浅析导水机构厂内预装及现场预、安装工艺

0引言

黄河羊曲水电站位于青海省海南州兴海县与贵南县交界处的黄河干流,电站总装机容量为1200MW,共有3台单机容量为400 MW的混流式水轮发电机组,发电机层地面高程为2 603.90 m,导水机构中心高程为2 585.90 m。电站水轮机设备采用上海福伊特水电设备有限公司产品,安装单位为水电四局机电安装分局。羊曲水电站水轮机导水机构由顶盖、底环、控制环、活动导叶和接力器等主要零部件构成。其中顶盖、底环、控制环均为分瓣到货;活动导叶共24个,材质为ASTMA743CA—6 NM,活动导叶采用三支点轴承结构(一个在底环上,另两个在顶盖上),立面密封采用刚性金属密封。

由于导水机构是水轮机核心部件,其安装质量直接影响机组的安全稳定运行[1],因此,对于多台机组,一般均要求制造商至少在制造厂车间内进行一台机组的导水机构预装,主要验证导水机构生产制造质量及装配精度能否满足设计要求[2];其次在实际安装过程中为确保安装质量,尤其是导叶端面间隙和立面间隙的安装精度,通常也要进行现场预装[3]。本文以羊曲水电站首台(2号)机组为例,对水轮机导水机构厂内预装及现场预、安装工艺进行探讨。

1导水机构制造厂车间内预装情况

羊曲水电站2号机组导水机构于2017年6月在制造厂车间内进行了预装工作,预装中,底环、活动导叶、顶盖、控制环等部件通过借助可调垫铁(主要用于支撑及调整底环)、可调支承(主要用于支撑及调整顶盖)等工器具模拟现场安装位置进行了组装,同时为模拟接力器全行程,车间内采用两个手拉葫芦拉动控制环做周向旋转,以此进行活动导叶开启和关闭试验。

导水机构在制造厂车间预装时主要检查的项目有:底环水平度、顶盖和底环同心度、导叶开度、导叶立面间隙和端面间隙等[4]。羊曲水电站2号机组导水机构车间预装各项数据均满足设计要求,其中导叶立面间隙、导叶端面间隙验收要求及实测数据分别如表1和表2所示,测量示意图分别如图1和图2所示。

2导水机构现场预装情况

2.1 准备工作

由于羊曲项目导水机构设备于2017年左右已全部到货,在羊曲水电站库房存放了近5年,为防止设备长期存放后发生变形影响后续导水机构的预装和安装质量,在机电安装单位进场后,由其根据厂家技术要求提前对顶盖、底环、活动导叶的外形尺寸及顶盖、底环组合后的尺寸等项目进行了详细测量检查,最终检查结果表明导水机构各主要部件未发生变形,各项检查数据均满足厂家相关要求。

2.2 底环预装

底环外径为7 685 mm,分两瓣到货。在安装间将其组装成整体,把紧组合螺栓并按6 000 N.m力矩进行预紧。检查底环圆度、组合缝间隙满足厂家技术文件、相关标准技术要求后,将底环吊入机坑,并放置于座环的下环板上,调整底环与机组中心(以座环下环板加工面为基准)的同轴度不大于0.15mm,圆度小于0.2 mm,之后在底环上平面内、外各均分24个点,用水准仪检查底环水平应不大于0.15 mm。合格后用M64把合螺栓将其与座环初步把紧。

实测2号机组底环与机组中心同轴度为0.08 mm,圆度为0.15 mm,水平为0.15 mm,各实测数据均满足厂家安装指导书相关要求。

2.3 活动导叶预装

机组活动导叶共24个,导叶总高度为3 475 mm,宽度为954mm,导叶瓣体高度为1799mm。设备制造厂家安装指导书的建议选用8个导叶进行预装,考虑到预装的活动导叶数量越多,预装效果越好,安装单位在2号机组导水机构预装过程中实际选用20个导叶进行了预装(轴线方向4个位置的导叶未预装),涵盖了瓣体高度最大及最小的活动导叶,进一步优化了机组的预装效果。

2.4 顶盖组装

顶盖外径为7 970 mm,分两瓣到货,在安装间将其组合成整体,把紧组合螺栓并按要求进行预紧,其中分瓣面M80螺柱预紧力矩为24000 N.m,超级螺母中的M18小螺栓预紧力矩为295N.m。螺栓把合完成后,按照GB/T8564—2003《水轮发电机组安装技术规范》相关要求进行组合面间隙检查。本项目顶盖预装过程和常规方式相同,本处不再过多赘述。

2.5导水机构预装检查

以底环止漏环中心为基准挂装钢琴线,以此作为机组中心线,调整顶盖止漏环与底环止漏环的同心度[5]。根据厂家作业指导书相关要求,首先在底环和顶盖圆周方向各等分16点进行测量,同轴度应不大于0.15 mm,2号机实测同轴度为0.13 mm;其次是调整并测量轴线方向4个预留的未插入活动导叶位置的顶盖与底环导叶轴孔同心度,确保不大于0.20 mm,2号机实测顶盖下轴孔和底环导叶轴孔的同心度,最大值为0.17 mm。上述数据均满足设计要求。

