謝 穎，章海兵，金世國，陳春光，楊理明

（廣東省源天工程公司，廣東 增城 511340）

特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組（轉輪直徑為Φ7 000 mm以上的機組）的安裝，對安裝技術、安裝質量均有很高要求。為確保吊裝安全和安裝質量，我們根據安裝工藝原理，自行研制了管形座安裝設備，采用轉輪體空中翻身、導水機構滑繩吊裝、軸線二次調整、轉子熱插鍵等技術成功地實施于廣東飛來峽、廣西長洲島和湖南辰溪清水塘等水電站的特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組安裝。

“特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組安裝技術”2008年11月4日通過廣東省建設廳組織的科技成果鑒定，鑒定結果具有創(chuàng)新性，達到了國內領先水平，有很好的推廣應用價值。

1 解決的關鍵技術問題

(1)由于機組最大部件管形座為預埋件，如何解決在廠房橋機或壩頂門機沒有形成的情況下進行設備吊裝的問題，是制約工程發(fā)電工期的關鍵；管形座的焊接如何防止變形是保證安裝質量的關鍵環(huán)節(jié)；

(2)導水機構最大尺寸為Φ12 000 mm、重量195 t，采用分半吊裝或內外導環(huán)分開安裝無法控制導葉端面間隙和立面間隙，整體安裝需考慮吊裝的可行性；

(3)軸線調整為整臺機安裝的關鍵技術，如何選擇正確的軸線調整方法是機組安裝的關鍵；

(4)轉輪體由于尺寸大、重量重，組裝成整體吊裝需進行空中翻身和換繩，如何換繩問題是決定在安裝間組裝葉片還是在基坑組裝葉片的關鍵；

(5)定子吊裝變形控制和空氣間隙調整好壞直接影響發(fā)電機的安裝質量；

2 安裝技術要點

2.1 管形座安裝

(1)自行研制吊裝設備布置

1）在管形座兩側墻鋪設軌道。

2）軌道上安裝行車，行車可在上下游方向移動。

3）在行車上安裝兩臺起吊用卷揚機，兩臺行走卷揚機，并配上滑車和鋼絲繩。

(2)管形座各部件吊裝

將管形座各部件利用其他吊機吊入上游流道然后按如下順序吊裝。

(3)管形座安裝調整

1）管形座安裝前，檢查管形座預埋基礎板的位置，復測機組中心線及管形座法蘭中心線以及法蘭面波浪度、高程等測量基準，確定管形座安裝位置。

2）將下立柱及內導環(huán)下半塊吊裝就位，與預埋基礎板聯(lián)接，初步調整下半部的中心、方位、高程，初步加固。

3）將內導環(huán)上半塊及上立柱吊入聯(lián)接，整體調整加固。將外導環(huán)里襯下兩側塊吊裝與下立柱聯(lián)接加固，同樣將外導環(huán)里襯上兩側塊吊裝與上立柱及外導環(huán)里襯下半部組焊成整體控制外導環(huán)法蘭面到內導環(huán)法蘭面的距離及外導環(huán)法蘭面的波浪度，再次對管形座進行調整測量。

4）管形座立柱拼裝焊接

管形座內導環(huán)上、下支柱連接縫焊接由2名焊工同時施焊，對于焊縫坡口間隙大于3 mm的須先作補焊后才能開始施焊；采用分中、對稱、分段、退步、跳焊，分段長度約200 mm。為保證焊縫有一個良好的外觀，蓋面焊作連續(xù)焊。

