小型軸流式水輪發(fā)電機(jī)組的定子安裝高程計(jì)算

裴劍輝

（安徽省蚌埠閘工程管理處，安徽 蚌埠 233010）

1 概述

小型軸流式水輪發(fā)電機(jī)組由于其具有低水頭、大流量的特性，在農(nóng)村小型水電站的建設(shè)中應(yīng)用廣泛，機(jī)組組成部件一般都是分別解體運(yùn)達(dá)電站現(xiàn)場，在土建工程移交后，機(jī)組便可以進(jìn)行安裝工作。立式機(jī)組安裝通常先安裝水輪機(jī)，后安裝發(fā)電機(jī)部分。水輪發(fā)電機(jī)組主要由固定部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成，機(jī)組安裝時(shí)需要首先進(jìn)行固定部分埋設(shè)件安裝，然后安裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)、下機(jī)架和轉(zhuǎn)動(dòng)部分等，最后安裝軸承及輔助設(shè)備。固定部分埋件主要包括尾水管里襯、轉(zhuǎn)輪室、座環(huán)、下機(jī)架、定子等，立式機(jī)組的發(fā)電機(jī)定子部分的安裝是整個(gè)安裝工程中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文以ZD760-LMY-120型水輪機(jī)和SF250-20/1730型發(fā)電機(jī)為例，說明現(xiàn)場安裝工作中怎樣計(jì)算確定立式發(fā)電機(jī)定子安裝控制高程。

2 發(fā)電機(jī)定子高程的計(jì)算方法

立式水輪發(fā)電機(jī)組主要部件安裝的控制高程一般由設(shè)計(jì)院根據(jù)廠家提供的數(shù)據(jù)在設(shè)計(jì)圖紙上標(biāo)明，是我們安裝工作中主要依據(jù)。但是，水輪發(fā)電機(jī)組由不同部件分別組合而成，其尺寸較大，現(xiàn)場一般無法進(jìn)行整體預(yù)裝，由于廠家制造或裝配工藝的原因，機(jī)組的安裝尺寸會(huì)有一定的誤差積累，因此，機(jī)組安裝前一般需要進(jìn)行部件相關(guān)尺寸的實(shí)際測量，對照圖紙復(fù)核相關(guān)尺寸的正確性和誤差大小，根據(jù)實(shí)測的數(shù)據(jù)，重新計(jì)算主要部件的控制高程（參見圖1），復(fù)核與圖紙?jiān)O(shè)計(jì)高程的偏差，計(jì)算成果可以作為安裝的主要依據(jù)。

2.1 部件尺寸測量

2.1.1 轉(zhuǎn)輪法蘭面到轉(zhuǎn)輪臺肩距離h1

用深度游標(biāo)卡尺測量水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪的法蘭組合面到轉(zhuǎn)輪臺肩的距離，分別測量對稱的4個(gè)方位，取其平均值作為h1的數(shù)值，本機(jī)組h1=25 mm。

2.1.2 水導(dǎo)軸承安裝面到支持蓋下端平面的距離h2

水導(dǎo)軸承安裝面為精加工面，可以作為水輪機(jī)上部固定部分安裝的高程測量基準(zhǔn)，使用檢驗(yàn)平尺或鋼直尺立面放于支持蓋下端圓平面上，用深度游標(biāo)卡尺（0～600 mm加長加寬基座600 mm）的基座平放于水導(dǎo)軸承安裝面，測量該面到檢驗(yàn)平尺或鋼直尺的距離，分別測量對稱的4個(gè)方位，取其平均值作為h2的數(shù)值，本機(jī)測得h2=434 mm。

測量操作時(shí)可根據(jù)需要，從頂蓋上部抽出固定導(dǎo)葉軸，取出部分活動(dòng)導(dǎo)葉，從而方便測量。

2.1.3 水輪機(jī)軸長度h3

平放水輪機(jī)大軸，使用鋼卷尺測量大軸兩個(gè)法蘭之間的距離，測量對稱四個(gè)方位的數(shù)值，取其平均數(shù)作水輪機(jī)軸長h3值，本機(jī)測得h3=4 339 mm。

圖1 定子安裝高程計(jì)算圖

2.1.4 支持蓋底平面到轉(zhuǎn)輪室上平面距離h'

在轉(zhuǎn)輪室的上平面水平拉一條鋼琴線（直徑0.20 mm），使鋼琴線剛剛接觸支持蓋下部側(cè)面，對稱4個(gè)方向用直尺測量支持蓋底平面到鋼琴線的距離，取其平均值即為h'，本機(jī)測得h'=69 mm。

2.1.5 轉(zhuǎn)子磁極中心到發(fā)電機(jī)軸法蘭面距離h4

轉(zhuǎn)子到達(dá)現(xiàn)場，一般水平橫放在鋼支架上，用鋼琴線在轉(zhuǎn)子制動(dòng)環(huán)平面和大軸法蘭平面分別垂直懸掛鋼琴線，對稱4點(diǎn)分別量出鋼琴線之間的距離，取平均數(shù)得L2值，本機(jī)實(shí)測L2=833 mm。

