須在監(jiān)造人員的見證下完成。江都四站葉輪采用臥式靜平衡試驗方法。試驗前，將平衡架兩導(dǎo)軌調(diào)整為水平且互相平行，然后將需要平衡的葉輪放在導(dǎo)軌上讓其輕輕地自由滾動，如果轉(zhuǎn)子上有偏心重量存在，其重心必偏離轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)軸線，在重力的作用下，待轉(zhuǎn)子停止?jié)L動時，其重心必在軸心的正下方，這時在軸心的正上方任意徑向處加一平衡重量（一般用橡皮泥），反復(fù)試驗，加減平衡重量，直至轉(zhuǎn)子能在任何位置保持靜止為止。最后根據(jù)橡皮泥的重量和位置，在合適的位置上增加或減少相應(yīng)的平衡重量，使轉(zhuǎn)子達到平衡。

該試驗中，監(jiān)造人員應(yīng)注意檢查靜平衡裝置的靈敏性。檢查方法是：在達到靜平衡的葉輪任一葉片外圓上懸掛重物，看葉輪是否轉(zhuǎn)動，以懸掛物體重量大小檢驗平衡架的靈敏性。重物越小，平衡架的靈敏性越高，靜平衡試驗準(zhǔn)確性越高。監(jiān)造中還要重點檢查葉片稱重分組記錄，江都四站葉輪葉片數(shù)量為4片，要求同組葉片重量差不超過平均重量的±1.5%，根據(jù)這一要求選配葉片，提高了葉輪裝配精度和靜平衡試驗的效果。

3.1.3 葉輪油壓試驗

輪轂體是水泵重要的水力元件，接力器油缸含于其中。內(nèi)接力器做5MPa（1.25倍額定工作壓力）油壓試驗，保壓30min，確保油缸體無有害變形、滲漏、冒汗等現(xiàn)象。對油缸下腔做4MPa油壓試驗，保壓30min，確保活塞及活塞密封圈無滲漏、冒汗現(xiàn)象。以上油壓試驗必須按設(shè)計要求的壓力值和時間進行。

油壓試驗中，監(jiān)造人員發(fā)現(xiàn)有多只葉片因“λ”密封橡皮裝配問題，導(dǎo)致油壓試驗不過關(guān)。因此在裝配葉片“λ”密封橡皮時一定要平順、均勻，否則會因橡皮受力不均，導(dǎo)致葉片密封漏油。試驗過程中應(yīng)注意檢查葉片調(diào)節(jié)是否靈活，有無卡阻現(xiàn)象，在最大、最小角度應(yīng)有限位。如葉片調(diào)節(jié)困難或有竄動，說明操作機構(gòu)、葉片裝配及根部間隙等有問題，應(yīng)進行檢查消除。監(jiān)造中我們發(fā)現(xiàn)有2只葉輪調(diào)節(jié)中有輕微竄動現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn)存在個別葉片根部間隙偏小的問題，后對葉片根部打磨處理，解決了這一問題。

3.1.4 葉片角差檢查

葉輪裝配后應(yīng)測量斷面進出水邊高度差并打好刻度線（測量葉片角差）。測量時，將葉輪正向擱置在水平的平臺上，用高度尺測量斷面上部和下部的高度值，并計算差值。設(shè)計要求每只葉片的角差誤不超過設(shè)計值的±1.5mm，如超標(biāo)應(yīng)調(diào)整消除，方法是在葉片操作架上加墊片。監(jiān)造人員一定要保證葉片角差符合設(shè)計要求，否則水泵運行中會因葉片角度不同步產(chǎn)生振動。

3.1.5 各部間隙檢查

葉輪裝配后各間隙的檢查驗收也是監(jiān)造的重點。

a.葉輪間隙，即葉輪與轉(zhuǎn)輪室之間的單邊間隙。將葉片角度調(diào)至0°，用塞尺測量每只葉片進口、中部、出口與轉(zhuǎn)輪室的間隙并求平均值。葉輪間隙過大，泄漏量過大，水泵效率降低；過小則容易發(fā)生汽蝕甚至葉片碰殼。葉輪間隙調(diào)整合格后應(yīng)記錄轉(zhuǎn)輪室墊塊的高度，作為安裝高程計算的基本數(shù)據(jù)。

b.葉片根部間隙，即葉片角度調(diào)至+4°與輪轂外表面的間隙。葉片根部間隙過大使水泵運行效率降低，同時運行中也容易堵塞雜物，影響水泵安全運行；根部間隙過小，會使葉片調(diào)節(jié)力增大，葉片調(diào)節(jié)困難。所以監(jiān)造中必須加強各間隙的測量和調(diào)整。