上、下支柱焊接完成后，在焊縫兩側150 mm內用磨光機清理干凈，作探傷檢查；用遠紅外加熱裝置進行加溫熱處理；熱處理后進行最終探傷。

5）整體調整管形座：內導環(huán)中心測量將經緯儀立在水機廊道靠尾水管法蘭端一基準點處，按基準中心線測量內導環(huán)法蘭面上廠家的中心標記；內導環(huán)高程以測放的中心高程為基準，測量內導環(huán)下游測組合面；法蘭面以測放的里程為基準，用鋼卷尺（5kg拉力）測量；法蘭面波浪度使用徑緯儀正倒鏡4次測得綜合值需符合質量控制要求。采用支撐柱處的油壓千斤頂及支柱調整螺栓，楔形板，專用支墩等工具進行內導環(huán)調整，每次調整均記錄中心、標高、法蘭面位置等數(shù)值直到符合要求。采用間距管，中心定位工具及調整螺栓等工具進行外導環(huán)的調整。法蘭面的垂直度和平面度用徑緯儀測量，調整時注意內導環(huán)法蘭面垂直度和平面度的變化。

6）調整完畢即進行支撐、加固件的焊接固定，焊接固定時注意控制變形，同時監(jiān)測管形座法蘭面的變化。

2.2 導水機構安裝

(1)導水機構組裝

1）外導環(huán)拼裝：將組合面清掃干凈無高點后，安裝好密封條，并在密封槽內側均勻涂上密封膠。組合后其間隙0.05 mm塞尺檢查不能通過,上下游法蘭面應無錯位現(xiàn)象。

2）組裝就位：將拼裝好的外導環(huán)吊起，清掃干凈外導環(huán)上游法蘭面后，用6～8個1m左右高的支墩將拼裝好的外導環(huán)支起并調平，檢查外導環(huán)上下法蘭的圓度、垂直高度和平行度，將內導環(huán)吊入外導環(huán)內，以外導環(huán)為基準調內導環(huán)的中心。

3）零部件預配裝：有編號的零部件必須按照編號裝配，不得隨意對換；對有間隙配合的零件，如軸套筒、密封環(huán)等應進行預裝配，并檢查配合間隙。

4）導水葉裝配：在橋機吊鉤上掛兩個手拉葫蘆作為導水葉的可調吊點，導水葉吊起后調整高度和角度，將導水葉大軸頭插入外導環(huán)軸孔中央，壓入密封環(huán)時應采取引導措施預防“0”型密封出現(xiàn)切邊現(xiàn)象；為防止偏重，導葉應按對稱方式插裝。

5）控制環(huán)裝配：將控制環(huán)拼裝好，調平套入裝上毛氈密封的外導環(huán)法蘭上，裝上鋼珠并注上黃油再裝上壓環(huán)；調整控制環(huán)使其x、y方向與外導環(huán)一致，再裝配導葉臂的連桿并進行連桿長度的調整。

6）內導環(huán)組裝

導葉全部插入外導環(huán)后，將內導環(huán)吊起，以外導環(huán)為基準調整內導環(huán)的高度，中心及法蘭面平行度，滿足要求后與導葉組裝,調整導葉端面間隙、立面間隙并檢查導葉開關是否靈活，滿足質量控制要求后，安裝內、外導環(huán)加固支撐。

(2)滑繩整體吊裝

1）導水機構起吊重量195 t，導水機構翻身采用兩點支鉸座布置在安裝間上游側,由于導水機構上游側兩主吊點受拐臂行程限制與重心偏離較大，因此采用采用滑繩直接翻身。

2）壩頂門機(或橋機)單鉤利用外導環(huán)+Y方向上的4吊點上下串繩吊起，導水機構從下游向上游兩點支鉸座（外導環(huán)-Y側）翻身，吊起離開支鉸座后在機坑用手拉葫蘆調直，故在吊鉤上游配置兩個30t手拉葫蘆調整外導環(huán)上游法蘭垂直，在導水機構翻身后，安裝內、外導環(huán)“O”型密封圈，然后將導水機構垂直吊入機坑。

3）根據受力計算可知：T1=T2=104 t；單股鋼絲繩受力為26 t，Φ56鋼絲繩破斷力156 t，故安全系數(shù)為6，符合要求。

4）導水機構整體起吊前檢查壩頂門機(或橋機)的起吊高度(看是否能穿過屋頂)，檢查內外導環(huán)加固是否符合要求。在吊入機坑時導水機構兩邊各掛牽一條牢固可靠的牽引繩索防止旋轉，吊入機坑后在管形座內掛10 t手拉葫蘆拉外導環(huán)-Y方向法蘭，將導水機構法蘭調垂直與管形座聯(lián)接。

