索风营水电站水轮机结构特点及安装.doc

索风营水电站水轮机结构特点及安装第20卷第4期贵州水力发电GUIZHOUWATERPOWER2006年8月索风营水电站水轮机结构特点及安装韩淑珍,梁世新(中国水利水电第六工程局机电安装分局,辽宁丹东118216)摘要:介绍了索风营水电站水轮机结构特点,并对其安装工艺作了简单阐述.关键词:动力机械工程;水轮机结构特点;安装措施,效果;索风营水电站中图分类号:TK73文献标志码:B文章编号:1007-0133(2006)04-0046-040概况索风营水电站装有3台单机容量为200MW的水轮发电机组,其中水轮机由天津阿尔斯通水电设备有限公司制造.该水轮机的基本参数为:水轮机型号:HLF134mlLJ-590最大水头:81.4m额定水头:69m最小水头:58.1m额定转速:115.4r/min飞逸转速:220r/min额定出力:204,1MW额定流量:324.4m/s转轮出口直径:5900mm旋转方向:俯视顺时针1水轮机结构特点索风营水电站水轮机由于外形尺寸过大,其尾水管的肘管和锥管,水轮机座环,水轮机蜗壳及机坑里衬等均以分瓣形式运至工地在现场组装后再进行安装,导水机构的底环,顶盖也是分瓣运至工地后组装.底环和顶盖采用立面密封,即将密封条压入座环与底环(顶盖)间的间隙后靠压板的压力形成一条密封带密封,底环,顶盖的抗磨板,止漏环均为0Crl8Ni9材质.水轮机主轴密封采用平面密封形式,密封条形成1个活塞在密封腔中作上下滑动,调节密封条与固定在主轴上的抗磨板间的间隙,可使之始终保持在有效的密封范围内.水轮机水导轴承由水导油箱加8块水导瓦组成,油箱分内油箱和外油箱两部分,内油箱位于主轴轴颈内侧,与外油箱及油箱盖形成一个半封闭式结构.2水轮机安装2.1水轮机座环安装索风营水电站水轮机座环分3瓣(基础环在厂.46.内与座环焊接在一起),最重一瓣达50t.座环高2,225m,直径7380mm,板厚160mm,其焊缝采用双u型坡口带钝边的对接焊缝.座环安装时,先在安装间内将座环组装成整体后再吊人机坑,然后在调整好中心方位,高程及水平度后进行焊接.为减小座环的焊接变形,焊接前在座环的上,下镗口加设钢支撑(支撑采用qbl08(169)lnln钢管组焊成十二边形结构),然后用履带式电加热器对焊接区域预热至10o,同时将焊条(型号J506)在烘干箱内烘干并保温.3条合缝由6名焊工同时施焊,每条合缝面上下对称布置1名焊工,分班连续作业.全部焊缝均采用对称,多层多道,分段退步焊接.焊接方法采用手工电弧焊,每焊1层都要认真清渣,除打底焊缝和表面焊缝外其他各层焊缝均需进行锤击以消除应力.多层多道焊接时控制层间温度不大于150C,为避免出现焊接缺陷,焊道宽度要不大于15mm,焊层厚度控制在35mm范围,每层的接头要错开2030mm.焊接过程中进行了焊接变形监测控制,即在座环内侧和上下层均采用刚性支架固定多个百分表来连续测量座环在整个焊接过程中的平面度及其椭圆度的变形量,并填写检验记录,如发现异常变形即随时调整焊接顺序和焊量,使其变形量控制在允许范围内;收缩量的监测方法是在合缝面两侧用洋冲打标记,用游标卡尺测量.座环焊接完后立即进行热处理,将温度加热到200C并保温2h,然后缓冷至室温,再对焊缝进行打磨并进行级探伤.2.2水轮机蜗壳安装水轮机蜗壳的材质为Q345B,板厚1842lnln,进口最大直径7344lnln,总重175.7t.蜗壳共分27节(最重的1节重13.914t),其中:V2,V9,V17收稿日期:2006-0614作者简介:韩淑珍(1973一),女,辽宁省丹东市人,机械工程师从事水电站机电安装工作.韩淑珍,等:索风营水电站水轮机结构特点及安装2006年第4期是定位节;V5,V13,V21是补偿节,补偿节两侧各留有50iTlrn的配割余量;V0,V0,V0为直管段,尾部2节和舌板已在厂内安装在座环上.