300MW机组水轮机改造安装施工技术研究

赵亮 李鹏飞 郭红波

【摘要】白山水电站作为东北地区最大的电站运行至今已经将近30年之久，经过这么多年气蚀、水锤、振动及频繁拆卸检修的情况下，设备存在一定的安全隐患。比如在运行中出现异常振动、水轮机出力下降、轴瓦温度过高、机械过速等都是常见现象。本文主要针对白山水电站300MW水轮发电机组导水机构改造预装每道工序的安装及过程中的难点分析。

【关键词】300MW  改造  机组中心  导水机构预装

一、水轮机基本概况

白山水电站水轮机改造和其他常规水轮机安装不同，它是在底环与原座环之间设计增加一个基础板，基础板留有2mm的加工余量。在座环上、下法兰面水平度调整过程中，为保证基础板精准的加工尺寸，需要用高精度的精密水准仪，测量上、下法兰面各96个点高低差，依据测量数据，现场通过手工打磨使法兰面高程差控制在每米0.02mm之内，设计标准每米0.05mm，远远高于设计要求。通过导水机构预装反算出基础板的加工余量。

二、应用前景

（一）国内市场

据统计国内很多大、中、小型电站都是在19世纪七八十年代投产运行发电的，这些机组随着运行年限的增加，以及承担调峰所提出的新要求，都需要在新技术、新设备上进行更新改造，以便提高机组的运行可靠性，还能延长机组的使用寿命，并增加机组的出力产生更多的经济效益。

（二）今后应用前景

国产第一批水轮发电机组都受当时的设计、材料、工艺等多方面因素影响，加之多年运行，设备老化问题日趋严重，已经不能满足当前运行要求，在现在以及今后一定的时间内，国产水轮发电机组进行改造是必然的。本项目的研究成果对类似工程具有重要的参考价值，提出的300MW机组水轮机改造导水机构预装技术具有重要的推广应用价值，供今后类似工程经验借鉴。

三、导水机构改造过程难点分析

导水机构改造过程中的施工难点及预期研究内容：300MW机组水轮机改造在国内尚未有成型的技术，在施工中难免会有一些不可预估的问题，导致工期、材料、安装工序等成本的增加。300MW水轮机改造中导水机构中基础板的配刨及安装精度都比较高，在施工中也是难点、要点。本研究的主要内容如下：

（1）对导水机构预装中机组中心确定。由于水轮机部件全部拆除，水轮机部分在预装过程中需要对机组中心进行确定，因为发电机定子未动，通过电测法测量定子中心，反推出水轮机中心。

（2）导水机构第一次预装对基础板安装及二次加工量计算。由于基础板在制造过程中留有一定的加工量，基础板安装精度高，在第一次预装中，需通过测量计算出基础板的二次返厂加工量，使其达到安装技术要求。

（3）导水机构第二次预装主要对导叶端面间隙调整及保证顶盖抗磨板到底环抗磨板H值的要求。通过导叶高度，调整导叶端面间隙，使其满足安装技术要求。

四、300MW导水机构改造预装措施

（一）安装工艺及方案

导水机构预装流程图

（二）底环组装和基础板组装

（1）将底环清洗干净，组合面应无高点和毛刺，组装前应使用酒精进行清洗。在安装间放置8个支墩，各支墩上部各放置1对楔子板，利用水准仪初调楔子板的水平偏差，偏差度应在0.50mm之内。

（2）因底环组合缝处空间有限，不能使用液压工具对其进行螺栓拉伸，底环组合缝螺栓拉伸使用大锤敲击方式进行打紧。

（3）使用大锤敲击方式拉伸完成后检查组合面间隙和底环圆度，组合面间隙应0.05mm不通过，局部间隙应不超过0.10mm， 底环圆度应在0～0.4mm之内。

（4）基础板分为两瓣组成，将基础板清洗干净，组合面应无高点和毛刺，组装前应使用酒精进行清洗。在安装间放置6个支墩，把基础板平放在支墩上，利用桥机将底环水平吊起，吊至基础板上方，按照图纸方位底环水平落在基础板上，把合底环和基础板之间螺栓。底环与基础板螺栓把合时所有螺栓应在螺栓孔中心位置。

（三）顶盖组装

（1）在安装间放置8個支墩，各支墩上部放置1对楔子板，利用水准仪初调楔子板的水平偏差应不大于0.50mm。并在地面上放出顶盖内外直径样线，在样线范围内安放支墩并调整其水平。