(3)安裝調整

1）先在管形座上焊接好導水機構安裝調整塊，將管形座下游法蘭面及螺孔清掃干凈并裝好密封條，在導水機構法蘭面涂上密封膠；導水機構下降至設計高程后，再兩側均勻往管形座法蘭靠,直至螺栓能夠把合，檢查密封條沒有脫槽后，擰上螺栓使組合面貼緊；

2）按十字線標記找正內殼體和內導環(huán)中心及位置后，暫時把內導環(huán)把緊在內殼體上;按外殼體螺紋孔粗略地確定外導環(huán)的位置;旋緊部分外導環(huán)的法蘭螺栓，把緊螺栓時，應確定密封條不會滑脫；調整內導環(huán)和內殼體同心度符合質量控制要求后將內導環(huán)和內殼體螺栓全部打緊；

3）用內徑千分尺測量導葉兩端內導環(huán)和外導環(huán)球面之間的距離，使內導環(huán)、外導環(huán)同心后，打緊外導環(huán)和管形座外殼體聯(lián)接螺栓；拆除吊裝時的加固支撐和吊裝工具，調整導葉端面間隙和立面間隙。

2.3 主軸安裝及軸線初步調整

(1)組裝

1）在安裝間將大軸支起平放，支撐點為大軸兩側法蘭，支起的高度以滿足軸承支架安裝空間即可，不宜過高。

2）組裝前仔細檢查軸瓦，軸瓦應無裂紋等缺陷；鏡板光潔度、硬度符合設計要求；軸瓦與軸頸的間隙、軸瓦與軸頸接觸角等必須規(guī)范要求。

3）按順序依次將發(fā)電機組合軸承、水導軸承裝配在主軸上；發(fā)電機組合軸承由正、反向推力軸承和徑向軸承組成，推力頭和鏡板合二為一。檢查推力盤與主軸垂直偏差≤0.05 mm,推力盤合縫用0.05 mm塞尺檢查不能塞入、錯牙≤0.02 mm。按要求調整軸瓦間隙。

4）軸承組裝中各進、排油孔應仔細清掃干凈，不允許殘留鐵屑雜物，并用壓縮空氣檢查油路是否正確、暢通；然后用絲堵或蓋板堵上孔口。

5）各組合面均需用刀型樣板尺檢查平面度后方可組合。

6）大軸系統(tǒng)組裝完畢后，安裝專用吊裝工具。

(2)空中更換主吊點吊裝主軸

1）吊裝前準備工作：根據圖紙尺寸在管形座上裝上大軸吊裝軌道，并將踏板予裝；檢查與大軸系統(tǒng)的各個連接面必須滿足安裝要求；

2）吊裝示意圖如圖1，t1、t2為水平吊裝時的鋼絲繩夾角與受力，t3為主軸吊入機坑后主軸前支點到軌道上后，中間吊點解除后法蘭處鋼絲繩的受力，在法蘭處采用直接掛鋼絲繩，在中間采用掛手拉葫蘆串繩吊裝，人可以站在管形座內松手拉葫蘆達到吊裝目的；當主軸下游端支撐在軌道上后,采用2個10 t手拉葫蘆將主軸向下游拉住后松t2上的葫蘆,解除中間吊點將主軸拉入就位。

