CCS水电站冲击式水轮机组喷嘴安装技术

程远章，周玉龙

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装分公司，云南昆明650032）

CCS水电站冲击式水轮机组喷嘴安装技术

程远章，周玉龙

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装分公司，云南昆明650032）

厄瓜多尔科卡科多辛克雷水电站（简称：CCS水电站）安装了8台套单机容量为205 MVA的冲击式水轮机组，机组型号为：CJ1176N-L-334.9/6X28。根据CCS水电站结构特点及对喷嘴射流中心到转轮切圆中心偏差的高精度要求，本文主要介绍冲击式水轮机组喷嘴调整、测量、安装施工程序，并总结出高水头、大容量、多喷嘴冲击式水轮机喷嘴安装方案。

CCS水电站；冲击式水轮机组；喷嘴调整垫板调整、测量、加工；喷嘴安装

1　工程概况

厄瓜多尔科卡科多辛克雷水电站于厄瓜多尔东北部，从首都到工程首部约3 h的行程。水电站主要由首部枢纽工程、调蓄水库、引水隧洞、地下厂房、出线场及中控室等建筑物组成，总装机容量150万kW，是厄瓜多尔目前最大的水电站，年发电量88亿kW·h，建成后将满足厄瓜多尔全国1/3人口的电力需求。该电站地下厂房安装8台套单机容量为205 MVA的冲击式水轮发电机组及其附属设备，转轮外径为Φ4 189 mm，转轮切圆为Φ3 349 mm，额定水头604.1m，额定转速300r/min，额定流量34.7m3/s。因此，该电站具有额定水头高、六喷嘴、转轮水斗数量多等结构特点。

2　喷嘴调整垫板加工数据测量

2.1数据测量前应具备的条件

（1）机组埋件部分施工完成，并且浇筑混凝土达到强度要求；

（2）基坑内安装工作面清扫完成，施工平台搭设完成，具备施工条件；

（3）配水环管分支出口法兰中心高程复测完成；机壳上法兰高程、水平、中心复测完成；

（4）水轮机主轴已吊入机坑并支撑在水机室内机壳上法兰，主轴的水平≤0.02mm/m、高程611.245m（-25 mm），中心≤±0.05 mm已调整完毕，并将主轴固定牢固，在圆周方向对称架设4块百分表进行监测；

（5）厂家提供的专用工具进行检查：模拟喷嘴、模拟转轮、标准调整垫板（厚度为30 mm）、测杆（长度为1 574 mm）等进行检查满足图纸要求。

2.2数据测量质量要求

喷嘴射流中心与转轮分水刃切圆距离允许偏差≤±2 mm，喷嘴射流中心与转轮分水刃切圆高程允许偏差≤±1 mm。

2.3测量工具的安装

2.3.1模拟喷嘴安装

全面清理配水环管法兰面、螺孔、喷嘴及调节法兰的组合面、螺孔及止口，然后对称地穿入螺栓，先将标准调整垫板把合在配水环管法兰上，再将模拟喷嘴把合在配水环管法兰上，把合螺栓上加凹型垫片（一般为20片，4个方向要一致），然后安装。并用白布将法兰组合面上部遮盖，以免在施工过程中其他杂物进入组合面，从而使法兰组合面不能充分接触，影响其测量精度，以致造成后序调整垫板配割数据有误，4个轴线方向安装4个调节螺钉及4块百分表，调节螺钉用来调整模拟喷嘴射流中心与转轮内切圆的径向偏差；百分表用来监测模拟喷嘴法兰与标准调整垫板之间的相对运动量。

2.3.2模拟转轮安装

中心轴及模拟转轮荷叶安装在主轴下法兰上，组成模拟转轮。模拟转轮的中心轴安装时要与主轴同心度偏差≤0.05 mm，垂直度≤0.1 mm；模拟转轮荷叶中心的安装高程应保证在611.10 m（0～+0.4 mm），同时保证模拟转轮荷叶支架的水平。模拟转轮荷叶水平的验证方法是：在模拟转轮荷叶支架的轴向和径向方向架设2块百分表，将支臂旋转360°，查看主轴径向及轴向百分表的变化量，即为主轴与中心轴的同心度及垂直度。反复调整，直到模拟转轮荷叶支臂的水平度及与主轴同心度满足上述要求。

2.3.3钢琴线安装

将1 mm钢琴线从喷嘴内部精调整垫片、模拟喷嘴穿出，与模拟转轮荷叶中间的线槽相切并用小螺钉坚固。

2.4数据测量及处理

（1）如图1所示安装好调整工具后，用水准仪测量模拟转轮荷叶的高程，使其满足与上部机壳距离为2 110±0.5 mm.由于考虑到喷嘴安装后由于自身的重量的下沉，测量时可将模拟转轮荷叶高程调至611.100 0～611.100 4 m。即：与上部机壳距离为2 109.6～2 110 mm，且6个喷嘴测量时模拟转轮荷叶应保持同一高度。