3.2 水導(dǎo)軸承監(jiān)造內(nèi)容及方法

水導(dǎo)軸承安裝在導(dǎo)葉體轂內(nèi)密封無水的環(huán)境中（由護軸套管、導(dǎo)葉體轂、導(dǎo)軸承下端的機械密封構(gòu)成）。多年的運行實踐表明：巴氏合金稀油潤滑導(dǎo)軸承具有瓦面質(zhì)地軟、承載力高、耐磨性好、基本無老化現(xiàn)象、壽命長等特點。因此，改造后江都四站水泵仍采用巴氏合金稀油潤滑導(dǎo)軸承。水導(dǎo)軸承及其密封的監(jiān)造重點是：軸瓦材質(zhì)的化學(xué)成分和機械性能是否符合規(guī)范要求，水導(dǎo)軸承的加工及裝配質(zhì)量是否符合設(shè)計要求，機械密封的加工及裝配質(zhì)量是否符合設(shè)計要求。

3.2.1 水導(dǎo)軸承檢查

軸承材質(zhì)量的好壞直接影響水導(dǎo)軸承的使用壽命，為加強對水導(dǎo)軸承質(zhì)量的監(jiān)督，監(jiān)造過程中我們將巴氏合金試塊委托揚州市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗所進行檢測。水導(dǎo)軸承的加工及裝配質(zhì)量驗收，我們主要是對軸承外觀及加工尺寸進行檢查，重點是軸承間隙的檢驗，方法是”壓鉛法”。將細保險絲平放在泵軸承檔上、中、下部，裝上導(dǎo)軸承并緊固連接螺栓，解體后用外徑千分尺測量保險絲的厚度即導(dǎo)軸承間隙。監(jiān)造人員應(yīng)控制間隙在設(shè)計范圍內(nèi)，不宜過大。

3.2.2 機械密封檢查

機械密封由動環(huán)和靜環(huán)機械組成，動環(huán)裝于輪轂體上端面上，與水泵同步運轉(zhuǎn)；靜環(huán)機械安裝在導(dǎo)葉體輪轂下端，處于浮動狀態(tài)但不旋轉(zhuǎn)；用彈簧力保證動、靜環(huán)密封面緊密接觸并實現(xiàn)密封磨損后的自動補償。安裝機械密封用的全部螺栓、螺釘、螺母均用不銹鋼材質(zhì)。監(jiān)造中重點檢查動環(huán)的厚度及硬度。只有動環(huán)厚度和硬度滿足要求，機械密封才能保證長期運行的密封效果。

3.3 泵軸監(jiān)造內(nèi)容及方法

江都四站水泵泵軸采用優(yōu)質(zhì)35號中碳結(jié)構(gòu)鋼整體鍛造。主軸軸承檔堆焊3Cr13不銹鋼，與鑲焊不銹鋼套比較，表面硬度高（不低于HRC48），提高了耐磨性，延長了使用壽命。

泵軸粗加工后進行超聲波探傷，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。泵軸材質(zhì)試棒委托獨立檢測機構(gòu)檢驗，結(jié)果合格。監(jiān)造過程使用外徑尺對軸承檔堆焊不銹鋼前、后的直徑進行檢測，確保堆焊不銹鋼厚度符合設(shè)計要求。使用HLN—11系列里氏硬度計對江都四站水泵軸承檔堆焊不銹鋼硬度進行檢測，平均值為49～52HRC，符合設(shè)計要求。

泵軸端面跳動誤差，直接影響水泵安裝時的擺度值。監(jiān)造中應(yīng)檢查泵軸的端面跳動是否符合設(shè)計要求。方法是把千分表裝在表座上，表座吸在床身或其他固定的基準(zhǔn)上，把表頭壓在泵軸端面的法蘭盤上，均分8個點，低速轉(zhuǎn)動泵軸，記錄最大值和最小值，差值就是跳動誤差。江都四站泵軸端面跳動抽檢情況見表2。

監(jiān)造中也要用鋼卷尺、深度尺、卡尺等量具檢查泵軸長度、電機端法蘭面止口深度、內(nèi)徑等各部加工尺寸，并用樣板對電機端法蘭內(nèi)止口倒角進行檢驗，所有檢測數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求。

