混流式水輪發(fā)電機(jī)組重要部件安裝高程控制方法及措施研究

劉攀 賈利濤 陶吉全 羅前林 謝偉成

摘要：以850 MW巨型水輪發(fā)電機(jī)組為例，概述了混流式水輪發(fā)電機(jī)組整體結(jié)構(gòu)及其裝機(jī)流程。介紹了下機(jī)架預(yù)裝高程及轉(zhuǎn)子磁極中心線安裝高程的控制公式，以及尺寸鏈和高程差的高程控制方法。同時(shí)，重點(diǎn)分析了機(jī)組安裝過(guò)程中在機(jī)坑測(cè)定、下機(jī)架高程和轉(zhuǎn)子磁極中心線高程確定時(shí)出現(xiàn)誤差的原因及其管控措施。應(yīng)用結(jié)果表明，控制方法及措施取得了較好的效果。研究成果對(duì)類似千萬(wàn)兆瓦級(jí)水輪發(fā)電機(jī)組的安裝高程控制具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：混流式水輪發(fā)電機(jī)組;安裝高程;尺寸鏈;高程差

1 概 述

水輪發(fā)電機(jī)組的安裝質(zhì)量控制有著極其重要的作用，在檢驗(yàn)校核設(shè)備設(shè)計(jì)、制造質(zhì)量的同時(shí)，又可通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)跟蹤裝機(jī)質(zhì)量有效指導(dǎo)機(jī)組后續(xù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

在設(shè)計(jì)階段，要保證當(dāng)機(jī)組處于額定工況運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪上冠與頂蓋形成的上止漏環(huán)下端平行，否則會(huì)影響轉(zhuǎn)輪的水力效率;其次，機(jī)組的定、轉(zhuǎn)子中心線高程應(yīng)重合，若定子中心線高程與轉(zhuǎn)子中心線高程偏差較大，則會(huì)加重下機(jī)架或定子機(jī)座的軸向載荷[1]。在機(jī)組安裝過(guò)程中，下機(jī)架高程的確定主要綜合考慮整個(gè)機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件的高程差分配;同時(shí)，轉(zhuǎn)子磁極中心線的高程可以有效彌補(bǔ)下機(jī)架實(shí)際安裝過(guò)程中的高程誤差[2]。

本文主要介紹機(jī)組的安裝流程、下機(jī)架和轉(zhuǎn)子磁極中心線高程的確定方法，以及在安裝過(guò)程中的高程控制措施和相關(guān)誤差的原因分析。

2 高程確定方法

水輪發(fā)電機(jī)組的整體安裝流程如圖1所示。地下廠房裝有裝機(jī)850 MW的水輪機(jī)組，左右岸各安裝6臺(tái)。水輪機(jī)型式為立軸金屬蝸殼混流式水輪機(jī)，水輪機(jī)設(shè)計(jì)安裝高程為803.00 m;發(fā)電機(jī)為立軸半傘式結(jié)構(gòu)，冷卻方式為空氣冷卻，下機(jī)架設(shè)計(jì)安裝高程為815.245 m，定、轉(zhuǎn)子中心線設(shè)計(jì)安裝高程為818.265 m。機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖2所示。

下機(jī)架高程主要根據(jù)水輪機(jī)安裝高程以及下機(jī)架推導(dǎo)軸承安裝法蘭面至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線距離來(lái)確定，其中要考慮軸的實(shí)測(cè)長(zhǎng)度、下機(jī)架撓度等因素[3]。在下機(jī)架進(jìn)行預(yù)裝前，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量或采用廠家提供的水輪機(jī)軸、發(fā)電機(jī)軸長(zhǎng)度以及推力頭鏡板實(shí)際厚度等相關(guān)數(shù)據(jù)。下機(jī)架實(shí)際高程計(jì)算公式為

式中：δ為轉(zhuǎn)輪自身?yè)隙戎?β為下機(jī)架承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量和最大軸向水推力的撓度值。為了確保下機(jī)架實(shí)際安裝高程的準(zhǔn)確性，在預(yù)裝過(guò)程中測(cè)量下機(jī)架推導(dǎo)軸承安裝法蘭面與定子中心線的高程差，與設(shè)計(jì)高程差進(jìn)行對(duì)比，分析差值產(chǎn)生的原因。

轉(zhuǎn)子磁極中心線高程的確定原則是機(jī)組在靜止?fàn)顟B(tài)下定、轉(zhuǎn)子中心線重合，在實(shí)際安裝過(guò)程中主要控制轉(zhuǎn)子中心體下法蘭面與轉(zhuǎn)子磁極中心線的距離。轉(zhuǎn)子磁極中心線與下法蘭面距離計(jì)算公式為

在轉(zhuǎn)子吊裝前，應(yīng)將定子中心線高程、轉(zhuǎn)子磁極中心線高程分別返點(diǎn)，待轉(zhuǎn)子吊入機(jī)坑后核實(shí)定、轉(zhuǎn)子中心線高程差值。若存在較小偏差，可以微調(diào)推導(dǎo)軸承的抗重螺栓或彈簧墊片。