(3)軸線第一次調整

圖1 主軸水平吊裝受力分析圖

在主軸吊裝前，導水機構已安裝調整好，內導環(huán)與管形座銷釘已打好，故以水導軸承為支點進行軸線調整，直接將主軸下游側水導軸承和內導環(huán)的聯(lián)接螺栓打緊，在管形座內導環(huán)上游側水平掛鋼琴線，鋼琴線與管形座內導環(huán)上游法蘭面平行，測量主軸上游法蘭到鋼琴線距離來確定主軸法蘭是否與管形座內導環(huán)上游法蘭面平行，水導軸承處為支點，以管形座上游法蘭面為基準，調整主軸上游側組合軸承支撐環(huán)，使主軸水平度控制在0.02 mm/m內，且主軸上游法蘭面與管形座上游法蘭面水平方向平行（平行度控制在0.02 mm/m內）。

2.4 轉輪安裝

(1)轉輪裝配

1）轉輪組裝準備：清掃、檢查轉輪體樞軸組合面及聯(lián)接螺孔，用專用起吊工具將轉輪體（與主軸聯(lián)結的法蘭面朝下）吊在鋼支墩上，支墩與轉輪體之間應墊以軟質材料和楔形板；拆除起吊工具和蓋板，先安裝試壓蓋板，以便進行滲漏試驗。

2）葉片安裝：安裝傳扭銷和導向銷；安裝頂緊環(huán)和彈簧；將密封圈裝于槳葉軸頭上;調整槳葉軸頭端面和拐臂端面的平行度及傳扭銷孔的位置，將葉片慢慢套入，用導向螺栓徐徐壓入；擰緊葉片螺栓按螺栓設計預緊力或螺栓設計伸長值打緊螺栓；安裝密封壓環(huán)和密封壓蓋。

(2)密封試驗

1）安裝轉輪泄水錐；在輪轂內充滿油；安裝好蓋板，接好油泵；

2）轉輪體內充油0.05 MPa，試驗時間16 h，葉片在每一小時轉動全行程3次，轉動應靈活，不得滲漏；活塞缸內的操作油壓到實驗壓力時，保持30 min，每個葉片密封裝置應無漏油。

3）轉輪最終組裝：試驗符合要求后排油，拆除蓋板，擰緊密封蓋板螺栓并在螺栓的螺紋上涂上NO．271粘接劑；安裝葉片聯(lián)接螺栓封堵板（配割），并用不銹鋼焊條焊于葉片上、封焊后表面必須打磨光滑，所有焊接部位進行著色檢查（PT）。

(3)轉輪空中翻身吊裝

1）準備：轉輪外形尺寸如下：轉輪葉片直徑：Φ7 500 mm，4 個葉片；高度：2 700 mm；重量：100 t（其中泄水錐1.1t未安裝）；法蘭面處輪轂直徑為2 422 mm；法蘭面吊裝工具高度2 200 mm。安裝轉輪專用吊具，清洗、檢查主軸與轉輪體組合面和止口，將密封條粘貼到主軸法蘭的密封槽中，拆除機坑內防礙轉輪吊入的腳手架并搭設組合用的平臺；準備主軸旋轉的工具。

2）垂直吊裝：T1采用2個30 t的手拉葫蘆（加繩后長度范圍6～7.5 m）,T2采用Φ56鋼絲繩4股起吊。T2=40.4 t；T1=60 t。

3）空中翻身：吊起至法蘭面離地0.7 m后松手拉葫蘆至T1=0,T2=100 t，將手拉葫蘆轉至法蘭面專用吊具上（或采用橋機吊住專用吊具）。拉手拉葫蘆（或起鉤）至轉輪體水平，此時T1=59 t T2=54 t，將轉輪體水平放在臨時支撐上拆除專用工具,換繩吊裝。

2.5 定子安裝

（1）定子組裝、下線及試驗

特大型燈泡貫流式機組定子組裝、下線及試驗一般由廠家在工地現(xiàn)場完成。

（2）定轉子氣隙調整

用氣隙量規(guī)分別測量定子下游側8等分點的定轉子氣隙；調整定轉子間隙，目的使各測量值接近相等；在確認定子機座溝槽內的盤根無任何缺陷后，擰緊定子固定螺栓；放松起吊定子的鋼絲繩，及拆卸導向銷；用氣隙量規(guī)分別測量定子上、下游測各8等分點的定轉子氣隙；如果測量值超過公差范圍，將用移動定子的方法來調整各氣隙；如果僅局部氣隙超差，只需放松45°范圍內的定子固定螺栓后，用氣隙調整工具來調整。最終測量所有磁極的兩端氣隙。

