周玉龍

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

CCS水電站沖擊式水輪機(jī)安裝工藝淺析

周玉龍

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站安裝8臺(tái)套單機(jī)容量為187.5 MW的立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW。該水電站水輪機(jī)單機(jī)容量目前位居國(guó)內(nèi)已建及在建單機(jī)容量最大的沖擊式機(jī)組首位。本文針對(duì)該電站高水頭、大容量立軸沖擊式水輪機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行了介紹，對(duì)安裝施工工藝進(jìn)行了詳細(xì)闡述，可供其它同類電站借鑒。

沖擊式水輪機(jī)；安裝；工藝

1 前言

厄瓜多爾科卡科多辛克雷水電站（簡(jiǎn)稱CCS水電站）位于厄瓜多爾東部的科卡河流域，電站壩址距首都基多約130 km，為引水式電站，共安裝8臺(tái)套單機(jī)容量為187.5 MW的6噴嘴立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 500 MW。

該電站工程由引水樞紐、輸水隧洞、調(diào)蓄水庫(kù)、壓力管道、地下廠房、進(jìn)場(chǎng)交通洞、500 kV電纜洞、地面開關(guān)站及控制樓等組成。地下主廠房?jī)?nèi)安裝8臺(tái)套立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備，水輪機(jī)型號(hào) CJ1176N-L-333.9/6X28；轉(zhuǎn)輪節(jié)圓直徑3349mm；噴嘴數(shù)6個(gè)；額定轉(zhuǎn)速300 r/min；額定功率188.266MW；額定流量33.7m3/s；額定水頭604.1m；最大水頭618.4 m；機(jī)組轉(zhuǎn)向：俯視順時(shí)針。

2 主要工藝流程

工藝流程圖見圖1。

圖1 沖擊式水輪機(jī)組安裝工藝流程圖

3 施工工藝

3.1 尾水底板及里襯安裝

（1）依據(jù)主廠房基準(zhǔn)坐標(biāo)布置基準(zhǔn)控制點(diǎn)及坐標(biāo)控制點(diǎn)。

（2）依據(jù)一期預(yù)埋圖紙預(yù)埋基礎(chǔ)板、錨鉤等基礎(chǔ)埋件，其基礎(chǔ)預(yù)埋板的高程偏差≤0～－5 mm；中心和分布位置偏差≤10 mm；水平偏差≤1 mm/m，所有組合縫的內(nèi)表面錯(cuò)牙≤±1.0 mm，過流表面焊縫打磨平順并按圖紙要求進(jìn)行無(wú)損探傷檢查。

（3）按圖紙確定其里襯的安裝位置，調(diào)整里襯的X、Y軸線與機(jī)組X、Y軸線偏差≤10 mm，中心高程偏差≤±10 mm。

（4）尾水里襯整體組裝、焊接加固完成，經(jīng)驗(yàn)收合格后移交工作面進(jìn)行混凝土澆筑。

3.2 穩(wěn)水柵安裝

（1）按照?qǐng)D紙所示方位和角度在尾水里襯底板預(yù)埋的基礎(chǔ)板上安裝主梁支柱，利用支柱下部螺栓調(diào)整其高程。安裝時(shí)注意按照?qǐng)D紙控制支柱的方位和垂直度。

（2）根據(jù)圖紙位置及現(xiàn)場(chǎng)情況配割尾水里襯側(cè)板，安裝穩(wěn)水柵主梁和輔梁。安裝完后施焊封堵。

3.3 配水環(huán)管安裝及水壓試驗(yàn)

（1）使用全站儀在尾水里襯適當(dāng)位置設(shè)置配水環(huán)管安裝高程、中心線控制基準(zhǔn)點(diǎn)，并在機(jī)坑里襯側(cè)板上焊接控制點(diǎn)支架，測(cè)量出每個(gè)噴嘴法蘭控制點(diǎn)。