表2 江都四站5號泵軸端面跳動抽檢表 單位：mm

3.4 導(dǎo)葉體監(jiān)造內(nèi)容及方法

導(dǎo)葉體為水泵重要過流部件和受力部件，采用鑄焊結(jié)構(gòu)。監(jiān)造中應(yīng)重點檢查材質(zhì)化學(xué)成分或力學(xué)性能檢驗報告，確保導(dǎo)葉體有足夠的鋼度和強度。導(dǎo)葉體轂內(nèi)裝水導(dǎo)軸承，為防止機械密封失效引起機組故障，確保油潤滑導(dǎo)軸承在無水環(huán)境下工作，在導(dǎo)葉體內(nèi)配置7根排水管，鑄造在導(dǎo)葉片內(nèi)引出泵體外。當(dāng)機械密封有少量漏水進入導(dǎo)葉體輪轂腔內(nèi)時，可通過排水管排出。

導(dǎo)葉片與導(dǎo)葉片組裝焊接時應(yīng)按木模圖要求，定位于導(dǎo)葉體殼體與內(nèi)轂之間，保證進、出水邊安放角度，保證各葉片同向均布。導(dǎo)葉片加工質(zhì)量對水力性能有一定影響，監(jiān)造中應(yīng)檢查其過流面光滑順暢，并可加工樣模對其型面進行驗收。導(dǎo)葉體加工后對內(nèi)腔進行水壓試驗，壓力為0.2 MPa、2h，因?qū)~片內(nèi)焊有多根排水及信號管，監(jiān)造中注意檢查管口兩端焊接質(zhì)量，應(yīng)無滲漏，如發(fā)現(xiàn)有細小滲漏應(yīng)及時補焊。水壓試驗后應(yīng)對管口及法蘭內(nèi)壁進行打磨處理，確保管內(nèi)光滑暢通。

江都四站首批三只導(dǎo)葉體水壓試驗均出現(xiàn)問題，主要原因就是導(dǎo)葉片內(nèi)鑄造的排水管道法蘭口焊接質(zhì)量有問題，導(dǎo)致水壓試驗滲漏，后經(jīng)反復(fù)焊接修補才通過驗收。建議制造廠應(yīng)重視導(dǎo)葉片內(nèi)鑄造管道的焊接質(zhì)量和工藝。

3.5 轉(zhuǎn)輪室監(jiān)造內(nèi)容及方法

轉(zhuǎn)輪室按招標(biāo)文件要求采用ZG270—500鑄造，軸向剖分結(jié)構(gòu)，兩半件之間螺栓堅固，定位銷定位。轉(zhuǎn)輪室內(nèi)球面鑲焊不銹鋼抗汽蝕層，鑲焊比堆焊更容易保證轉(zhuǎn)輪室不銹鋼的厚度要求。

監(jiān)造中注意檢查轉(zhuǎn)輪室鑄件無氣孔、夾砂、縮松、裂紋等鑄造缺陷，應(yīng)保證兩次退火處理，消除鑄造應(yīng)力及焊接應(yīng)力。轉(zhuǎn)輪室球面直徑公差范圍為0～1.0mm，現(xiàn)場測量各轉(zhuǎn)輪室直徑誤差在設(shè)計范圍內(nèi)，符合設(shè)計要求。轉(zhuǎn)輪室鑲焊過程中,我們提出了轉(zhuǎn)輪室焊接孔距小于100mm的要求，同時現(xiàn)場同步檢查轉(zhuǎn)輪室鑲焊不銹鋼板的密實性，有問題立即返工，確保轉(zhuǎn)輪室鑲焊不銹鋼質(zhì)量。轉(zhuǎn)輪室加工完畢后進行0.2MPa，15min的水壓試驗，不得有滲漏、冒汗現(xiàn)象。

4 結(jié)語

截至2010年2月，江都四站7臺水泵設(shè)備均已安裝調(diào)試結(jié)束，投入試運行。目前，設(shè)備運行工況穩(wěn)定，振動、噪聲等各項技術(shù)指標(biāo)均滿足設(shè)計要求。江都四站水泵設(shè)備的監(jiān)造工作凝聚了參建各方智慧和汗水，特別是加強水泵設(shè)備制造過程中的質(zhì)量監(jiān)督與控制，減少了出廠設(shè)備的缺陷率，提高了出廠設(shè)備的制造質(zhì)量，為水泵設(shè)備的安裝與運行帶來了極大的便利。■