陳傳坤（東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

杰瑞電站75MW特大型燈泡貫流式導(dǎo)水機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和安裝

陳傳坤
（東方電機有限公司，四川 德陽 618000）

摘要：貫流式機組適合開發(fā)低水頭水能資源，其中燈泡貫流式機組的應(yīng)用最廣泛。燈泡貫流式機組的發(fā)展趨勢是大容量和大型化，但是大型化將增加機組安裝的難度，其中導(dǎo)水機構(gòu)的安裝直接影響機組的安裝工期和質(zhì)量。與立式機組相比，燈泡貫流式導(dǎo)水機構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、安裝難度大。巴西杰瑞電站燈泡貫流式水輪發(fā)電機組額定功率75MW，是目前世界上單機容量最大的特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組。本文主要介紹杰瑞電站導(dǎo)水機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點和安裝工藝，可供其他大型燈泡貫流式導(dǎo)水機構(gòu)借鑒。

關(guān)鍵詞：杰瑞；燈泡貫流式；導(dǎo)水機構(gòu)；安裝

1電站概況

杰瑞電站位于巴西西部與玻利維亞交界處的朗多尼亞州的馬代拉河（亞馬遜河支流）流域上，距州府波多韋柳約110km。電站分左右兩岸，共裝有50臺單機容量為75MW的特大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，其中右岸28臺由ALSTOM、ANDRITZ和VOITH供貨，左岸22臺由我公司設(shè)計、制造。左岸的22臺機組分為兩期：一期12臺、二期10臺，截至目前一期已有5臺機組投入商業(yè)運行，二期已開始尾水管的安裝。

2基本參數(shù)

水輪機基本參數(shù)：

水輪機型號GZ（790）-WP-790；

旋轉(zhuǎn)方向沿水流方向看順時針；

葉片數(shù)4；

水輪機額定出力76.5MW；

額定水頭15.2m；

額定轉(zhuǎn)速85.71r/mim；

導(dǎo)水機構(gòu)基本參數(shù)：

導(dǎo)葉數(shù)量16；

導(dǎo)葉瓣體長度2828mm；

端面間隙 外環(huán)側(cè)0.7～1.5mm，內(nèi)環(huán)側(cè)2～2.8mm；

導(dǎo)葉外環(huán)最大直徑11520mm；

導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)最大直徑5635mm；

導(dǎo)水機構(gòu)總重304t，參與預(yù)裝部件重量約205t（不包括重錘、轉(zhuǎn)輪室、補償節(jié)和導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)延伸段）。

3導(dǎo)水機構(gòu)結(jié)構(gòu)

杰瑞導(dǎo)水機構(gòu)包括：導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)、導(dǎo)葉外環(huán)、導(dǎo)葉、控制環(huán)、導(dǎo)葉臂、套筒裝配、連桿裝配（液壓連桿和彎曲連桿）、重錘裝配、轉(zhuǎn)輪室、補償節(jié)、導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)延伸段等。

導(dǎo)葉材質(zhì)為ZG20SiMn，導(dǎo)葉不帶密封條，導(dǎo)葉的搭接部位堆焊不銹鋼并精加工形成密封面，導(dǎo)葉的正面和背面都設(shè)有三個起吊螺孔，方便導(dǎo)葉的吊裝。導(dǎo)葉軸線與機組中心線的夾角是60°。導(dǎo)葉自身未設(shè)下軸頸，下端軸通過螺柱與導(dǎo)葉把合在一起形成導(dǎo)葉下支點，見圖1。

圖1導(dǎo)葉下支點1-M64螺柱，2-軸套，3-導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)4-導(dǎo)葉下支座，5-導(dǎo)葉下端軸

導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)為整體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)下游設(shè)有水導(dǎo)軸瓦的安裝扇形底座。導(dǎo)葉外環(huán)分為四瓣。導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)與導(dǎo)葉全關(guān)時的配合面堆焊不銹鋼形成環(huán)形凸臺，環(huán)形凸臺精加工后高出內(nèi)、外環(huán)過流面約2mm。

