杰瑞电站75MW特大型灯泡贯流式导水机构的结构和安装

第38卷第4期水电站机电技术Mechanical&ElectricalTechniqueofHydropowerStationVol.38No.4Apr.2015122015年04月杰瑞电站75MW特大型灯泡贯流式导水机构的结构和安装陈传坤四川德阳618000）（东方电机有限公司，摘要：贯流式机组适合开发低水头水能资源，其中灯泡贯流式机组的应用最广泛。灯泡贯流式机组的发展趋势是大容量和大型化，但是大型化将增加机组安装的难度，其中导水机构的安装直接影响机组的安装工期和质量。与立式机组相比，灯泡贯流式导水机构结构复杂、安装难度大。巴西杰瑞电站灯泡贯流式水轮发电机组额定功率75MW，是目前世界上单机容量最大的特大型灯泡贯流式水轮发电机组。本文主要介绍杰瑞电站导水机构的结构特点和安装工艺，可供其他大型灯泡贯流式导水机构借鉴。关键词：杰瑞；灯泡贯流式；导水机构；安装中图分类号：TM312文献标识码：B文章编号：1672-5387（2015）04-0012-05DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.04.0041电站概况杰瑞电站位于巴西西部与玻利维亚交界处的朗流域上，距州多尼亚州的马代拉河（亚马逊河支流）府波多韦柳约110km。电站分左右两岸，共装有50台单机容量为75MW的特大型灯泡贯流式水轮发电机组，其中右岸28台由ALSTOM、ANDRITZ和左岸22台由我公司设计、制造。左岸VOITH供货，一期12台、的22台机组分为两期：二期10台，截至目前一期已有5台机组投入商业运行，二期已开始尾水管的安装。导水机构总重304t，参与预装部件重量约205t补偿节和（不包括重锤、转轮室、。导叶内环延伸段）3导水机构结构杰瑞导水机构包括：导叶内环、导叶外环、导叶、控制环、导叶臂、套筒装配、连杆装配（液压连杆和弯补偿节、导叶内环延伸曲连杆）、重锤装配、转轮室、段等。导叶导叶材质为ZG20SiMn，导叶不带密封条，的搭接部位堆焊不锈钢并精加工形成密封面，导叶的正面和背面都设有三个起吊螺孔，方便导叶的吊装。导叶轴线与机组中心线的夹角是60°。导叶自身未设下轴颈，下端轴通过螺柱与导叶把合在一起见图1。形成导叶下支点，导叶内环为整体结构，导叶内环下游设有水导导叶内、轴瓦的安装扇形底座。导叶外环分为四瓣。外环与导叶全关时的配合面堆焊不锈钢形成环形凸台，环形凸台精加工后高出内、外环过流面约2mm。导叶套筒内安装有可自动调节的自润滑向心关节轴承，可以在一定程度上消除导叶轴孔同轴度偏差对导叶灵活动作的影响。套筒法兰与导叶外环并利用螺套调不直接接触，通过调节螺套与外环接触，节套筒的位置调整导叶端面间隙，这种结构可以不降低需要刮大平面，只需要刮螺套配合处的小平面，收稿日期：2014-06-09（1981-）从事水轮机安装技术服务工作者简介：陈传坤，男，工程师，作。2基本参数水轮机基本参数：水轮机型号旋转方向叶片数水轮机额定出力额定水头额定转速导叶数量导叶瓣体长度GZ（790）-WP-790；沿水流方向看顺时针；4；76.5MW；15.2m；85.71r/mim；16；2828mm；导水机构基本参数：端面间隙外环侧0.7~1.5mm，内环侧2~2.8mm；导叶外环最大直径11520mm；导叶内环最大直径5635mm；第4期杰瑞电站75MW特大型灯泡贯流式导水机构的结构和安装陈传坤：13图1导叶下支点1-M64螺柱，2-轴套，3-导叶内环4-导叶下支座，5-导叶下端轴了加工难度。套筒与导叶间有U形组合密封圈和轴用回转方形圈两道密封，与外环轴孔间有一“O”型密封圈，同时套筒上设有排水孔，以排出导叶上轴颈处可能的漏水。套筒与外环的配合情况见图2。