3陕西镇安抽水蓄能有限公司，陕西镇安 711500
摘 要：本文主要介绍了浙江仙居抽水蓄能电站导水机构的主要结构特点，安装工艺，安装流程，安装中遇到的问题及解决办法。
关键词：底环；顶盖；导叶传动机构；自润滑；临时钢支撑
浙江仙居抽水蓄能电站位于浙江仙居，距离杭州140km。该电站是一座日调节纯抽水蓄能电站，共安装4台375MW的立轴单级混流可逆式水轮机组，水泵水轮机及附属设备由哈尔滨电机厂有限责任公司制造。水轮机工况额定出力375MW，额定水头447m，额定转速375r/min。水泵水轮机导水机构主要由底环、顶盖、20个活动导叶及其作机构等组成，导水机构安装高程107.0m。导水机构在工厂进行预组装，同时现场对10个活动导叶及顶盖进行预装。活动导叶和顶盖、底还的抗磨板采用耐腐蚀、抗磨损的不锈钢材料制造；活动导叶的上、中、下轴承轴衬采用德国进口DEVA自润滑材料，长期运行无需作特殊润滑处理。
1 主要部件的结构特点
1.1 底环
底环为整体结构，最大外径Φ6524mm，重64T，除抗磨板及底环过流面为不锈钢材质，其余材质都为Q345C；底环通过80-M36双头螺柱与座环连接，在工地与座环把合封焊后埋在混泥土中。底环的两个法兰面与座环的法兰面连接,第一个法兰面中有一道10mm的0型盘根,在第二个法兰面还有一道中12mm的0型盘根，且有8颗定位销钉和80颗M36的连接螺栓连接底环和座环；下固定止漏环直径为Φ2794mm，结构型式为台阶式,材质为ZCuAL9Fe4Ni4Mn2；在导叶下轴孔底部设置导叶漏水排水管和接口，用于排水和减少导叶上浮量。
1.2 顶盖
顶盖最大外径Φ7030mm，分为两瓣，重量约127.4T，主法兰采用双平板下法兰结构，设有20个肋板，具有足够的强度和刚度以减小最大压力脉动及飞逸工况下产生的振动。通过96颗M95的螺栓和6颗定位销钉与座环的上法兰连接，顶盖的密封面与座环的通过两道12mm的0型盘根严密接触，上固定止漏环结构型式为梳齿式,外径为Φ2890mm用10颗定位销钉和60颗M24连接螺栓与顶盖连接。
1.3 活动导叶及活动导叶轴承
活动导叶全长为3001mm,叶片高为425mm，导叶单重为1.8t,材质ZG06Cr13Ni4Mo不锈钢，立面密封方式为刚性硬止水，局部间隙不大于0.05mm,其长度小于导叶高度的1/4。导叶上端采用“O”型密封圈，轴颈密封采用“U”型密封作为导叶轴密封，该密封具有良好的自调节补偿性能，可以有效的保护导叶，减小漏水和磨损。导叶的轴承包括上、中、下导轴承，中、下轴承和见图1，上、中、下轴承结型式一样，由德国进口DEVA轴衬组成，轴衬具有自润滑的特性。为增加支撑刚度,防止共振，导叶采用偏心设计，上轴颈和中轴颈之间的偏心量0.5mm。
1.4 导叶传动机构
导叶传动零件每台20组，由套筒、端盖、导叶臂、连接板、偏心销、连杆销、控制环、剪断销、摩擦装置等组成（见图2）。控制环采用Q235钢板焊接结构，控制环放置于顶盖之上，通过顶盖上的水平和圆周方向导向块导向，且在顶盖上装有控制环压板，控制环位于导叶节圆直径内。在每个导叶的传动机构上设置可更换的剪断销，如果一个或几个导叶被卡住，剪断销可以在开启或关闭方向的力作用下破断，以保护传动机构的其它部件不致被破坏。为防止剪断销破断后导叶的自由转动，在导叶臂和连接板之间装设有摩擦装置，并通过顶盖上的限位块对导叶臂进行限位，控制剪断状态导叶摆动范围以防止连锁破坏现象的发生。导叶臂与导叶间设置2-φ50的锥销销套，用以将接力器操作力传递给导叶，控制导叶的开关，导叶臂下方安装有两个止推压板起限位作用，同时防止导叶上浮，调节螺栓装在端盖上，用于调节导叶断面间隙和控制导叶自重下落。