（2）清扫和去除顶盖下表面、座环法兰上表面、顶盖组合面的毛刺和高点。

（3）工地组合时，在顶盖分瓣面上涂密封胶，清扫密封槽装上密封条。

（4）将顶盖放于楔子板上，将两瓣组合成为整体，盖组装前清理干净，顶盖合缝面涂515密封胶，螺栓全部安装完成后，使用大锤把所有螺栓按安装顺序进行打紧，打紧完成后利用厂家提供专用拉伸工具对顶盖合缝螺栓进行拉伸，拉伸也是按安装顺序进行拉伸，拉伸力矩为图纸要求。

（5）顶盖各个组合面的间隙、错牙检查合格后，可以对组合螺栓进行点焊锁定。

（6）顶盖下部抗磨板装配安装，其联接螺栓孔按厂家要求进行封堵。

（7）清洁和检查活动导叶上端部密封组件，预装在顶盖底部表面的密封槽内，并检查凸出高度和压缩量，如有必要进行处理。

（8）在中心挂钢琴线，检查顶盖的各直径、圆度。

（四）机组中心确定及基础板加工量测量

（1）将底环按方位吊入机坑，底环方位偏差确定在1.5mm之内，测量记录底环上平面水平度。

（2）将顶盖按方位吊入机坑，方位偏差与底环方位相同，然后把合顶盖二分之一的螺栓，测量顶盖与座环之间0.05mm塞尺不通过，底环、顶盖全部吊入以后测量底环与定子中心，测量之前将内径千分尺提前半小时放入机坑保证尺的温度和设备相同，以确保内径千分尺的精确度，测量数据时应由二到三人轮流测取数值，并记录对比，消除读数误差。因改造时定子位置不变，水轮机机组中心全部以定子中心为准，反推底环中心，与底环中心偏差在0.15mm之内，与座环把紧螺栓全部把合。

（3）底环中心、顶盖中心根据定子中心确定好后，对基础板进行点焊，在座环上距离500mm进行点焊一处。

（4）用冷却后的内径千分尺测量顶盖与底环抗磨板之间的距离、顶盖高台处与底环抗磨板之间的距离，按24等分点，每个轴孔内外两侧分别采取4点进行测量并记录，根据导叶瓣体长度尺寸及导叶断面间隙计算基础板的加工量，同时兼顾底环的水平度数据。计算出基础板需加工去除的厚度，以满足第二次预装的要求。

（5）拆除顶盖和底环，利用打冲眼方式，做好基础板钻眼攻丝位置。基础板按照之前做好的标记，在座环上进行钻孔和攻丝。

（五）导水机构第二次预装（底环安装）

（1）此次属于水轮机改造，定子基础不动，所以中心按照定子中心为准，在底环吊入机坑后，以定子为中心反推底环中心，定子测量上、中、下各16点，底环测量16点来确定机组中心。

（2）将座环的上法兰面及镗口清理干净，座环上法兰的螺钉孔清理干净，螺纹处涂上凡士林，清理基础板，将基础板按原方位标记点与座环下法兰把合。

（3）将加工完成的基础板按照标记吊入基坑，装入销钉并把所有内六角沉头螺栓把合，螺栓把合完成后检查基础板与原座环之间间隙，使用0.15mm塞尺进行检查，检查合格后对基础板内外圈分别按对称8点进行点焊。

（4）安装底环专用吊装工具，将底环吊入机坑，根据转轮室上法兰上的X、Y基准线与底环上的X、Y基准线进行找正，粗调底环中心，此时应保证底环与转轮室上法兰之间的间隙基本均匀。

（5）检查底环尺寸位置同转轮室相应位置的错牙情况（底环过流圆弧面与基础环过流表面之间的错牙）。

（6）放置平台，用于底环水平、高程检查和中心调整测量

（7）在机坑内挂装钢琴线，以转轮室上水轮机安装高程断面中心为基准，安装钢琴线，钢琴线X方向偏差不大于0.05mm，Y方向偏差不大于0.05mm，且X、Y方向的合成偏差不应大于0.05mm。圆周8等份测量底环位置与转轮室的同轴度偏差不大于0.50mm。调整合格后均匀把紧底环与基础板的连接螺栓。记录结果。用精密光学水准仪检查底环上表面的高程和水平度，记录下来。其水平偏差不大于0.05mm/m。