導(dǎo)葉套筒內(nèi)安裝有可自動調(diào)節(jié)的自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承，可以在一定程度上消除導(dǎo)葉軸孔同軸度偏差對導(dǎo)葉靈活動作的影響。套筒法蘭與導(dǎo)葉外環(huán)并不直接接觸，通過調(diào)節(jié)螺套與外環(huán)接觸，利用螺套調(diào)節(jié)套筒的位置調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙，這種結(jié)構(gòu)可以不需要刮大平面，只需要刮螺套配合處的小平面，降低了加工難度。套筒與導(dǎo)葉間有U形組合密封圈和軸用回轉(zhuǎn)方形圈兩道密封，與外環(huán)軸孔間有一“O”型密封圈，同時套筒上設(shè)有排水孔，以排出導(dǎo)葉上軸頸處可能的漏水。套筒與外環(huán)的配合情況見圖2。

圖2套筒與外環(huán)1-軸承壓蓋，2-導(dǎo)葉，3-自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承，4-套筒裝配5-導(dǎo)葉外環(huán)，6-擋圈，7-調(diào)節(jié)螺套

導(dǎo)葉的安全保護采用液壓連桿和彎曲連桿間隔布置，液壓連桿和彎曲連桿兩端都設(shè)有自潤滑向心關(guān)節(jié)軸承，可以很好地適應(yīng)導(dǎo)葉復(fù)雜的空間運動。液壓連桿的工作壓力為8MPa、動作力55kN，彎曲連桿中心與兩端叉頭中心的偏心6mm，彎曲連桿的斷面直徑由廠內(nèi)動作試驗確定。

杰瑞導(dǎo)水機構(gòu)為單接力器操作控制環(huán)，依靠重錘關(guān)機，重錘和接力器都位于機組+X側(cè)，重錘通過叉頭和圓柱銷掛在控制環(huán)上，重錘共5層重約25t，重錘底部設(shè)有緩沖橡膠板。重錘裝配見圖3。

圖3重錘裝配

為了補償尾水管到座環(huán)外環(huán)軸向距離的偏差，設(shè)有補償節(jié)，補償節(jié)分為四瓣，補償量為15mm。補償節(jié)與轉(zhuǎn)輪室之間沿軸向有三道φ16mm耐油橡膠圓條、補償節(jié)與尾水管法蘭間有兩道φ8mm耐油橡膠圓條，補償節(jié)上開設(shè)有排水孔，以排出補償節(jié)與轉(zhuǎn)輪室配合部位處可能產(chǎn)生的漏水。補償節(jié)與轉(zhuǎn)輪室之間設(shè)有頂絲螺栓以調(diào)整補償節(jié)與轉(zhuǎn)輪室的同軸度，轉(zhuǎn)輪室通過補償節(jié)和壓環(huán)將受力傳遞至尾水管混凝土，從而改善轉(zhuǎn)輪室的受力。補償節(jié)結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4補償節(jié)1-尾水管，2-壓環(huán)3-補償節(jié)，4-轉(zhuǎn)輪室

控制環(huán)安裝在導(dǎo)葉外環(huán)下游法蘭外圓處，控制環(huán)與導(dǎo)葉外環(huán)間設(shè)有鋼球，手動鎖錠安裝在轉(zhuǎn)輪室和控制環(huán)之間。控制環(huán)及鎖錠見圖5。

圖5控制環(huán)及鎖錠1-轉(zhuǎn)輪室，2-導(dǎo)葉外環(huán)，3-鋼球4-壓環(huán)，5-控制環(huán)，6-鎖錠銷

4導(dǎo)水機構(gòu)安裝

燈泡貫流式導(dǎo)水機構(gòu)的安裝，與立式機組的導(dǎo)水機構(gòu)安裝有一些區(qū)別，一般都是先在安裝間進(jìn)行預(yù)裝（導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)延伸段、轉(zhuǎn)輪室、補償節(jié)及重錘不參與預(yù)裝），然后整體吊入機坑。