蜗壳各节的对接焊缝为x坡口,每节蜗壳由3种厚度不同的钢板(EV1,EV2,EV3)组成,在现场拼装并挂装.在拼装和挂装过程中,纵缝,环缝,所有蝶形边焊缝及T形焊缝均按I类焊缝的要求进行焊接.2.2.1蜗壳拼装蜗壳拼装在搭设的蜗壳拼装平台上进行,为保证蜗壳拼装质量,拼装平台的平面度控制在不大于2mm,且搭设防风防雨棚.在拼装前根据厂家图纸计算出蜗壳拼装所需的全部控制数据(开口尺寸和周长等).为节省工期,蜗壳拼装的顺序与挂装顺序一致,边拼装边焊接边挂装.拼装时纵缝按板中心对齐,而环缝以内侧过水面平齐.由于蜗壳在厂内未进行预装,为了保证蜗壳顺利挂装,在蜗壳开口处设2个调整套(拉紧器)并在调整好的蜗壳内部安装支撑,内部支撑采用米字结构,共布置2层.蜗壳拼装后进行纵缝的焊接.2.2.2蜗壳挂装蜗壳整个挂装遵循对称挂装原则,首先从定位节开始,挂装顺序为V9,V17,V2.定位节安装时分别在上,下蝶形边和线架上放出定位节的2条边,用桥机吊定位节就位后挂座环x,Y轴线及蜗壳定位节2个断面的定位线,再用千斤顶,导链调整定位节的最远点高程,管口倾斜度,管口与基准线的偏差及最远点半径,待符合要求后用连板连接定位节和过渡段;蜗壳与过渡段之间留2mm间隙,在蜗壳支墩上支好千斤顶,并在蜗壳外部用临时支撑进行加固.定位节安装完后开始进行相邻普通节的安装,直至补偿节.蜗壳的普通节最多允许连续挂装3节后必须进行焊接,然后才能挂装下一节.2.2.3蜗壳焊接蜗壳的焊接材料为J506,使用手工电弧焊.焊条在焊前要放在烘干箱内经350400C烘干1h,然后装人150C焊条保温箱内保存;从保温箱取出的焊条还要放在保温筒内,随用随取.焊接前对所焊部位加热至6080(2,焊接时用短弧操作,以窄道为宜,采用直流电源,施焊采用小范围,以控制焊接变形.纵缝焊接时,当内壁焊缝焊到板厚的2/3时要停止焊接进行外部焊缝的清根及焊接,等外部焊缝成形后再焊接内部余下的焊缝.蜗壳的全部焊接均采用多名焊工对称,多层多道及分段退步的焊接方法施焊,每层之间必须错开3050mm,分段长度为200400mm.每层焊前必须将前一层的焊渣清除干净,清根时先用碳弧气刨对焊缝进行清根,然后用角向砂轮修磨去除渗碳层.多层多道焊接时严格控制层间的温差,使之低于150C.焊缝要求连续施焊,若中途停焊必须采取后热保温措施,即焊后或中途停焊时要后热2002h.蜗壳的焊接顺序:先焊普通节之间的环向拼接焊缝,再焊补偿节的纵缝,环缝,最后焊各节与座环过渡段的焊缝.在2号机座环蝶形边焊接时,是按厂家给定的加热温度100C进行加热的,焊后用超声波探伤时发现有裂纹,这是因为蝶形边板厚达42mm故此加热温度偏低的缘故.之后将加热温度提高到200C进行保温焊接,完全解决了焊接裂纹的问题.焊缝内部检查采用超声波探伤,其中:环缝,纵缝,蜗壳与座环连接的焊缝均100%采用uT探伤;T形焊缝100%采用RT(RT探伤采用射线)探伤;其他焊缝采用RT进行30%的探伤.检查结果是索风营水电站3台水轮机蜗壳焊缝一次合格率均在98%以上,所有焊接项目全部符合JB4730-94压力容器无损检测的规定,所有安装项目全部符合水轮发电机组安装技术规范(GB/T8564-2003)及图纸的要求.2.3水轮机机坑里衬安装水轮机机坑里衬高6.5m,直径8.15m,总重22.533t,由12mm厚钢板焊接而成,分2节,每节分3瓣,在工地进行组焊调整.接力器坑衬,漏油箱坑衬及机坑进人门均在工地配割,焊接.2.4水轮机导水机构预装水轮机导水机构底环的总重为16.053t,分2瓣,组合缝用l6个M64mm260mm螺栓把合.导叶共24个,每个重2.578t.导水机构预装时将24个导叶对称吊人,为了节省工期,先将单号导叶的下轴套密封安装上,正式安装时只需将双号导叶提起,安装导叶端面密封及双号导叶下轴套密封即可.底环与座环之间设计有24个调整垫片,顶盖与座环之间设计有90个调整垫片.