（2）按照出廠編號(hào)將第一分節(jié)先吊入安裝位置，此分節(jié)為定位節(jié)，調(diào)整其進(jìn)口法蘭中心線與機(jī)組中心坐標(biāo)線（Y）的距離，偏差不大于進(jìn)口法蘭直徑的±2%；進(jìn)口法蘭面距機(jī)組坐標(biāo)中心線（X）偏差不大于進(jìn)口法蘭直徑的±2%；法蘭垂直度偏差≤1 mm；進(jìn)口法蘭中心高程偏差≤±2 mm；分流支管法蘭中心高程偏差≤±0.2 mm[1]。

（3）當(dāng)定位節(jié)初步調(diào)整完成后，依次吊入第二、第三、第四、第五、第六分節(jié)，調(diào)整各分節(jié)管口焊縫的內(nèi)表面錯(cuò)牙＜2 mm；各分流支管法蘭中心高程偏差≤±0.5 mm、法蘭垂直度偏差≤0.2 mm、法蘭至轉(zhuǎn)輪輪廓圓切線長(zhǎng)偏差≤±2 mm[2]。

（4）整體檢查各尺寸滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)要求后進(jìn)行焊接工作，在配水環(huán)管焊接前，每個(gè)分流支管法蘭的水平和垂直方向均架設(shè)百分表，監(jiān)測(cè)變形量，根據(jù)監(jiān)測(cè)變形情況立即改變焊接方式、焊接順序及焊接速度等，采取妥善措施，控制其變形。在進(jìn)行定位焊和正式焊接前先進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不小于80℃，溫升控制≤50℃/h，焊接時(shí)層間溫度不大于220℃。焊接時(shí)嚴(yán)格按照廠家提供的技術(shù)參數(shù)和工藝要求進(jìn)行，由兩名或兩名以上焊工采用對(duì)稱、分段、多層多道、退步焊接。首先焊接大坡口側(cè)，先采用Φ 3.2 mm焊條進(jìn)行打底焊，焊2～3層后再使用Φ3.0 mm焊條進(jìn)行填充焊，待大坡口側(cè)焊接至1/2～2/3厚度后進(jìn)行背縫清根、打磨，清根時(shí)對(duì)定位焊進(jìn)行清除、打磨，經(jīng)MT檢查合格后進(jìn)行焊接。環(huán)縫兩側(cè)應(yīng)對(duì)稱交替施焊，焊縫蓋面時(shí)使用Φ 3.2 mm焊條進(jìn)行。在焊接過程中除定位焊、首層打底焊及蓋面焊不能用錘擊消應(yīng)外，其余每層焊接均采用風(fēng)鏟錘擊消應(yīng)，風(fēng)鏟端頭應(yīng)磨成R＞5 mm的圓角，進(jìn)行錘擊消應(yīng)時(shí)，應(yīng)均勻[3]。

（5）配水環(huán)管焊接完成24 h后，采用角磨機(jī)打磨焊縫及焊縫兩邊區(qū)域150 mm處，露出金屬光澤后進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，無(wú)損檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為 100%MT和100%TOFD。

（6）配水環(huán)管焊縫檢測(cè)及整體驗(yàn)收完成后，按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行配水環(huán)管的水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)壓力為額定工作壓力7.5 MPa的1.5倍，采用階梯式升壓方式進(jìn)行[4]。

（7）水壓試驗(yàn)合格后進(jìn)行5.3 MPa的壓力進(jìn)行保壓澆筑混凝土，在澆筑過程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)配水環(huán)管壓力值[5]。

3.4 轉(zhuǎn)輪室及機(jī)殼安裝

（1）按照?qǐng)D紙搭接順序分塊安裝、焊接機(jī)殼側(cè)壁。在機(jī)殼側(cè)壁組裝焊接后搭建臨時(shí)支撐用于下步機(jī)殼安裝。

（2）在安裝間進(jìn)行機(jī)殼和斜板的整體組裝，機(jī)殼上部加工面水平度應(yīng)≤0.02 mm/m；組合面間隙用0.02 mm的塞尺檢查不能通過；組合縫處錯(cuò)牙不得超過0.02 mm；機(jī)殼上部圓度偏差≤0.30 mm。