導(dǎo)水機構(gòu)安裝順序見圖6：

4.1導(dǎo)水機構(gòu)安裝前的準(zhǔn)備

在導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝之前需對座環(huán)進(jìn)行復(fù)測，并且完成座環(huán)內(nèi)、外環(huán)法蘭平面度的處理，復(fù)測得到的座環(huán)內(nèi)、外環(huán)下游法蘭的間距是導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝調(diào)整的依據(jù)，導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)上游法蘭間距與座環(huán)內(nèi)、外環(huán)下游法蘭間距的偏差應(yīng)不大于±0.5mm。

圖6安裝順序框圖

4.2導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)預(yù)裝

導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)預(yù)裝的目的是調(diào)整導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)相對于座環(huán)內(nèi)環(huán)、尾水管的方位和中心，并以預(yù)裝后導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)為基準(zhǔn)調(diào)整導(dǎo)葉外環(huán)，從而確定導(dǎo)水機構(gòu)整體相對于座環(huán)及尾水管的方位和中心。導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)中心調(diào)整時需考慮主軸和轉(zhuǎn)輪就位后、流道充水后水導(dǎo)軸承處的下沉量，根據(jù)計算和經(jīng)驗，下沉量大機組可按0.30～0.50mm考慮，小機組可按0.10～0.20mm考慮。

在導(dǎo)葉外環(huán)組裝的同時進(jìn)行導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)預(yù)裝，不占直線工期，并且通過導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)預(yù)裝，可以盡早知道混凝土澆筑后的座環(huán)內(nèi)環(huán)與導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)把合螺栓孔的錯位情況，當(dāng)導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)預(yù)裝完成吊出機坑就可以進(jìn)行擴孔，為導(dǎo)水機構(gòu)整體吊入機坑安裝節(jié)省了擴孔時間。通過導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)預(yù)裝，可以減少導(dǎo)水機構(gòu)整體懸吊在橋機上的時間，從而減小導(dǎo)水機構(gòu)起吊過程中的變形、降低導(dǎo)水機構(gòu)吊入機坑后的調(diào)整難度和調(diào)整量。

4.3導(dǎo)葉外環(huán)組裝

由于導(dǎo)葉外環(huán)分成四瓣，可能存在“大小瓣”的情況，因此在導(dǎo)葉外環(huán)組裝時不能簡單地將分瓣面作為X、Y座標(biāo)軸，應(yīng)根據(jù)法蘭上的螺孔和四點弦長校核并確認(rèn)X、Y座標(biāo)軸。導(dǎo)葉外環(huán)組裝過程中應(yīng)重點檢查分瓣面在鋼球滑槽處的錯牙，錯牙應(yīng)不大于0.10mm。外環(huán)組裝后需檢查、調(diào)整其橢圓度，并根據(jù)圖紙在外環(huán)下游法蘭上劃出控制環(huán)全開、全關(guān)位置。

4.4套筒安裝

套筒安裝前需檢查內(nèi)部向心關(guān)節(jié)軸承是否能靈活轉(zhuǎn)動，若轉(zhuǎn)動不靈活需拆出檢查、處理。通過調(diào)節(jié)螺套調(diào)整套筒法蘭對稱四點到導(dǎo)葉外環(huán)軸孔法蘭的距離，偏差應(yīng)大于1mm。

4.5導(dǎo)葉安裝

在導(dǎo)葉安裝前，需將套筒底部的壓環(huán)和U形組合密封圈拆下并套在導(dǎo)葉上軸頸內(nèi)，并在U形組合密封圈和軸用回轉(zhuǎn)密封圈表面涂抹潤滑油脂。通過導(dǎo)葉瓣體上的三個螺孔起吊導(dǎo)葉，使導(dǎo)葉軸線與水平面的夾角約30°，利用導(dǎo)葉安裝工具將導(dǎo)葉緩慢拉入套筒內(nèi)。導(dǎo)葉就位后，安裝擋圈和軸承壓蓋，并在導(dǎo)葉下端進(jìn)行臨時支撐。