氣隙允許公差：Gmax-Gmin≤0.2GA(即G-GA≤±8%GA)在氣隙再次調整合格后，擰緊定子緊固螺栓及偏心銷套，松鉤拆除吊具。

（3）下游側法蘭的泄漏試驗

定子安裝后需對下游側法蘭進行密封試驗，試驗壓力為0.5 MPa，歷時10 min，并用肥皂水來檢查圓周方向有無泄漏情況；泄漏一旦被發(fā)現(xiàn)，必須更換密封條，并重新做試驗；燈泡頭安裝后用同樣的方法對定子上游側法蘭面進行壓力試驗。

2.6 轉子安裝

(1)轉子組裝、磁極掛裝流程

轉子組裝場地準備→中心體擺放及疊片準備→轉子磁軛疊片(第一次)→磁軛預壓(第一次)→調整磁軛高度(第一次)→疊磁軛片(第二次)→磁軛預壓(第二次)→調整磁軛高度(第二次)→磁軛預壓(第三次)→鉸孔及最終壓緊→調整T型平形鍵墊片→磁軛加熱準備→磁軛加熱→插入T型鍵及熱打鍵→冷卻→安裝打入鍵→鴿尾槽拉削及噴漆→掛裝磁極→極間連線和轉子試驗

(2)轉子熱插鍵

1）調整T形鍵墊片

a）用楔形測量工具和千分尺測量磁軛與中心體的T形鍵槽上下兩處的深度（見圖2）。

圖2 轉子鍵槽深度測量圖

b）計算整個磁軛的中心偏差，并確認每個槽鍵的實際深度（見圖3）。

磁軛鍵槽的平均深度 t＝｛（A1－S1）＋（A2－S2）｝／2

式中：S1：中心體鍵槽深度。（現(xiàn)場測量）

S2：S1對稱側的鍵槽深度。（現(xiàn)場測量）

A1：中心體和磁軛鍵槽總的深度。（現(xiàn)場測量）

A2：A1對稱側的鍵槽的總深度。（現(xiàn)場測量）

鍵槽的實際總深度A1＝S1＋t,A2=S2+t

c）在每一鍵槽位置，墊上調整片使鍵槽的實際深度（A1'，A2'）加熱插鍵脹量（1.15 mm）等于總的厚度:

調整墊片厚度＝T1＝A1－K1＋1.15 mm（K1為鍵厚）。

圖3 調整墊計算圖

d）將調整墊片點焊于T形鍵上（點焊前調整墊片與鍵必須貼合），應把最厚的調整墊片放在外側點焊。

e）T形鍵與調整墊片點焊后，徹底清掃，檢查并消除缺陷。

2）磁軛加熱準備

a）加熱所需總容量:Q=1.5～3.0kW/t×轉子鐵心裝配重量，確定加熱管數(shù)量及加熱線路布置方案,加熱電阻分三相布置，在磁軛附近裝設配電盤（離磁軛10 m左右）。