2 导水机构的安装
座环的三个法兰面在现场进行二次机加工，并现场对活动导叶、顶盖进行预装，导水机构安装工艺图如下：
2.1 底环安装以及安装中遇到的问题
（1）底环的吊装遇到的问题
仙居电站座环/蜗壳经过现场组圆焊接，混凝土保压浇筑后，需在机坑内对座环各个法兰面、止口进行找平打磨加工，此工序用时较长（一般为30~40天）。机坑里衬在EL.112.85m高程处，直径由7700mm渐变为5100mm，由于底环最大外径Φ6524mm且为整体结构，决定了土建在浇筑到EL.112.85m高程时，要等座环机加工完成，将底环吊入基坑就位后，才能进行EL.112.85m以上高程的混凝土浇筑，为了较少机电设备安装对土建工期的影响，加快机组混凝土工程施工进度。故在座环机加工前，将底环吊入基坑，悬置在EL.111m高程事先制作好的临时钢支撑上面，在进行座环机加工的同时，土建能够对中间层板梁的浇筑，这样既可以保证座环打磨工期，也不影响土建施工进度。
（2）起吊底环钢丝绳的受力计算
采用4根6×36SW+1WR，F67，L=6m环形钢丝绳,4个55t卸扣，利用底环上对称均布的4个吊攀起吊。因为4个吊点对称均布，钢丝绳受力情况一致，下面任意列举一个吊点进行受力计算。
该点选用1根6×36SW+1WR，F67，L=6m环形钢丝绳即两股使用，故单股钢丝绳承受荷载为：
Gp=[（W1+W2）/cos]/8
=[（61+0.2）/cos20°]/8
=8.141t
式中：Gp-单根钢丝绳承受荷载；
W1-设备重量；
W2-吊具重量（钢丝绳和卸扣总重约0.2t）；
a-钢丝绳与垂直面夹角，计算得20°。
Ф67钢丝绳为6×36SW+1WR，抗拉强度为1770MPa系列钢丝绳。
钢丝绳的破断拉力为:
F。=K＇*D?*R。/1000
=0.319*672*1770/1000
=2534.62KN D?
式中：F。-钢丝绳最小破断拉力，KN
D-钢丝绳直径，mm
K＇-钢丝绳最小破断拉力系数，0.319（GBT20118-2006，表5，6x37（b）钢芯钢丝绳）
R。-钢丝绳公称抗拉强度，MPa
钢丝绳的安全系数为：
K=F。/2Gp×9.8
=2534.62/2×8.141×9.8
=15.8847
故选用6×36SW+1WR，Φ67钢丝绳作为该吊点的钢丝绳，能满足吊装要求。
（3）底环的安装
1）底环吊装前，对底环与座环接触面进行全面清扫，检查起吊用的钢丝绳和卸扣是否完整。
2）如图3所示利用底环上的4个吊攀，使用主吊钩将底环吊入机坑。
图3
3）旋转底环到正确的位置，缓缓放下底环到最终的位置，测量底环水平满足要求后穿上底环与座环把合螺栓。
4）清理底环与下止漏环把合面无毛刺后，用厂房桥机将下止漏环放置在安装位置，然后打入下止漏环与底环定位销钉，最后穿入把合螺栓按照力矩要求预紧所有把合螺栓。
5）测量下止漏环与座环上环板的同心度调整底环中心符合要求后，根据螺栓力矩要求预紧底环与座环所有的把合螺栓。
6）复测底环中心、水平、方位、高程做好验收记录。
2.2 转轮吊入机坑调整
（1）转轮安装步骤
转轮吊入机坑前，根据下止漏环中心用钢丝线将其中心返在机坑里衬上段管壁上，用于顶盖、下机架及定子安装中心基准。
1）检查转轮高度尺寸，并与厂家加工后尺寸进行比较。
2）检查转轮开口尺寸并作原始记录，用于后续工作的依据（导水机构上、下抗磨环间隙进行比较）。