4.6導(dǎo)葉臂安裝

導(dǎo)葉臂和導(dǎo)葉在廠內(nèi)同鉆鉸銷孔，根據(jù)標(biāo)記對號安裝，調(diào)整銷孔錯位，裝入4個圓柱銷。導(dǎo)葉臂安裝完成后，通過導(dǎo)葉臂將導(dǎo)葉轉(zhuǎn)至全關(guān)位置，并用導(dǎo)葉限位裝置連接相鄰導(dǎo)葉。

4.7導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)的連接

將導(dǎo)葉外環(huán)吊起，并將內(nèi)環(huán)吊入外環(huán)內(nèi)。初調(diào)內(nèi)、外環(huán)上游法蘭的間距以及內(nèi)、外環(huán)的方位和中心。間距允許偏差±0.5mm，方位允許偏差±1mm，中心允許偏差0.5mm。初調(diào)完成后，安裝導(dǎo)葉下端軸、M64螺柱和下支座，調(diào)整下支座法蘭對稱四點到導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)軸孔法蘭的距離偏差不大于0.5mm。

貫流式導(dǎo)水機構(gòu)在現(xiàn)場很難和立式機組一樣進(jìn)行導(dǎo)葉軸孔同軸度的測量，在實際操作過程中，通過檢查導(dǎo)葉能否依靠自重靈活打開、導(dǎo)葉端面間隙是否存在規(guī)律性傾斜和偏差，對軸孔同軸度進(jìn)行大致判斷。導(dǎo)葉依靠自重能否打開、轉(zhuǎn)動是否靈活也與套筒、下支座的安裝調(diào)整有關(guān)，如前所述套筒到外環(huán)的距離偏差不宜大于1mm、下支座到內(nèi)環(huán)的距離不宜大于0.5mm。杰瑞37號機就出現(xiàn)過因套筒到外環(huán)距離偏差較大約4mm，而影響導(dǎo)葉靈活動作的問題。

由于外環(huán)下游法蘭內(nèi)側(cè)是過流圓錐面，上游法蘭受內(nèi)環(huán)影響，內(nèi)環(huán)下游法蘭有扇形板，不方便用常規(guī)的電測法進(jìn)行內(nèi)、外環(huán)同軸度的測量。在實際操作過程中，我們通過用塞尺測量導(dǎo)葉端面總間隙和用內(nèi)徑千分尺測內(nèi)、外環(huán)開檔進(jìn)行計算和分析內(nèi)、外環(huán)的同軸度。在計算時需將測得端面間隙和開檔數(shù)據(jù)向水平面進(jìn)行投影。

4.8控制環(huán)安裝

控制環(huán)組裝后，標(biāo)記并校核控制環(huán)的X、Y座標(biāo)軸。利用控制環(huán)吊裝工具將控制環(huán)吊裝在外環(huán)下游法蘭外側(cè)，在控制環(huán)底部進(jìn)行臨時支撐，調(diào)整控制環(huán)與外環(huán)的徑向間隙均勻，控制環(huán)與外環(huán)的滑槽對齊。逐一安裝鋼球，并在鋼球表面涂抹潤滑油脂。安裝壓環(huán)，先將壓環(huán)與控制環(huán)把緊，再利用頂絲螺栓將壓環(huán)頂起約0.20mm。壓環(huán)調(diào)整到位后，松開控制環(huán)底部支撐，利用手動葫蘆轉(zhuǎn)動控制環(huán)檢查其動作靈活性，并將控制環(huán)轉(zhuǎn)至全關(guān)位置。