完成顶盖调整后,对称均布安装一半以上的顶盖、座环之间的把合螺栓,螺栓应对称、分两次拉紧,其力矩为12630 N.m。之后检查顶盖与座环组合面间隙应满足相关标准及厂家作业指导书要求。

完成上述工作后,对参与预装的20个活动导叶的端面总间隙进行测量,要求各导叶端面总间隙在0.80~1.20 mm之间,同时没有规律性倾斜的情况发生。经检查后发现,除2#活动导叶进/出水边、6#活动导叶进水边端面总间隙为0.75 mm,略小于设计要求外,其余导叶端面总间隙均满足设计要求,其中端面总间隙最大的为9#、11#活动导叶,其进水边和出水边的端面总间隙均为1.05 mm。2号机组预装数据整体满足厂家技术要求,机组预装达到了预期效果。

3导水机构现场正式安装情况

导水机构正式安装流程和常规方式相同,本文不再赘述,仅对导叶端面间隙及立面间隙检查情况进行介绍。

3.1导叶端面间隙的检查和调整

在活动导叶上端面间隙和下端面间隙分配前,需分别检查全部24个活动导叶的端面总间隙。在检查2号机导叶端面总间隙值时,发现结果均低于预装时测量数据,其中端面总间隙最小的为6#导叶进水边,端面总间隙为0.45 mm,其他大部分导叶端面间隙集中在0.6~0.75 mm,均低于设计要求最低值0.8 mm,不满足设计要求。初步分析原因可能为:1)环境温度影响。2号机组导水机构预装时为2024年1月,高原气候寒冷,且厂房未封顶,现场温度较低,正式安装时为2024年4月下旬,温度回升,受热胀冷缩影响,端面总间隙的测量在预装和正式安装时产生偏差。2)顶盖变形影响。预装时,顶盖上未安装控制环等其他附件且顶盖与座环把合螺栓仅安装50%,正式安装时,增加了控制环等附件重量,且顶盖与座环把合螺栓全部完成安装及预紧,这两个因素造成顶盖有轻微变形,间接影响导叶端面总间隙[6]。

针对上述情况,在不影响机组运行的前提下,生产厂家将机组端面总间隙最低值0.8mm调整为0.6mm,并对端面总间隙值<0.6 mm的活动导叶对应的底环抗磨板进行了研磨。研磨后复测端面总间隙均满足调整后的设计要求,其中最大端面总间隙为0.8 mm。

3.2导叶立面间隙的检查

调整24个导叶到全关位置,未加压时,测量相邻导叶立面间隙,要求导叶从下端到上端立面间隙满足0~1 mm均匀变化,测量结果如表3所示。

加压后再次测量各导叶立面间隙,根据厂家技术指导书要求,导叶立面间隙应基本为零,不能通过0.05 mm塞尺,可以存在局部的间隙,但最大不可以超过0.10mm,且总长度不能超过449.75mm。经检查,仅8#~9#导叶顶部向下100mm范围内间隙为0.10 mm,其余部位均不能通过0.05 mm塞尺,导叶立面间隙满足设计要求。

4 结束语

导水机构的制造厂车间预装以及在现场的预、安装工艺控制是确保水轮机设备安装质量的重要环节。羊曲水电站2号机组导水机构在安装时严格按上述工艺进行控制,在运行过程中机组各项指标均满足设计要求,未发生导叶转动不灵活等现象,同时根据2号机组导水机构实际安装经验,在1#、3#机组安装时将座环开档值由2330.25^+0.1_-0.1调整为2330.63^+0.2₀,最终羊曲水电站3台机组导水机构安装指标均满足规范及设计要求,机组运行稳定,这说明上述导水机构的安装工艺控制是可行的,对于同类大型混流式水轮机导水机构的安装具有一定的参考意义。

[参考文献]

[1]舒发兵,付有泰.浅析导水机构预装、安装工艺[J].水电站机电技术,2023,46(7):23—27.

[2]李俚,周文凯,刘闯.大中型立式水轮机导水机构厂内开度试验研究[J].水电站机电技术,2024,47(8):15—17.

[3]何永清,刘建权,吕阳勇,等.抽水蓄能电站导水机构取消预装的实践与探索[J].水电站机电技术,2024,47 (4):28—30.

[4]张华清.溪洛渡电站水轮机顶盖监造质量控制[J].人民黄河,2019,41(增刊2):157—158.

[5]彭德超,曾思波,张玲.锦屏一级水电站导水机构安装[J].四川水力发电,2012,31(5):45—46.

[6] 叶惠军,朱建国.浙江仙居抽水蓄能电站1号机导叶端面间隙偏小原因分析及处理措施[C]//抽水蓄能电站工程建设文集,2020:353—357.

《机电信息》2025年第17期第21篇