垫片有5mm的加工余量,安装时根据座环上下环板的水平度及高程在现场加工.导水机构预装前要复测座环的圆度,水平度,圆度如果因混凝土浇筑变形超标则需进行打磨.索.47?第20卷第4期贵州水力发电2006年8月风营水电站1号机的座环未打磨,2号机,3号机座环上环板的圆度有1/4圆周部分进行了打磨.2.4.1底环安装底环安装以座环上法兰面为基准,实测座环上法兰面到下法兰面的距离,根据底环厚度的实测值和导叶长度,计算出垫片的高程;之后用高精度水准仪(带测微仪)测量座环与底环把合螺栓孑L的高程(每个螺栓孑L周向测4点),计算出每个垫片的实际厚度并按此厚度值加工垫片(垫片加工的允许误差为0.05ram),再将加工好的垫片点焊在座环上复测其高程;将底环吊入后要初测底环水平度,若不合格则吊起底环对垫片进行修磨直到底环水平度合格为止;根据座环上镗口的中心方位调整底环的中心及方位,底环中心的调整利用传统挂钢琴线用内径千分尺及耳机试听的方法进行,中心调整好后对称打紧螺栓,再复测底环水平度,最后钻铰定位销.索风营水电站3台机的底环水平度(同一台机底环高程最大值与最小值之差)最大为0.30mm.2.4.2顶盖预装顶盖重67.152t,分2瓣,分瓣处用54个M64mnl190mm螺栓把合.顶盖预装前同样用高精度水准仪(带测微仪)测量顶盖螺栓孔的水平度,并根据顶盖,导叶的实际尺寸及设计的导叶端面间隙值(导叶端面总间隙设计值为0.781.1mm)计算出顶盖各垫片的实际厚度,要求垫片的加工误差控制在0.05mm以内,然后将加工好的垫片点焊在座环上并复测其水平度.将顶盖吊入,初测导叶端面总间隙,若不符合设计要求则重新起吊顶盖修磨垫片或在垫片上加铜皮,使导叶端面总间隙符合设计范围.吊装12个导叶套简,以底环中心为基准调整顶盖中心,打紧1/2螺栓,重新测量导叶端面总间隙,并捆绑导叶检查导叶立面间隙是否符合设计要求(导叶立面间隙设计值为:导叶全关位置时相邻导叶的立面间隙不大于0.1mm,长度不超过470mm,其余范围0.05mm塞尺不能通过),若不符合设计要求则现场进行打磨(索风营水电站3台机的导叶立面间隙捆绑时均符合设计要求,未进行过打磨),顶盖预装合格后钻铰定位销.索风营水电站水轮机的底环和顶盖定位销原设计没有垫片,考虑到抗剪力更好一些,在安装中均加了垫片以克服设计的不足.2.5水轮机转动部分安装水轮机转轮重101.889t,直径5.9m,共13个叶片,系不锈钢材料制成.水轮机主轴采用中空结.48.构,带轴领,外法兰型式,材料为锻20SiMn,直径1500mm,长度4500mm,重42.834t.主轴下端法兰与转轮之间采用18颗M150mnl联轴螺栓联接(其中4个为销子螺栓),并涂有摩擦漆,力矩采用摩擦传递.水轮机主轴上端法兰与发电机轴采用20颗M140mnl销子螺栓联接.水轮机主轴与水轮机转轮联轴螺栓的预紧力原设计采用液压拉伸器拉伸来取得(设计拉伸值为0.86mm),但3台机联轴时在第1次拉伸至设计值1/2后因拉伸器密封破裂而无法继续使用拉伸器,后采用加热拉伸,即用加热管(4个加热器对称布置)加热联轴螺栓至2h,将拉伸值折算成螺母圆周向的长度(螺母牙距4mm,实测螺母周长L,需旋转长度f:0.86L/4mn1),旋转螺母.水轮机主轴与转轮联接好后整体吊入机坑,放置于基础环上布置的楔铁上,待与发电机联轴后再进行中心调整.2.6水轮机导水机构安装在水轮机转动部分安装就位后进行导水机构的正式安装.因在预装时已将单号导叶的下轴套密封安装好,此时只需将双号导叶提起至0.5m高度.装入导叶端面密封和双号导叶下轴套密封即可.导叶上下轴套密封均采用Y型式,即密封开口方向对着来水方向.导叶安装后进行顶盖的吊装,顶盖吊装时实测水平度以避免导叶抗肩现象发生.之后吊入控制环,捆绑导叶,安装调整好接力器后进行连臂的连接.2.7水轮机主轴密封安装水轮机主轴密封的安装待机组盘车结束调整好机组的轴线后进行.