4.9連桿安裝

連桿安裝前，需檢查液壓連桿的液壓缸內(nèi)是否充滿油、油質(zhì)是否合格，檢查連桿兩端的向心關(guān)節(jié)軸承是否轉(zhuǎn)動靈活。調(diào)整導(dǎo)葉和控制環(huán)至全關(guān)位置，測量導(dǎo)葉臂到控制環(huán)小耳孔的距離，根據(jù)測量值，通過旋轉(zhuǎn)桿身來調(diào)節(jié)連桿的長度。連桿就位后，按要求預(yù)緊叉頭和連桿間的螺母。

4.10導(dǎo)葉端面和立面間隙調(diào)整

導(dǎo)葉端面總間隙是2.7～4.3mm，取決于導(dǎo)葉瓣體長度和內(nèi)、外環(huán)開檔。其中，外環(huán)側(cè)端面間隙是0.7～1.5mm，內(nèi)環(huán)側(cè)端面間隙是2～2.8mm。導(dǎo)葉端面間隙的調(diào)整，主要是調(diào)整導(dǎo)葉進(jìn)、出水邊間隙均勻、偏差不允許大于0.40mm，從而進(jìn)行導(dǎo)葉端面總間隙的分配。若端面總間隙小則打磨內(nèi)、外環(huán)上不銹鋼密封面?？紤]機組漏水量、導(dǎo)水機構(gòu)吊裝變形等因素，確保導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動不發(fā)生卡阻，若內(nèi)、外環(huán)側(cè)端面間隙在安裝間預(yù)裝時小于1.5mm和1mm、吊入機坑后小于1mm和0.7mm，則打磨內(nèi)、外環(huán)。

導(dǎo)葉立面間隙允許局部不大于0.20mm、累計長度不得超過導(dǎo)葉瓣體的1/4。導(dǎo)葉立面間隙調(diào)整前，將導(dǎo)葉瓣體的密封面清理干凈，用刀口尺檢查密封面，去除高點和毛刺，并根據(jù)圖紙將導(dǎo)葉閉合點圓周分別標(biāo)記在導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)上：閉合點圓周都在軸孔中心線的上游，內(nèi)、外環(huán)上閉合點圓周到軸孔中心線的距離分別是66.8mm和131.2mm。通過控制環(huán)關(guān)閉導(dǎo)葉，精確調(diào)整1號導(dǎo)葉的閉合棱在閉合點圓周上、偏差不大于1mm，逐一測量其他導(dǎo)葉的閉合棱與閉合點圓周的偏差、逐一測量導(dǎo)葉立面間隙，根據(jù)測量所得偏差值和立面間隙值進(jìn)行立面間隙的調(diào)整。由于貫流式機組水頭相對而言較小，且杰瑞導(dǎo)葉的偏心距（進(jìn)、出水邊閉合點到導(dǎo)葉軸線距離的比值）只有1.04，因此未考慮轉(zhuǎn)動導(dǎo)葉調(diào)整立面間隙時進(jìn)、出水邊的差異，而是通過研磨導(dǎo)葉出水邊的閉合棱以及調(diào)整連桿長度進(jìn)行立面間隙的調(diào)整。

4.11導(dǎo)水機構(gòu)吊裝

導(dǎo)水機構(gòu)整體吊裝共4個吊點，都在導(dǎo)葉外環(huán)上，兩個主吊耳靠近上游法蘭對稱分布于+Y兩側(cè)，兩個輔吊耳靠近下游側(cè)的筋板對稱分布于+Y兩側(cè)。由于導(dǎo)葉外環(huán)直徑大、導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝整體重量大，導(dǎo)水機構(gòu)吊裝過程中不可避免產(chǎn)生變形，使導(dǎo)葉端面間隙、立面間隙以及內(nèi)外環(huán)的位置發(fā)生變化。為了減小吊裝過程中導(dǎo)水機構(gòu)的變形，設(shè)有翻身支架連接并加固內(nèi)外環(huán)。此外，也用調(diào)節(jié)螺套提升套筒和導(dǎo)葉使導(dǎo)葉緊貼導(dǎo)葉外環(huán)過流面，在導(dǎo)葉和內(nèi)環(huán)間加塞兩塊楔子板并將楔子板打緊、點焊，用導(dǎo)葉限位裝置將相鄰導(dǎo)葉連接在一起，從而利用導(dǎo)葉增加導(dǎo)水機構(gòu)的整體剛度。導(dǎo)水機構(gòu)吊裝示意圖見圖7。