图2套筒与外环1-轴承压盖，2-导叶，3-自润滑向心关节轴承，4-套筒装配5-导叶外环，6-挡圈，7-调节螺套导叶的安全保护采用液压连杆和弯曲连杆间隔布置，液压连杆和弯曲连杆两端都设有自润滑向心关节轴承，可以很好地适应导叶复杂的空间运动。液压连杆的工作压力为8MPa、动作力55kN，弯曲连杆中心与两端叉头中心的偏心6mm，弯曲连杆的断面直径由厂内动作试验确定。杰瑞导水机构为单接力器操作控制环，依靠重锤关机，重锤和接力器都位于机组+X侧，重锤通过叉头和圆柱销挂在控制环上，重锤共5层重约25t，重锤底部设有缓冲橡胶板。重锤装配见图3。图3重锤装配为了补偿尾水管到座环外环轴向距离的偏差，设有补偿节，补偿节分为四瓣，补偿量为15mm。补偿节与转轮室之间沿轴向有三道φ16mm耐油橡胶圆条、补偿节与尾水管法兰间有两道φ8mm耐油橡胶圆条，补偿节上开设有排水孔，以排出补偿节与转轮室配合部位处可能产生的漏水。补偿节与转轮室之间设有顶丝螺栓以调整补偿节与转轮室的同轴度，转轮室通过补偿节和压环将受力传递至尾水管混凝土，从而改善转轮室的受力。补偿节结构见图4。图4补偿节1-尾水管，2-压环3-补偿节，4-转轮室控制环安装在导叶外环下游法兰外圆处，控制环与导叶外环间设有钢球，手动锁锭安装在转轮室和控制环之间。控制环及锁锭见图5。图5控制环及锁锭1-转轮室，2-导叶外环，3-钢球4-压环，5-控制环，6-锁锭销4导水机构安装灯泡贯流式导水机构的安装，与立式机组的导水机构安装有一些区别，一般都是先在安装间进行预装（导叶内环延伸段、转轮室、补偿节及重锤不参与预装），然后整体吊入机坑。导水机构安装顺序见图6：4.1导水机构安装前的准备在导水机构预装之前需对座环进行复测，并且完成座环内、外环法兰平面度的处理，复测得到的座环内、外环下游法兰的间距是导水机构预装调整的依据，导叶内、外环上游法兰间距与座环内、外环下游法兰间距的偏差应不大于±0.5mm。14水电站机电技术第38卷图6安装顺序框图4.2导叶内环预装导叶内环预装的目的是调整导叶内环相对于座环内环、尾水管的方位和中心，并以预装后导叶内环为基准调整导叶外环，从而确定导水机构整体相对于座环及尾水管的方位和中心。导叶内环中心调整时需考虑主轴和转轮就位后、流道充水后水导轴承处的下沉量，根据计算和经验，下沉量大机组可按0.30～0.50mm考虑，小机组可按0.10～0.20mm考虑。在导叶外环组装的同时进行导叶内环预装，不占直线工期，并且通过导叶内环预装，可以尽早知道混凝土浇筑后的座环内环与导叶内环把合螺栓孔的错位情况，当导叶内环预装完成吊出机坑就可以进行扩孔，为导水机构整体吊入机坑安装节省了扩孔时间。通过导叶内环预装，可以减少导水机构整体悬吊在桥机上的时间，从而减小导水机构起吊过程中的变形、降低导水机构吊入机坑后的调整难度和调整量。4.3导叶外环组装由于导叶外环分成四瓣，可能存在“大小瓣”的情况，因此在导叶外环组装时不能简单地将分瓣面作为X、Y座标轴，应根据法兰上的螺孔和四点弦长校核并确认X、Y座标轴。导叶外环组装过程中应重点检查分瓣面在钢球滑槽处的错牙，错牙应不大于0.10mm。外环组装后需检查、调整其椭圆度，并根据图纸在外环下游法兰上划出控制环全开、全关位置。4.4套筒安装套筒安装前需检查内部向心关节轴承是否能灵活转动，若转动不灵活需拆出检查、处理。通过调节螺套调整套筒法兰对称四点到导叶外环轴孔法兰的距离，偏差应大于1mm。4.5导叶安装在导叶安装前，需将套筒底部的压环和U形组合密封圈拆下并套在导叶上轴颈内，并在U形组合密封圈和轴用回转密封圈表面涂抹润滑油脂。通过导叶瓣体上的三个螺孔起吊导叶，使导叶轴线与水平面的夹角约30°，利用导叶安装工具将导叶缓慢拉入套筒内。导叶就位后，安装挡圈和轴承压盖，并在导叶下端进行临时支撑。4.6导叶臂安装导叶臂和导叶在厂内同钻铰销孔，根据标记对号安装，调整销孔错位，装入4个圆柱销。导叶臂安装完成后，通过导叶臂将导叶转至全关位置，并用导叶限位装置连接相邻导叶。4.7导叶内、外环的连接将导叶外环吊起，并将内环吊入外环内。