图1　模拟转轮高程及水平调整示意图

（2）根据图2所示，调整钢琴线与模拟转轮荷叶的夹角为90°，用三角函数的方法检查模拟转轮荷叶与钢琴线是否垂直，如：在钢琴线上取一标记点，使其到模拟转轮荷叶与钢琴线的切点的距离为a=1 674.5 mm，模拟转轮荷叶与钢琴线的切点到中心轴的距离b=1 674.5 mm，用三角函数计算直角三角形斜边c=姨a2+b2=2 386.1 mm，如果实际测量斜边距离为2 381±1 mm，则可以认为此角度符合要求，另外再用角尺检查90°角是否正确。

图2　模拟转轮与模拟喷嘴垂直度调整示意图

（3）检查标准调整垫板（厂家提供的30 mm厚钢板）与模拟喷嘴法兰间隙（原始间隙），并做好记录。若原始间隙小于等于0.1 mm，可不做处理，如果原始间隙大于0.1 mm，可将轴线4个百分表位置的间隙调至大于最大的原始间隙，然后记录两法兰整圈间隙，再次将百分表调整至5.0。

（4）用模拟喷嘴法兰上的4个顶丝调整模拟喷嘴，使钢琴线在模拟喷嘴管口居中，记录百分表变化量△-X、△+Y、△+X、△-Y。

（5）用塞尺检查两法兰间隙，至少8个点并记录。并找出最大、最小间隙M、N，标记最大、最小间隙点的位置在配水环管法兰上，用卷尺量出+Y点到最大、最小点弧长L大、L小，最大间隙点位置即为B点，最小间隙点位置为C点，B、C点即为调整垫板的最厚点及最薄点。

（6）用卷尺测量模拟喷嘴管口到模拟转轮荷叶中心的距离H。

（7）用水准仪检查模拟转轮荷叶与模拟喷嘴管口钢琴线的高程差△h。△h的测量主要考虑到喷嘴全部安装完成后检查所有喷针高程时参考。以表1为例。

表14　号机组1号喷嘴实测数据统计表

2.5调整垫板配割厚度及配割中心线角度计算（以表1数据为倒）

（1）调整垫板配割厚度的计算

结合表1实际测量数据计算：CCS电站4号机组1号喷嘴调整垫板加工后B点最大厚度=（30+M）+（H-2390）=35.20 mm；加工后C点最大厚度=（30+N）+（H-2390）=34.5 mm。

（2）调整垫板配割中心线角度计算

作一辅助圆，圆的直径为调整垫板直径（即Φ=1330 mm），根据表1实际测量数据，将L大=750 mm标记在圆上，即为B点，经B点及中心圆点作直线，另交圆周于C点（见图3）。

图3　辅助圆

根据弧长公式可知，∠α=（180×L大）/（πr）=64.6°。

备注：由于实际测量间隙及弧长都会存在一定误差，为保证数据的准确性，可用以下方法验证：作一辅助圆，圆的直径为调整垫板直径（即Φ=1330mm），为使喷嘴射流中心与转轮切圆数据符合规范，配割中心线必处于2、4象限，且配割最大值处于第4象限，故分别在-X轴上取0.5mm，在+Y轴上取0.22mm，为直观起见，分别将其数值扩大1 000倍，即-X轴上取500 mm，在Y轴上取220 mm，分别在该两点做垂直于轴的垂线，两垂线相交于A点，经A点及中心圆点作直线，交圆周于B、C两点，如图3：

故∠α=atan（x/y）=1.1563 rad≈66.25°。

如果验证后角度偏差在5°之内（弧长偏差约60 mm），则认为测量数据准确，在调整垫板上作好B、C点，即可加工。如果角度偏差较大，则需重新测量。

3　喷嘴倒运及安装

3.1喷嘴的运输

调整垫板安装完成后开始倒运喷嘴。喷嘴和折向器按照设计图纸和安装文件组装后，按厂家说明书要求做严密性试验，检查喷针及折向器的动作应灵活。喷管运输前对法兰面及喷针进行保护，防止运输过程对其造成不必要的损害。然后通过专用小车、轨道运输，将喷嘴运至稳水栅。

3.2喷嘴的安装

喷嘴倒运至稳水栅后用3个符合要求的葫芦将喷嘴吊起，缓慢上提至安装位置。吊装过程禁止喷嘴与其它任何设备发生碰撞，吊装过程如图4所示。

图4　喷嘴吊装示意图

喷嘴吊装到位后按设计力矩要求至少对称把紧10颗螺栓将喷嘴固定，依次完成6个喷嘴吊装，然后复测6个喷针的高程偏差及轴向偏差。

4　结语

该测量方法实用于冲击式机组简易模型转轮的数据测量，是一种能够理论与实际相结合更简单，更实用，更精准的方法，可予以推广。

以往调整垫板的配割都采用经验值进行配割，具有反复测试且工作量较大、运输成本高、工期时间长、所需费用高等特点，本文根据现场实际情况及施工经验所提出的调节法兰中心线及最高值的测量方法及简便计算，改变了以往一成不变的安装理念，避免了喷嘴配割后的往复安装、拆卸，使得安装喷嘴工作一步到位，节约时间。

CCS水电站共计8台水轮机，共计48个调节法兰，其所有调节法兰均按此方法进行测量、计算、配割，配割后的所有调节法兰与喷嘴安装后测量数据一次性达到设备控制精度要求，一次合格率达到100%。

TV734

B

1672-5387（2016）09-0013-03

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.09.005

2016-04-15

程远章（1987-），男，助理工程师，从事水利水电施工技术管理工作。