3）检查转轮与底环止漏环配合尺寸间隙，先用内径千分尺测量相互垂直两个方向的转轮出口直径，再用外径千分尺测量转轮水轮机模式出水边厚度，并与底环止漏环X、Y轴线方向直径进行比较，计算出转轮与止漏环间隙。设计单边间隙为1.835~2.165mm，偏差不宜过大，并且转轮圆度不应超过0.1mm。
4）在底环止漏环位置法兰面X、Y轴线方位布置8对总厚度为10mm的楔子板，用水准仪测量并调整楔子板高程，偏差应小于0.5mm。
5）楔子板调整好后在上平面垫0.5mm铜皮对转轮进行保护。
6）安装转轮吊具，用桥机300T吊钩吊装转轮至机坑，缓慢将转轮落到楔子板上，拆除吊具。
7）用水准仪测量转轮上法兰面水平度，保证上法兰面水平度不超过0.02mm/m，若超标，则利用楔子板进行调整，直到水平度满足要求为止，在转轮下环处用8个楔子对转轮进行临时定位，并在锥管与转轮下端面处X、Y方向各架设一块百分表监测。
2.3 顶盖组装调整、活动导叶预装及顶盖预装
(1)顶盖拼装
1）用桥机将顶盖上止漏环吊到转轮上，待顶盖在机坑内组合完成后，再将上止漏环与顶盖进行装配。
2）如图4所示在座环上法兰面上靠主副厂房半圆方位布置3个项1支墩，吊装1/2顶盖。用桥机上游侧300T吊钩作主起升挂起吊钢丝绳，下游侧50T吊钩作副起升挂吊装钢丝绳。同时起升300T和50T吊钩，当顶盖离开混凝土面500mm高时，停止起升50T吊钩；继续起升300T吊钩，当1/2顶盖倾斜一定角度后，行走桥机至机组中心，50T和300T吊钩同时下降，当下游侧顶盖快接触座环时300T吊钩停止下降，缓慢起升50T吊钩，根据顶盖位置300T吊钩配合下降，直到将顶盖调平，同时下降50T和300T吊钩，吊装1/2顶盖就位。
3）按照图5所示安装项2、项3、和项4这三个支墩，用同样的起吊方法将另一瓣顶盖吊入机坑并放置在该支墩上。
4）清理顶盖分瓣组合面并安装密封盘根。用千斤顶调整好分瓣顶盖的位置与错牙，用液压拉伸器和电加热器按螺栓拉紧程序拉紧组合螺栓。
5）吊起顶盖，拆除下部支墩，清理座环表面，将顶盖临时放到座环上，测量底环抗磨板与顶盖抗磨板之间的开档并记录，计算导叶端面间隙值应满足设计要求。
6）用主厂房桥机将顶盖吊到机坑里衬上部，用4根螺杆进行悬挂存放；
图5
(2)活动导叶预装
1）分别将10个活动导叶按厂家编号如图6所示吊入机坑进行安装。活动导叶进入下轴套时必须缓慢，并且来回转动至活动导叶进入轴套。检查活动导叶与底环抗磨板之间应无间隙。
图6
(3)顶盖预装
1）预装10个已清洗干净的套筒。
2）利用一个300T桥机大钩起吊顶盖，松开顶盖锁定螺栓。根据顶盖安装X-X及Y-Y线旋转顶盖方位，利用导叶与顶盖间隙调整顶盖至中心位置后缓缓放下顶盖至座环法兰面。
3）调整顶盖中心使其达到转轮与上迷宫环间隙及顶盖与导叶间隙的各项技术要求。
4）顶盖和座环把合螺栓预紧一半后，顶盖与座环定位销钉孔和套筒与顶盖定位销钉孔同钻铰。
2.4 活动导叶及顶盖正式安装
（1）活动导叶正式安装
1）先对参与预装的10个导叶依次拔出，清洗底环导叶孔和底环抗磨板除去高点毛刺后，安装导叶孔U型密封圈和O型圈，在活动导叶进入下轴套时必须缓慢，并且来回转动至活动导叶进入轴套。检查活动导叶与底环抗磨板之间应无间隙。
（2）顶盖正式安装
1）再次清扫顶盖的导叶轴套和组合面，安装顶盖与座环的止漏密封圈。利用桥机将顶盖小心地吊装至座环上法兰面，待顶盖与座环把合面刚接触时穿入定位销钉定位。
2）测量活动导叶端面间隙和顶盖止漏环与转轮上止漏环的间隙，并记录下来。转动活动导叶灵活后将座环与顶盖螺栓把紧，各拉伸值做好记录。
3）待所有顶盖和座环把合螺栓把紧后，再次测量活动导叶端面间隙和顶盖止漏环与转轮上止漏环的间隙，并记录下来。