（3）利用橋機(jī)將機(jī)殼整體吊入機(jī)坑，按+X標(biāo)記放置于相應(yīng)的楔形板上，利用調(diào)整楔形板、千斤頂、拉緊器、壓板等進(jìn)行調(diào)整，機(jī)殼上部加工面高程偏差≤0.5 mm，機(jī)殼上部加工面水平度≤0.02 mm/m，與機(jī)組X、Y基準(zhǔn)軸線偏差≤1 mm。

3.5 安裝機(jī)坑里襯

按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行機(jī)坑里襯的組裝及安裝。調(diào)整機(jī)坑里襯中心偏差≤5 mm;高程偏差≤3 mm；水平偏差≤2 mm。

3.6 主軸吊裝及調(diào)整

（1）水輪機(jī)主軸安裝前，檢查法蘭面的光潔度、平面度。然后利用主廠房橋機(jī)將水輪機(jī)軸吊入機(jī)坑，并用專用支撐工具固定在機(jī)殼上。

（2）主軸上法蘭面低于實(shí)際高程約25mm，同時(shí)調(diào)整主軸中心偏差≤0.25mm；垂直度偏差≤0.02mm/m。

3.7 噴嘴安裝

（1）復(fù)查主軸上下法蘭面水平≤0.02 mm/m；高程 611.245 m（-25 mm）偏差≤0.5 mm，中心偏差≤±0.05 mm，并將主軸固定牢固，在圓周方向?qū)ΨQ架設(shè)4塊百分表進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

（2）檢查廠家提供的專用工具：模擬噴嘴、模擬轉(zhuǎn)輪、標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊板（厚度為30 mm）、測(cè)桿（長(zhǎng)度為1 574 mm）等進(jìn)行檢查，滿足圖紙要求。

（3）安裝模擬噴嘴及模擬轉(zhuǎn)輪，模擬轉(zhuǎn)輪的中心軸安裝時(shí)要與主軸同心度偏差≤0.05 mm，垂直度≤0.1 mm；模擬轉(zhuǎn)輪荷葉中心的安裝高程應(yīng)保證在611.10 m（0～+0.4 mm），同時(shí)保證模擬轉(zhuǎn)輪荷葉支架的水平。

（4）在模擬噴嘴和模擬轉(zhuǎn)輪安裝調(diào)整完成后，進(jìn)行噴嘴調(diào)整墊板加工量的測(cè)量。首先調(diào)整鋼琴線與模擬轉(zhuǎn)輪荷葉的夾角為90°，檢查模擬轉(zhuǎn)輪荷葉與鋼琴線是否垂直；然后檢查標(biāo)準(zhǔn)調(diào)整墊板與模擬噴嘴法蘭間隙，并做好記錄，用模擬噴嘴法蘭上的4個(gè)頂絲調(diào)整模擬噴嘴，使鋼琴線在模擬噴嘴管口居中，記錄百分表變化量△-X、△+Y、△+X、△-Y；再用塞尺檢查兩法蘭間隙，至少8個(gè)點(diǎn)并記錄。并找出最大、最小間隙M、N，標(biāo)記最大、最小間隙點(diǎn)的位置在配水環(huán)管法蘭上，用卷尺量出+Y點(diǎn)到最大、最小點(diǎn)弧長(zhǎng)L大、L小，最大間隙點(diǎn)位置即為B點(diǎn)，最小間隙點(diǎn)位置為C點(diǎn)，B、C點(diǎn)即為調(diào)整墊板的最厚點(diǎn)及最薄點(diǎn)。最后根據(jù)所測(cè)得間隙值計(jì)算調(diào)整墊板的加工余量進(jìn)行加工。

（5）將噴嘴從轉(zhuǎn)輪吊物孔吊至轉(zhuǎn)輪進(jìn)人門上游側(cè)通道位置，通過轉(zhuǎn)輪運(yùn)輸小車倒運(yùn)至轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪室尾水柵平臺(tái)上。復(fù)查噴嘴調(diào)整墊板加工合格。利用機(jī)殼上的吊點(diǎn)和手拉葫蘆吊裝至安裝位置進(jìn)行安裝。6個(gè)噴嘴依次逐個(gè)安裝完成后整體復(fù)測(cè)噴嘴的相關(guān)尺寸滿足設(shè)計(jì)要求。