再用深度千分尺在20個(gè)磁極量出制動(dòng)環(huán)平面到轉(zhuǎn)子鐵心硅鋼片下平面的距離h，計(jì)算20個(gè)數(shù)據(jù)平均值即得L1：

本機(jī)實(shí)測平均值L1=90 mm。

同樣，用游標(biāo)卡尺測量20個(gè)磁極鐵心硅鋼片上、下面的距離h'，計(jì)算20個(gè)數(shù)據(jù)平均值即得轉(zhuǎn)子磁極鐵心平均高度L：

本機(jī)實(shí)測平均值L=174 mm。

計(jì)算轉(zhuǎn)子磁極水平中心到發(fā)電機(jī)軸法蘭面距離h4：

根據(jù)發(fā)電機(jī)廠家圖紙標(biāo)注h4=1 011 mm，即裝配、工藝積累誤差造成比設(shè)計(jì)值小1 mm,就是說轉(zhuǎn)子磁極平均中心比設(shè)計(jì)位置降低1 mm。

2.1.6 定子上法蘭平面到定子磁場中心的距離H1

（1）用加長加寬基座深度游標(biāo)卡尺（0～600 mm加長加寬基座600 mm）測量定子上法蘭面到定子鐵心硅鋼片上面的距離L1'，測量時(shí)，深度游標(biāo)卡尺基座平放于定子法蘭面，本機(jī)測量采用對稱20點(diǎn)數(shù)據(jù)，取其平均值作L1'=381 mm。

（2）用游標(biāo)卡尺測量對稱20個(gè)點(diǎn)的定子鐵心硅鋼片上、下平面距離，計(jì)算所得數(shù)據(jù)的平均值即得定子鐵心硅鋼片的平均高度L'=175 mm。

（3）定子上法蘭平面到定子磁場水平中心的距離H1：

2.2 定子安裝高程計(jì)算

定子安裝時(shí)需滿足定、轉(zhuǎn)子磁場中心一致的要求，GB/T 8564-2003《水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范》的9.5.3作出規(guī)定：按水輪機(jī)法蘭高程及各部件實(shí)測尺寸核對定子安裝高程，應(yīng)使定子鐵心平均中心高程與轉(zhuǎn)子磁極平均中心高程一致，其偏差不應(yīng)超過定子鐵心有效長度的±0.15%，但最大不超過±4 mm。根據(jù)該要求，轉(zhuǎn)子磁極中心應(yīng)略低于定子磁場中心，可以保證定子對轉(zhuǎn)子有微小的向上的磁拉力，有利于減小推力軸承的載荷。

ZD760-LMY-120型水輪機(jī)采用結(jié)構(gòu)簡單的內(nèi)調(diào)節(jié)式導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，底環(huán)是在轉(zhuǎn)輪室上平面布置的，與轉(zhuǎn)輪室一體。該導(dǎo)水機(jī)構(gòu)部分設(shè)計(jì)簡單，頂蓋與支持蓋的定位由導(dǎo)葉軸加工面及安裝精度保證，其結(jié)構(gòu)如圖2所示，頂蓋及支持蓋的垂直及水平方向由固定導(dǎo)葉軸定位完成，垂直度由16根固定導(dǎo)葉軸兩端的軸頸與底環(huán)和頂蓋的圓柱孔配合保證，水平度則由兩端軸頸的臺肩與底環(huán)和頂蓋的平面配合保證。轉(zhuǎn)輪室、頂蓋、支持蓋、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等已在出廠時(shí)整體調(diào)整完好，轉(zhuǎn)輪室、頂蓋、支持蓋的同心度由廠家保證，現(xiàn)場對轉(zhuǎn)輪室及導(dǎo)水機(jī)構(gòu)等固定部分可以作為整體安裝，無需進(jìn)行解體，只需要對支持蓋上的水導(dǎo)軸承安裝孔和轉(zhuǎn)輪室進(jìn)行同心度復(fù)查。其中，水導(dǎo)軸承安裝面和安裝孔均為精加工面，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)水平度在該面放框式水平儀測定，可以作為上部（主軸水封、下機(jī)架、定子等）固定部件的高程、中心的安裝基準(zhǔn)。

圖2 內(nèi)調(diào)節(jié)式導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)

（1）尾水管里襯在土建預(yù)埋時(shí)已經(jīng)定位，在里襯頂面劃出X、Y坐標(biāo)線記號，根據(jù)土建預(yù)留的機(jī)組X、Y軸線及高程基準(zhǔn)點(diǎn)，復(fù)核里襯頂部高程和X、Y坐標(biāo)線的偏差大小。里襯頂面高程為14.11 m。

（2）轉(zhuǎn)輪室頂面高程：圖紙標(biāo)示及實(shí)測復(fù)核，轉(zhuǎn)輪室底部法蘭面到頂部平均高度490 mm，所以，轉(zhuǎn)輪室上平面高程為：