2.5 控制环、导叶拐臂及接力器安装
（1）控制环安装
1）将控制环在安装间清扫干净，然后如图7所示布置6个控制环支座（项28）。
图7
2）分别将1/2控制环用两个吊钩缓缓吊入机坑，吊入时要倾斜一定角度通过机坑里衬，然后通过主钩和副钩将1/2控制环调平后放置在控制环支座上，然后在合缝处穿入定位销钉。
3）安装合缝处所有把合螺栓，然后用液压力矩扳手按照预紧设计值对称逐步预紧把合螺栓使组合缝合严。
4）用桥机将控制环整体吊起一定高度后，移走所有控制环支座，然后将控制环旋转至全关位置，最后放置在该位置上。
5）确保控制环处于全关位置后，在四个正方向焊接4块400×100×20mm钢板使控制环与顶盖固定，以免在安装连接板时产生位移。
6）清扫控制环压板，然后安装在正确位置上。调整控制环压板与控制环的轴向间隙在0.3~0.7mm范围内。
（2）导叶拐臂安装
1）用厂房桥机10t电动葫芦采用两个吊点方式吊装拐臂，其中一个吊点用尼龙吊带直接挂在电动葫芦吊钩上，另一个吊点挂一个2t手拉葫芦用来调整拐臂水平。
2）在拐臂进入导叶上轴领时应缓慢降落，并且来回转动至拐臂平整地放置在导叶套筒上。
3）调整止推压板与拐臂止推环的轴向间隙在0.05~0.10mm范围内。
2.6 活动导叶端面、立面间隙调整
（1）活动导叶端面间隙调整
1）导叶端面下部间隙根据实际端面总间隙，按照要求范围进行分配。
2）端面间隙分配完毕后，采用压铅法测量调整垫片的厚度。加工8mm厚预装垫片，配合φ4mm的铅丝，来测量调整垫片的实际厚度。首先用外径千分尺对称测量预装垫片4个厚度并标记测量位置。然后打开导叶端盖，将预装垫片放在安装位置，剪4根长度L=10mm的直径为φ4mm的铅丝，放置在预装垫片的4个测量位置，盖上导叶端盖。在导叶上部和下部安装两块百分表，用导叶提升装置提升导叶，接近设计间隙时用塞尺检查，然后慢慢提升到设计间隙，最终间隙以塞尺读数为准。到达设计间隙后把导叶放下，打开端盖后按照编号取出铅丝，用外径千分尺测量厚度H铅并记录。按照此步骤测量余下的导叶。按照公式H垫= H0+H铅计算出每个调整垫片的厚度，然后根据所测厚度加工垫片
（2）活动导叶立面间隙调整
1）由于活动导叶的上中下轴承都存在一定摩擦力,且摩擦力较大,无法用钢丝绳对活动导叶进行捆绑,因此在连接板与控制环未连接前,用液压千斤顶逐个顶活动导叶到关闭位置,将活动导立面间隙调至零，局部间隙不大于0.05mm，其长度小于导叶高度的1/4。如果活动导叶立面间隙超标，用偏心销进行微调值图纸要求。
2）活动导叶立面间隙满足要求后，用钢丝绳把活动导叶捆绑一圈，钢丝绳两头交叉各挂一个5t手拉葫芦使得钢丝绳处于拉紧状态。
3 结束语
仙居375MW抽水蓄能机组为国内最大的抽水蓄能机组，设备尺寸大、流程复杂,安装要求较高,并有其自身的工艺特点,如套筒中上轴套相对于导叶轴线径向向内偏心0.5mm，导叶摩擦装置以及导叶轴承轴衬的DEVA自润滑材料等。通过对施工措施的编写、施工工艺、施工程序质量控制等每一环节,按照厂家要求、行业规范、国家标准严格把关，并结合类似电站的安装管理经验，成功安装完成了国内单机容量最大的可逆式水泵水轮机组。目前仙居电站1号—4号机组已投入商业运行，各项参数满足合同保证值要求。
论文作者:孙领1,王龙2,权强3
论文发表刊物:《电力设备管理》2017年第4期
论文发表时间:2017/5/25
标签：顶盖论文; 间隙论文; 钢丝绳论文; 转轮论文; 螺栓论文; 吊钩论文; 仙居论文; 《电力设备管理》2017年第4期论文;