由于進(jìn)行了導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)與座環(huán)內(nèi)環(huán)預(yù)裝、采取了以上加固措施，因此可以方便、快捷地根據(jù)內(nèi)環(huán)預(yù)裝銷孔，確定導(dǎo)水機構(gòu)整體在機坑內(nèi)的位置。導(dǎo)水機構(gòu)吊入機坑后主要調(diào)整工作是根據(jù)預(yù)裝時端面間隙數(shù)據(jù)，利用調(diào)節(jié)螺套重新進(jìn)行端面間隙的分配和調(diào)整，以及立面間隙的檢查和調(diào)整。

圖7導(dǎo)水機構(gòu)吊裝1-翻身支架裝配，2-導(dǎo)葉限位裝置，3-翻身座

4.12導(dǎo)水機構(gòu)其余部件安裝

導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)延伸段安裝時先初步確定其位置，待主軸調(diào)整合格后，再精確調(diào)整，使下游法蘭與主軸同心，以方便后續(xù)檢修密封的安裝調(diào)整。

轉(zhuǎn)輪室下半部在轉(zhuǎn)輪聯(lián)軸前吊入機坑，可以作為轉(zhuǎn)輪聯(lián)軸的工作平臺，待葉片安裝完成后，安裝轉(zhuǎn)輪室上半部。轉(zhuǎn)輪室組圓后，盤車測量葉片與轉(zhuǎn)輪室的間隙，并根據(jù)該間隙值利用轉(zhuǎn)輪室調(diào)圓工具調(diào)整轉(zhuǎn)輪室的圓度及方位。

補償節(jié)圍繞轉(zhuǎn)輪室組圓后，利用頂絲螺栓調(diào)整補償節(jié)與轉(zhuǎn)輪室徑向間隙使之均勻，檢查補償節(jié)與尾水管把合孔的錯位情況，并進(jìn)行擴孔。補償節(jié)安裝完成后，實測補償節(jié)與尾水管法蘭的徑向距離并配做壓環(huán)。

導(dǎo)葉接力器安裝調(diào)整完成后，根據(jù)圖紙在轉(zhuǎn)輪室和控制環(huán)間安裝、調(diào)整鎖錠裝置，在導(dǎo)葉外環(huán)上裝焊導(dǎo)葉臂限位塊。

4.13水壓試驗

導(dǎo)水機構(gòu)各部件把合后都需進(jìn)行水壓檢漏試驗，包括座環(huán)內(nèi)、外環(huán)與導(dǎo)葉內(nèi)、外環(huán)，內(nèi)環(huán)延伸段與內(nèi)環(huán)，外環(huán)與轉(zhuǎn)輪室，補償節(jié)與尾水管以及補償節(jié)與轉(zhuǎn)輪室。水壓試驗的壓力0.4MPa，時間10min，不允許有泄漏。

5結(jié)語

目前杰瑞左岸一期的12臺導(dǎo)水機構(gòu)已預(yù)裝完成，并有五臺成功投入運行。本文簡單介紹了杰瑞導(dǎo)水機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點，較詳細(xì)地說明了杰瑞導(dǎo)水機構(gòu)的安裝工藝。希望能為貫流式導(dǎo)水機構(gòu)特別是大型、特大型燈泡貫流式導(dǎo)水機構(gòu)的設(shè)計、制造和安裝提供有益的借鑒。

中圖分類號：TM312

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）04-0012-05

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.004

收稿日期：2014-06-09

作者簡介：陳傳坤（1981-），男，工程師，從事水輪機安裝技術(shù)服務(wù)工作。