3.8 水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸連接

（1）將發(fā)電機(jī)整體受力由制動(dòng)器承重受力轉(zhuǎn)換為推力軸承承重受力，并檢查發(fā)電機(jī)軸的垂直度滿足要求。

（2）檢查水輪機(jī)軸與發(fā)電機(jī)軸連接法蘭面的光潔度，用刀口直尺檢查法蘭面應(yīng)無(wú)高點(diǎn)。對(duì)稱安裝2顆專用連接螺栓及拉伸工具，并測(cè)量?jī)煞ㄌm之間的間隙，逐漸緩慢提升連接螺栓，確保法蘭水平上升直到兩法蘭面把合；然后按照出廠編號(hào)穿入永久連接螺栓，并檢查連接螺桿的長(zhǎng)度；分三次、對(duì)稱逐步進(jìn)行拉伸直到達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)值；最后檢查所有連接螺栓伸長(zhǎng)值滿足設(shè)計(jì)要求后安裝主軸法蘭護(hù)蓋。

3.9 轉(zhuǎn)輪安裝

（1）在安裝間工位將轉(zhuǎn)輪清掃干凈，利用主廠房橋機(jī)將轉(zhuǎn)輪翻轉(zhuǎn)豎立后通過吊物孔吊入至轉(zhuǎn)輪室上游運(yùn)輸通道內(nèi)，利用預(yù)埋吊點(diǎn)和橋機(jī)將轉(zhuǎn)輪翻轉(zhuǎn)水平擺放在轉(zhuǎn)輪運(yùn)輸專用小車上；通過運(yùn)輸小車運(yùn)至轉(zhuǎn)輪室主軸下方。

（2）連接前在聯(lián)結(jié)法蘭面噴涂摩擦劑，應(yīng)按其噴涂操作規(guī)范進(jìn)行，保證配料比例正確，噴涂均勻無(wú)漆瘤，干燥后用5～10倍的放大鏡檢查，摩擦劑分布符合要求。

（3）利用主廠房橋式起重機(jī)從整個(gè)機(jī)組大軸中心穿過一個(gè)具有足夠強(qiáng)度和長(zhǎng)度的專用吊帶，通過轉(zhuǎn)輪中心掛裝在轉(zhuǎn)輪專用吊裝工具的吊環(huán)上，然后平穩(wěn)的吊起整個(gè)轉(zhuǎn)輪[7]。在轉(zhuǎn)輪與水輪機(jī)法蘭面靠近時(shí)全部穿入連軸螺栓，用專用工具分三次、對(duì)稱逐步進(jìn)行拉伸直到達(dá)到設(shè)計(jì)伸長(zhǎng)值；最后檢查所有連接螺栓伸長(zhǎng)值滿足設(shè)計(jì)要求后安裝主軸法蘭護(hù)蓋。

3.1 0軸線調(diào)整

（1）采用人工盤車，在發(fā)電機(jī)軸端部安裝專用盤車工具，投入高壓油減載裝置以人力驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

（2）在轉(zhuǎn)輪下法蘭面、水輪機(jī)導(dǎo)軸承工作位置、水輪機(jī)法蘭、發(fā)電機(jī)法蘭、下導(dǎo)軸承工作位置、上導(dǎo)軸承工作位置、推力頭、集電環(huán)等部位的同一軸線位置設(shè)置百分表，并記錄百分表初始值。

（3）投入高壓油減載裝置，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子周向共8個(gè)點(diǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)1個(gè)點(diǎn)時(shí)停一次，關(guān)閉高壓油減載裝置，百分表讀數(shù)穩(wěn)定后記錄讀數(shù)，為了校核測(cè)量數(shù)據(jù)，每次盤車轉(zhuǎn)子需旋轉(zhuǎn)360°，根據(jù)盤車記錄，計(jì)算各測(cè)量部位擺度、同心度，繪制軸線折彎圖，各部位擺度、同心度應(yīng)滿足規(guī)定要求。