水轮机主轴密封下侧的抗磨板在水轮机转轮吊入前已安装在大轴法兰上,抗磨板安装时合缝处错牙要求小于0.1mm,否则在运行中会划伤密封活塞.检修密封是靠压入密封座的空气围带来完成的,空气围带在安装前须充入0.05MPa压缩空气并在水中作渗漏试验,以检查其是否漏气;空气围带在安装完后要进行工作气压试验,以考验空气围带的承压能力和密封性能.工作密封全部安装结束后作一次充水试验,以保证在运行时不致烧损密封活塞.工作中主轴密封活塞下侧有带压力的水流形成润滑层,保护活塞与抗磨板间的相对滑动性,同时也减少转轮室的水漏至顶盖内.2.8水轮机水导轴承安装为了便于安装水导轴承,可在水轮机转轮与主轴连接后吊入机坑前将水导轴承的内油箱组合在大轴上,与水轮机转轮主轴一起吊入机坑;油箱连接板,冷却器,瓦架,外油箱及轴承座在下机架吊入机坑前必须吊入机坑,待机组盘车调整好轴线后,韩淑珍,等:索风营水电站水轮机结构特点及安装用小楔铁塞紧转轮上下止漏环间隙.水导轴承的安装在主轴密封安装完后进行.先将冷却器组装好放在已组合好的连接板上进行压力试验,试验压力为0.9MPa(工作压力为0.3MPa),要求试验时间为30min且无渗漏现象;之后,连接瓦架与轴承座(所有的组合缝及连接缝均涂密封胶),调整轴承座使瓦架与轴领的间隙均匀,在打紧轴承座螺栓并钻铰定位销后连接外油箱与轴承座,将内油箱与大轴的间隙调整均匀后用连接板连接内外油箱,接下来进行水导瓦间隙的调整.索风营水电站1号机组水导瓦间隙的调整是利用千斤顶架百分表的方法,即先用百分表架设在大轴轴领的4个方向上(+y,+,一l,一),并用小楔铁调整水导瓦使其尽量靠近大轴(但百分表读数不应发生变化,即轴不能出现相对位移).待8块瓦全部调整完毕后,撤去止漏环间的小楔铁,将百分表架在+y方向与瓦对应的轴领处,并用千斤顶在对面一y方向顶大轴,直到百分表读数为一0.28mm(水导轴设计间隙为0.250.30mm)为止,然后将+y方向的瓦的楔键打紧(此时监测百分表读数不能变化,若有变化再顶对面千斤顶),将调整螺杆上的螺母锁死.用同样方法再将一y,+,一方向的瓦的间隙调整好后,进行其他4块瓦的调整.8块瓦的间隙的最大值与最小值不能大于0.02mm,以保证瓦的受力均匀.索风营水电站2号机,3号机水导瓦是利用楔铁的斜度来调整瓦间隙的.具体做法是:在机组盘车定完中心后,用小楔铁塞住上,下止漏环,将百分表架在+y方向与瓦对应的轴领处,用铜棒打紧一y方向的瓦的楔铁,使百分表的读数为一0.02mm,再用铜棒打紧+y方向的楔铁,使百分表读数回归至0,并锁紧螺杆上的螺母;之后,用同样的方法打紧+,一方向的瓦的楔铁,锁紧螺母;其他4块瓦间隙调整时百分表读数不应有变化,用深度尺测量每个锲键顶面时(打紧后)距轴承座的长度并作好记录,事先测量出锲键斜度为1:50,将水导瓦间隙调到0.28mm(设计为0.252006年第4期0.30mm),锲键的长度为14mm,原测量值减去14mm后即是锲键实际相对应瓦间隙0.28mm的与轴承座的距离;松开螺母后重新打锲键并用深度尺测量,锁死调整螺杆上的螺母.2.9水轮机大轴补气装置安装水轮机大轴补气管分3节,不参与盘车,其安装过程是伴随着转动部分的安装进行的,即第1节补气管是在水轮机大轴吊入机坑后,发电机大轴吊入前进行吊装并与水轮机大轴把合在一起,随后吊入第节补气管并与第1节补气管把合,然后吊入发电机下端轴;第节补气管在发电机转子吊入机坑后吊装,补气阀座与发电机顶轴把合在一起,安装补气阀座时要挂钢琴线调中心以保证其同心度.3结束语(1)索风营水电站1号,2号机组分别于2005年8月和2005年12月投产,由于安装过程措施合理,控制精细,2台机组在72h试运行后均无消缺地进入商业运行,虽机组启动频繁,但运行至今工况良好,各项检测数据优良.(2)在2006年4月15日进行2号机组小修时,发现导叶大头与顶盖之间有划痕,测量导叶端面间隙在设计值内(上部间隙0.450.55mm,下部间隙在