3高程誤差控制措施

3.1 機(jī)坑測(cè)定

機(jī)坑測(cè)定中各高程樣點(diǎn)是后續(xù)重要部件安裝的基準(zhǔn)點(diǎn)。大致操作流程為：首先確定固定導(dǎo)葉的中點(diǎn)，將該中心線作為水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝中心線，其對(duì)應(yīng)的高程是水輪機(jī)設(shè)計(jì)安裝高程;然后分別向基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)上法蘭面、風(fēng)洞等處返高程樣點(diǎn)，每處樣點(diǎn)各2個(gè)，互為備用。在返點(diǎn)的過(guò)程中需要注意卷尺本身存在的誤差，在尺寸鏈的計(jì)算中須考慮此誤差值。

3.2 下機(jī)架高程

下機(jī)架的高程關(guān)系到整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件的配合。水輪發(fā)電機(jī)組安裝過(guò)程中對(duì)下機(jī)架實(shí)際安裝高程偏差值與理論高程計(jì)算值控制在±0.5 mm范圍內(nèi)。

（1）下機(jī)架預(yù)裝中，高程是以正式安裝的底環(huán)高程為基準(zhǔn)，前期導(dǎo)水機(jī)構(gòu)開(kāi)檔尺寸、座環(huán)加工的精度等務(wù)必精確。在開(kāi)檔尺寸的確定中需要考慮環(huán)境溫度的影響，活動(dòng)導(dǎo)葉的長(zhǎng)度應(yīng)以現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值為判斷依據(jù)。

（2）預(yù)裝過(guò)程中應(yīng)考慮使用的測(cè)量工具（如卷尺等）本身存在的誤差。經(jīng)檢驗(yàn)部門(mén)校核，存在誤差的卷尺對(duì)高程的確定有1 mm左右的影響，不可忽略。 另外，應(yīng)與廠家溝通確定是否考慮水輪發(fā)電機(jī)軸在運(yùn)行工況下的伸長(zhǎng)值。

（3）在下機(jī)架預(yù)裝過(guò)程中，應(yīng)測(cè)量下機(jī)架與定子中心線的高程差，將其與設(shè)計(jì)高程差進(jìn)行比較。其中差值分為兩部分：下機(jī)架預(yù)裝高程與設(shè)計(jì)高程的差值;定子中心線高程與設(shè)計(jì)高程的差值。因此在進(jìn)行定子線棒下線過(guò)程中，要加強(qiáng)對(duì)定子中心線高程的復(fù)核。

3.3 轉(zhuǎn)子磁極中心線高程

在850 MW水輪發(fā)電機(jī)組安裝標(biāo)準(zhǔn)中轉(zhuǎn)子磁極中心線與定子鐵心中心高差控制在-3～0 mm范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)子磁極中心線高程的確定需要注意兩個(gè)變量：下機(jī)架只承受機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量時(shí)的撓度值[τ]和轉(zhuǎn)子本身的撓度值[Δ]。首臺(tái)機(jī)組的高程確定只能根據(jù)廠家提供的計(jì)算報(bào)告和以往安裝經(jīng)驗(yàn)。在首臺(tái)機(jī)組安裝中，架設(shè)百分表監(jiān)測(cè)相關(guān)變形量，便于后續(xù)機(jī)組的高程確定。

待轉(zhuǎn)子正式吊裝、連接主軸和轉(zhuǎn)輪后，應(yīng)及時(shí)測(cè)量轉(zhuǎn)輪上、下止漏環(huán)高差以及定轉(zhuǎn)子中心線的高差。若出現(xiàn)一定的偏差，可以通過(guò)調(diào)整下機(jī)架推導(dǎo)軸承的抗重螺栓或彈簧墊片來(lái)糾正偏差。

4 結(jié) 語(yǔ)

現(xiàn)場(chǎng)水輪發(fā)電機(jī)組安裝過(guò)程中，使用尺寸鏈、高程差的方法控制下機(jī)架、轉(zhuǎn)子磁極中心線，取得了較好效果。在控制過(guò)程中對(duì)機(jī)組高程產(chǎn)生的誤差進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析并提出了相應(yīng)的控制措施。本文探討的方法對(duì)后續(xù)巨型水輪發(fā)電機(jī)組的高程控制具有借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1] 熊中博. 亭子口電站機(jī)組固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件安裝高程的確定[J]. 水力發(fā)電， 2014，40（9）：58-59.

[2] 吳建洪， 呂桂英. 立式水輪發(fā)電機(jī)組部件安裝高程控制技術(shù)[J]. 安裝， 2015（10）：25-26.

[3] 田大學(xué)， 陳長(zhǎng)友. 水輪發(fā)電機(jī)組安裝監(jiān)理質(zhì)量控制實(shí)踐[J]. 人民長(zhǎng)江，2012，43（6）：85-87.

（編輯：李曉濛）