b）磁軛外周用石棉布包上保溫。

c）裸導線接線位置包絕緣處理。

d）用點溫計測量溫度。

3）磁軛加熱

a）檢查線路，確認正確后接通電源，檢查。

b）通電最初2 h內，每15 min記錄電壓、電流、溫度。2 h后，每隔30 min記錄一次。

c）經常檢查電纜與磁軛接觸的部分是否有異常過熱。

d）當磁軛溫升達到60 K時，用測量工具測量鍵槽高度，確認膨脹量(半徑方向膨脹量為：1.25 mm)足夠能使T型鍵輕松地插入（見圖4）。

圖4 加熱管布置圖

4）插入T形鍵

a）當轉子磁軛達到規(guī)定的脹量時，應確保壓緊裝置無間隙。

b）在T形鍵上裝上吊環(huán)螺絲，用橋機提起后用壓縮空氣吹掃干凈，并涂上防粘劑。

c）將24根T形鍵靠自重插入各自的鍵槽。

d）T形鍵插入準確的置后，輕輕地敲打鍵，并檢查整個磁軛的圓度，沒有不良的變化，斷開加熱器等待冷卻。

5）冷卻

a）當溫度降到低于40℃時，拆除加熱設施，移去所有的溫度計、電纜、紙板等。

b）磁軛降到常溫大約需兩天時間。

6）安裝打入鍵

a）在磁軛冷卻后，測量中心體與磁軛間的間隙以確定磁軛與轉子中心體是同心的。

b）用壓縮空氣吹掃T形鍵槽，打入鍵涂上紅丹粉后插入鍵槽，檢查與T形鍵及中心體鍵槽的接觸情況。

c）用磨光機或挫刀修磨打入鍵的接觸面使其達到70%－80%以上。

d）確認打入鍵的長度，使其打緊后達到計算允許的范圍，做好標記，取出后切斷。

e）在打入鍵的接觸斜面上涂上二硫化鉬后插入槽中并打緊。

f）打入端安裝壓板并鎖定螺栓。

2.7 軸線二次調整

(1)主軸傾斜角測量

1）在推力軸承座與用來支撐和移動它的導軌之間放置活動滾輪。

2）拆下推力軸承座與軸承支架上的所有聯(lián)接螺栓。

3）在推力軸承座與管形座內殼體之間安裝手拉葫蘆,把正向推力軸承移至下游側。

4）松開導軸承座緊固螺栓約2 mm。

5）測量導軸承與主軸的間隙，并確認不存在任何異常。

6）在鏡板下游側表面上緊按住一根水平尺,用內徑千分尺測量水平尺與軸承支架兩表面間的距離。

7）分析測量結果并計算各點插入調整墊片厚度,調整后鏡板與導軸承座的平行度應符合規(guī)范要求。

(2)加墊回裝軸承

1）取下軸承支架與導軸承座之間的臨時橡膠檢驗墊片,更換軸承鋼墊和調整墊片。

2）根據規(guī)定的插入厚度組合好的調整墊片并用螺栓把它安裝到軸承支架上。在確認安裝在導軸承座上的O型橡膠盤根沒有損壞后,把移向下游側的導軸承座推回到原來位置。

3）利用單獨安裝導軸承座上的聯(lián)接螺栓把導軸承座緊固到軸承支架上。

4）泄掉主軸下的千斤頂油壓,由導軸承承受載荷。

5）調整墊片插入后的檢查:對其中沿軸承支架插調整墊片處的上下、左右均布的8個中心對稱點進行校核測量L2。在以前各測點測量尺寸精確及計算加調整墊片厚度適當?shù)那闆r下,8個校核測點的測量值應該接近于相等。測量的最大值與最小值的差在±0.1 mm以內即為正常。

6）推力軸承座的安裝

用千斤頂頂轉子支架的辦法,把主軸推回到原來的裝配位置,然后把推力軸承座安裝到軸承支架上。

7)推力支架的鉸孔

在軸承油封裝配及油槽蓋安裝好后,對推力座鉆鉸孔并點焊銷子。在此其間及以后注意保護軸承上的各安裝孔,不讓臟物落入軸承內。

3 結束語

隨著清潔可再生能源的大力發(fā)展，以及盡可能減少對自然環(huán)境的影響，水力發(fā)電中低水頭大流量的大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組得到廣泛的應用,特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組安裝技術的實施大大縮短了機電安裝的工期，管形座采用自制吊裝設備安裝就使整個電站的建設工期縮短2～3個月，導水機構組裝后整體吊裝、轉輪體整體空中翻身不僅使工期縮短，安裝質量比以前得到大大提高。轉子疊片及熱插鍵技術解決了應力不均勻的問題，使大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組轉子質量得到進一步提高。