初调内、外环上游法兰的间距以及内、外环的方位和中心。间距允许偏差±0.5mm，方位允许偏差±1mm，中心允许偏差0.5mm。初调完成后，安装导叶下端轴、M64螺柱和下支座，调整下支座法兰对称四点到导叶内环轴孔法兰的距离偏差不大于0.5mm。贯流式导水机构在现场很难和立式机组一样进行导叶轴孔同轴度的测量，在实际操作过程中，通过检查导叶能否依靠自重灵活打开、导叶端面间隙是否存在规律性倾斜和偏差，对轴孔同轴度进行大致判断。导叶依靠自重能否打开、转动是否灵活也与套第4期杰瑞电站75MW特大型灯泡贯流式导水机构的结构和安装陈传坤：15筒、下支座的安装调整有关，如前所述套筒到外环的距离偏差不宜大于1mm、下支座到内环的距离不宜大于0.5mm。杰瑞37号机就出现过因套筒到外环距离偏差较大约4mm，而影响导叶灵活动作的问题。由于外环下游法兰内侧是过流圆锥面，上游法兰受内环影响，内环下游法兰有扇形板，不方便用常规的电测法进行内、外环同轴度的测量。在实际操作过程中，我们通过用塞尺测量导叶端面总间隙和用内径千分尺测内、外环开档进行计算和分析内、外环的同轴度。在计算时需将测得端面间隙和开档数据向水平面进行投影。4.8控制环安装控制环组装后，标记并校核控制环的X、Y座标轴。利用控制环吊装工具将控制环吊装在外环下游法兰外侧，在控制环底部进行临时支撑，调整控制环与外环的径向间隙均匀，控制环与外环的滑槽对齐。逐一安装钢球，并在钢球表面涂抹润滑油脂。安装压环，先将压环与控制环把紧，再利用顶丝螺栓将压环顶起约0.20mm。压环调整到位后，松开控制环底部支撑，利用手动葫芦转动控制环检查其动作灵活性，并将控制环转至全关位置。4.9连杆安装连杆安装前，需检查液压连杆的液压缸内是否充满油、油质是否合格，检查连杆两端的向心关节轴承是否转动灵活。调整导叶和控制环至全关位置，测量导叶臂到控制环小耳孔的距离，根据测量值，通过旋转杆身来调节连杆的长度。连杆就位后，按要求预紧叉头和连杆间的螺母。4.10导叶端面和立面间隙调整导叶端面总间隙是2.7～4.3mm，取决于导叶瓣体长度和内、外环开档。其中，外环侧端面间隙是0.7～1.5mm，内环侧端面间隙是2～2.8mm。导叶端面间隙的调整，主要是调整导叶进、出水边间隙均匀、偏差不允许大于0.40mm，从而进行导叶端面总间隙的分配。若端面总间隙小则打磨内、外环上不锈钢密封面。考虑机组漏水量、导水机构吊装变形等因素，确保导叶转动不发生卡阻，若内、外环侧端面间隙在安装间预装时小于1.5mm和1mm、吊入机坑后小于1mm和0.7mm，则打磨内、外环。导叶立面间隙允许局部不大于0.20mm、累计长度不得超过导叶瓣体的1/4。导叶立面间隙调整前，将导叶瓣体的密封面清理干净，用刀口尺检查密封面，去除高点和毛刺，并根据图纸将导叶闭合点圆周分别标记在导叶内、外环上：闭合点圆周都在轴孔中心线的上游，内、外环上闭合点圆周到轴孔中心线的距离分别是66.8mm和131.2mm。通过控制环关闭导叶，精确调整1号导叶的闭合棱在闭合点圆周上、偏差不大于1mm，逐一测量其他导叶的闭合棱与闭合点圆周的偏差、逐一测量导叶立面间隙，根据测量所得偏差值和立面间隙值进行立面间隙的调整。由于贯流式机组水头相对而言较小，且杰瑞导叶的偏心距（进、出水边闭合点到导叶轴线距离的比值）只有1.04，因此未考虑转动导叶调整立面间隙时进、出水边的差异，而是通过研磨导叶出水边的闭合棱以及调整连杆长度进行立面间隙的调整。4.11导水机构吊装导水机构整体吊装共4个吊点，都在导叶外环上，两个主吊耳靠近上游法兰对称分布于+Y两侧，两个辅吊耳靠近下游侧的筋板对称分布于+Y两侧。由于导叶外环直径大、导水机构预装整体重量大，导水机构吊装过程中不可避免产生变形，使导叶端面间隙、立面间隙以及内外环的位置发生变化。为了减小吊装过程中导水机构的变形，设有翻身支架连接并加固内外环。