3.1 1主軸密封及水導(dǎo)軸承安裝

（1）按照出廠裝配編號(hào)和設(shè)計(jì)圖紙裝配抗磨環(huán)，要求抗磨環(huán)的外側(cè)與主軸支撐止口外側(cè)邊緣緊貼，用0.02 mm的塞尺檢查不能通過；用框式水平儀檢查抗磨板水平度≤0.02 mm/m；用刀口尺檢查抗磨環(huán)分瓣接頭位置無(wú)錯(cuò)臺(tái)。組裝密封環(huán)和浮動(dòng)環(huán)，組裝時(shí)注意組合面按照?qǐng)D紙要求涂抹l 515平面密封膠，組裝完成后用0.02 mm塞尺檢查不能通過，并在浮動(dòng)環(huán)側(cè)面安裝封堵螺塞。最后安裝蓋板及相關(guān)附件。

（2）根據(jù)水導(dǎo)瓦的數(shù)量按照水導(dǎo)瓦的方位布置10塊百分表，監(jiān)測(cè)水導(dǎo)瓦調(diào)整與主軸接觸情況，水導(dǎo)瓦調(diào)整時(shí)采用對(duì)稱2塊瓦為一組同時(shí)對(duì)稱調(diào)整方式進(jìn)行，通過壓板、調(diào)整螺桿和斜楔調(diào)整水導(dǎo)瓦與主軸的接觸情況，對(duì)稱緊固調(diào)整螺桿上的調(diào)整螺母，當(dāng)發(fā)現(xiàn)彼此對(duì)方百分表指針有輕微變動(dòng)時(shí)表明此2塊瓦抱緊，再轉(zhuǎn)入下一組，直到全部調(diào)整完成，最后用0.02 mm塞尺檢查水導(dǎo)瓦與主軸軸領(lǐng) 確保接觸。用內(nèi)徑千分尺測(cè)量10塊壓板的厚度，再用深度尺測(cè)量斜楔頂部與壓板頂部的距離，根據(jù)斜楔的比例1：50及水導(dǎo)瓦需調(diào)整的間隙0.24mm，計(jì)算需加工套管的長(zhǎng)度值。計(jì)算公式為：斜楔頂部與壓板頂部的距離－壓板的厚度－需調(diào)整瓦間隙（0.24mm）換算的長(zhǎng)度（套管總長(zhǎng)為12mm）=套管加工后的長(zhǎng)度。

套管加工后用游標(biāo)卡尺進(jìn)行復(fù)測(cè)，若有少量偏差進(jìn)行修磨處理。拆除之前調(diào)整時(shí)安裝的壓板，將套管套入調(diào)整螺桿，再回裝壓板，然后通過旋緊調(diào)節(jié)螺桿上的螺帽將斜楔提起，直到套管在斜楔與壓板之間壓緊為止，最后鎖緊定位螺帽。

3.12 水輪機(jī)附件安裝

按照?qǐng)D紙要求安裝油位計(jì)、油溫計(jì)、油混水位計(jì)、空氣濾清器、觀察窗等相關(guān)附件，并滿足要求。

4 小結(jié)

厄瓜多爾CCS水電站安裝8臺(tái)套單機(jī)容量為187.5 MW的立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，目前位居國(guó)內(nèi)已建及在建單機(jī)容量最大的沖擊式機(jī)組首位。該電站立軸沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組為6噴嘴22個(gè)水斗，單機(jī)容量大、水頭高，并且轉(zhuǎn)輪在有壓及無(wú)壓兩種工況下運(yùn)行，安裝精度要求高。在安裝工程中不斷地進(jìn)行安裝方案優(yōu)化，按照此施工工藝完全保證了安裝質(zhì)量要求，目前厄瓜多爾CCS水電站8臺(tái)機(jī)組已投入運(yùn)行，機(jī)組各部位振動(dòng)最大值29 μm，擺度最大值71 μm，其他各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并且運(yùn)行穩(wěn)定、可靠。

[1]李思全.金窩水電站大容量沖擊式水輪機(jī)組安裝技術(shù)[J].四川水利，2012（6）：5-8.

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TV547.3

B

1672-5387（2017）10-0001-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2017.10.001

2017-07-21

周玉龍（1980-），男，工程師，從事水電站機(jī)電設(shè)備安裝工程技術(shù)、質(zhì)量管理工作。