（8）当底环的中心、圆度、水平都达到图纸的设计要求并符合国标要求后，把紧底环与座环螺栓，在对称位置按照设计扭力拧紧全部螺栓，固定底环。

（六）导水机构第二次预装（活动导叶预装）

（1）清扫活动导叶轴套和导叶的上下端轴（长短轴），并用干净的白布清扫相对应的顶盖轴套，检查是否有毛刺和高点，并测量检查导叶的高度和上下轴颈尺寸与图纸进行对比是否存在偏差，并做好记录。

（2）清扫并检查活动导叶密封表面：鼻端，尾端，上下表面，用油光锉研磨。

（3）按照导叶编号，清理底环上导叶下轴孔并涂抹黄甘油或凡士林，导叶全部吊入机坑（导叶吊装前应在下轴径表面涂抹凡士林），导叶预装时使用5T手拉葫芦挂在桥机钩上进行吊装，避免导叶进入轴套时进行磕碰，插入相同编号的底环轴套孔内。

（4）当导叶短轴进入轴套时，左右转动导叶确保其能够自由旋转。

（七）导水机构第二次预装（顶盖预装）

（1）在顶盖上安装吊具，使用厂房桥机吊起顶盖，在吊入机坑以前，调整其水平。顶盖预装，因导叶立面间隙属于斜线密封方式，所以导叶整体形状属于扇形，顶盖在预装时需把套筒全部安装在顶盖上，在顶盖上按编号以定位销钉定位装配套筒，定位销钉安装完成后对套筒与顶盖进行把合，螺栓把合完成后用塞尺检查套筒与顶盖是否有间隙，如有间隙需及时的处理，处理完后再吊装。将顶盖吊入机坑，调整其X、Y线与座环X、Y线偏差，偏差方向要与底环的偏差方向一致

（2）检查每个导叶鼻端和尾端上端部间隙，此时活动导叶应处于接近关闭的位置。

（3）将临时平台吊入机坑，放在机坑里衬上口，用来放置求心器。

（4）在机坑中央挂钢琴线，测量顶盖、底环与转轮室的同心度，并调整至规范要求内。

（5）清扫导叶轴颈及附件，转动导叶，观察其转动灵活情况。同时检查测量轴套四周间隙值，并记录。

（6）顶盖中心找正后，至少拧紧一半的顶盖螺丝（有拉伸要求时，此次可不拉伸）。

（7）测量活动导叶端部总间隙，是否达到图纸的设计要求，并测量顶盖内镗口的圆度。

（8）同时检查底环与顶盖之间的开档，圆周面上内、外两圈各测量14点，其偏差应小于0.25mm;同时该开档值应与导叶板体高度、导叶端面间隙的设计值对比。

（八）底环、顶盖与座环销钉孔配钻铰

底环吊装完成后，按照图纸确定8个销钉孔位置，利用磁力钻或直臂钻配钻出直孔圆柱销销8个。顶盖预装完成后，利用磁力钻或直臂钻在厂家事先打好的顶盖销钉孔的引导孔位置上，用钻头配钻出直孔螺尾锥销8个，然后再斜度为1：50锥形铰刀手工配铰（铰孔后期随时用锥销和孔进行适配），直到钻铰深度和孔壁光洁度满足要求后，清理孔内铁屑，涂凡士林油并打入销钉，并做好标记为以后回装时用。

（九）基础板与座环焊接

顶盖、导叶、底环等导水部件全部吊出机坑后对基础板与座环进行焊接，焊接前对基础板、座环焊接处进行清扫，确保清扫符合焊接条件后在进行焊接，焊接前在座环与基礎板之间做基准点进行校核基础板焊接变形量。

五、总结

水轮机在安装过程中对所有的步骤的实施要求都很高，对安装的精度准确度，技术人员的专业素质要求很高，在安装过程中每一个步骤每一道工序确保安装无误，确保安装质量，这样才能节省安装时间，同时保证了水轮机设备的安全长期稳定的运行。

基金项目：本文系2019年中国水利水电第一工程局有限公司白山机电安装分局项目《300MW机组水轮机改造安装施工技术研究》科技立项项目。

作者简介：赵亮（1988-）男，吉林通榆人，本科，中级工程师，研究方向：水利水电工程;李鹏飞（1995-）男，河南杞县人，本科，研究方向：水利水电工程;郭红波（1987-）女，吉林四平人，本科，助理政工师，研究方向：水利水电工程;姚培显（1989-）男，吉林吉林人，本科，助理工程师，研究方向：水利水电工程。