（3）支持蓋底部圓環(huán)平面高程：

支持蓋導(dǎo)軸承安裝平面高程H軸承：

（4）輪葉水平中心高程H葉：由圖紙標(biāo)示轉(zhuǎn)輪室上平面到轉(zhuǎn)輪葉片水平中心距離為254 mm，則：

（5）轉(zhuǎn)子磁場中心高程

轉(zhuǎn)輪臺肩平面到支持蓋底平面設(shè)計(jì)距離為10 mm，則：

轉(zhuǎn)子磁場平均中心到支持蓋底平面高差=h1+h3+h4-0.010=0.025+4.339+1.010-0.010=5.364 m

所以，轉(zhuǎn)子磁場平均中心高程=H支底+5.364=14.531+5.364=19.895 m

（6）定子上法蘭平面高程：

按照定鐵心平均中心高程與轉(zhuǎn)子磁極平均中心高程一致的要求，所以定子磁場水平中心線的高程應(yīng)為19.895 m，定子上法蘭平面高程=19.895+H1=19.895+0.469=20.364 m。又因?yàn)樵试S的偏差值不超過定子鐵心有效長度的±0.15%，最大不超過±4 mm，因此，定子上法蘭面的控制高程H：

由L'=175 mm，計(jì)算得0.15%L'=0.26 mm值很小，可忽略不計(jì)，定子法蘭控制高程為20.364 m。

（7）定子基礎(chǔ)板平面高程：

定子高度測量平均值H2=800 mm，

所以，定子基礎(chǔ)板高程=定子上平面高程-H2=20.364-0.8=19.564 m。

3 安裝注意事項(xiàng)

（1）定子上平面圖紙?jiān)O(shè)計(jì)高程20.366 m,實(shí)測計(jì)算的高程為20.364 m，兩者相差2 mm。實(shí)測計(jì)算值20.364 m應(yīng)作為定子法蘭上平面的控制高程，比設(shè)計(jì)位置降低2 mm。定子基礎(chǔ)板平面控制高程應(yīng)為19.564 m，上機(jī)架安裝高程也會(huì)降低2 mm。若實(shí)測計(jì)算值誤差較大（較低或較高）時(shí)，推力頭安裝前，應(yīng)考慮測量推力油槽擋油圈上端與推力頭內(nèi)頂圓面之間的間隙，防止運(yùn)行中擋油圈上端位置低時(shí)甩油或高時(shí)碰擦，如不合要求，應(yīng)處理擋油圈上端尺寸。推力瓦的每個(gè)抗重螺栓、鎖定螺栓高度也要相應(yīng)調(diào)整。本例誤差較小可忽略不計(jì)。

（2）下機(jī)架基礎(chǔ)安裝高程一般到定子基礎(chǔ)板設(shè)計(jì)有一定高差尺寸，由于定子基礎(chǔ)板高程較設(shè)計(jì)下降2 mm，所以，下機(jī)架基礎(chǔ)板高程應(yīng)比到定子基礎(chǔ)板設(shè)計(jì)高差減小2 mm，這樣才可以保證下導(dǎo)軸承與軸領(lǐng)的相對設(shè)計(jì)位置。

（3）安裝過程中，轉(zhuǎn)子已吊入定子內(nèi)，應(yīng)調(diào)整轉(zhuǎn)動(dòng)部分高程，在鏡板初調(diào)水平，裝入絕緣調(diào)整墊，需要在盤車測量擺度之前，實(shí)測定、轉(zhuǎn)子鐵心硅鋼片上平面相對高差，即定子鐵心平均中心高程與轉(zhuǎn)子磁極平均中心高程之差。

定、轉(zhuǎn)子鐵心中心相對高差測量需要自制深度卡尺，直接測量硅鋼片上平面的高差值，點(diǎn)數(shù)選擇可與轉(zhuǎn)子磁極數(shù)相同，然后計(jì)算出相對高差的平均值，進(jìn)一步確定定、轉(zhuǎn)子磁場中心高程差，使之符合規(guī)程要求。正常后，恢復(fù)機(jī)組正常運(yùn)行。

圖14 流量調(diào)節(jié)閥位置示意圖

（2）如調(diào)整流量調(diào)節(jié)閥開度，不能恢復(fù)3號球閥正常的啟閉時(shí)間，請清蓄運(yùn)行人員向調(diào)度申請緊急停機(jī)檢修。拆卸3號球閥主配壓閥，檢查閥芯11、底層銅套4、中層銅套6、上銅套壓環(huán)8和閥芯下軸套9密封面的磨損情況，對磨損嚴(yán)重的密封面進(jìn)行補(bǔ)焊、打磨平整后回裝，調(diào)節(jié)流量調(diào)節(jié)閥開度，3號球閥啟閉時(shí)間正常后，恢復(fù)機(jī)組運(yùn)行。

5 結(jié)語

此次清蓄電廠3號球閥主配壓閥內(nèi)漏缺研究，探討了球閥主配壓閥可能的內(nèi)漏原因，現(xiàn)場采取的處理措施及缺陷擴(kuò)大可以采取的應(yīng)急處理。從原因查找到缺陷處理都是一個(gè)探索與學(xué)習(xí)的過程，為后續(xù)類似缺陷的處理積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，對后續(xù)類似的缺陷處理及原因查找提供了借鑒。