此外，也用调节螺套提升套筒和导叶使导叶紧贴导叶外环过流面，在导叶和内环间加塞两块楔子板并将楔子板打紧、点焊，用导叶限位装置将相邻导叶连接在一起，从而利用导叶增加导水机构的整体刚度。导水机构吊装示意图见图7。由于进行了导叶内环与座环内环预装、采取了以上加固措施，因此可以方便、快捷地根据内环预装销孔，确定导水机构整体在机坑内的位置。导水机构吊入机坑后主要调整工作是根据预装时端面间隙数据，利用调节螺套重新进行端面间隙的分配和调整，以及立面间隙的检查和调整。图7导水机构吊装1-翻身支架装配，2-导叶限位装置，3-翻身座渊下转第21页冤第4期解再益：轴伸贯流式水轮机的应用与创新21图4导叶保护装置1-导叶，2-连扳，3-剪断销，4-导叶臂，5-摩擦副装是一个重要问题。以前设计的轴伸贯流式水轮机，主轴有的设计成从肘管出轴处拉出，这会增加厂房发电机等。也有采用的宽度，同时要移动推力轴承、这样虽然转轮室、直锥管、肘管按轴线水平分开的，解决了主轴的吊装问题，但又增加了机组安装的难度，也提高了机组的制造成本。现在我们进行如下设伸缩节设在直锥计：采取转轮室、直锥管进行分半，管与S形肘管之间。这样，主轴及转轮可以直接从分半转轮室、分半直锥管处吊出吊进，这样降低了制造成本，又方便装拆，也缩短了厂房宽度，降低了厂房造价。3.5增速器结构的应用如设计水头低于5m，在低水头电站中，水轮机渊上接第15页冤的转速一般都不超过250r/min，如果采用常规的直带来价格增高、连方式，会造成发电机的尺寸很大，效率降低、吊车容量和土建投资增大等一系列问题。利用行星齿轮增速器取代常规的水轮机与发电机直上述问题便迎连的方案，能使发电机尺寸成倍减小，刃而解。其次，采用增速技术可以使水轮机的转速选择不受发电机同步转速的限制，可以根据水电站的水头、流量、出力等参数，最合理地选择水轮机最高效率相对应的转速，使水轮机在最佳转速即最优工况下运行，发挥应有的高效率。现在国内增速器的专业制造厂家的设计水平、制造精度和工艺、材料性能等方面都有了显著的提根据电站的高，已研制出了性能优良的增速器系列。使用情况，当轴伸贯流式机组的设计水头低于5m，转速低于214.3r/min时，我们推荐采用加增速器的方案。4结束语在低水头中小型水电站的开发利用中，轴伸贯流式水轮机具有资源利用充分、投资节省的优势和是开发低水头径流电量增值、综合效益增值的效果，式中小型水电站的一种非常经济适用的水轮机型式。当前，我国的低水头水力资源的开发正蓬勃发外观、可靠性、安全展，对选用轴伸贯流机组的性能、稳定性等诸方面提出了更高的要求。我们将为轴伸以贯流式水轮机设计开发出更加先进合理的结构，满足市场的需求。4.12导水机构其余部件安装待导叶内环延伸段安装时先初步确定其位置，使下游法兰与主轴同主轴调整合格后，再精确调整，心，以方便后续检修密封的安装调整。转轮室下半部在转轮联轴前吊入机坑，可以作安装转为转轮联轴的工作平台，待叶片安装完成后，轮室上半部。转轮室组圆后，盘车测量叶片与转轮室的间隙，并根据该间隙值利用转轮室调圆工具调整转轮室的圆度及方位。补偿节围绕转轮室组圆后，利用顶丝螺栓调整补偿节与转轮室径向间隙使之均匀，检查补偿节与并进行扩孔。补偿节安装尾水管把合孔的错位情况，完成后，实测补偿节与尾水管法兰的径向距离并配做压环。导叶接力器安装调整完成后，根据图纸在转轮室和控制环间安装、调整锁锭装置，在导叶外环上装焊导叶臂限位块。4.13水压试验导水机构各部件把合后都需进行水压检漏试外环，内环延伸段与验，包括座环内、外环与导叶内、内环，外环与转轮室，补偿节与尾水管以及补偿节与转轮室。水压试验的压力0.4MPa，时间10min，不允许有泄漏。5结语目前杰瑞左岸一期的12台导水机构已预装完本文简单介绍了杰瑞导成，并有五台成功投入运行。水机构的结构特点，较详细地说明了杰瑞导水机构的安装工艺。希望能为贯流式导水机构特别是大型、特大型灯泡贯流式导水机构的设计、制造和安装提供有益的借鉴。