美国某电站轴流转桨式水轮机转轮装配工艺.pdf

第 卷第 期红水河 年 月 水利水电美国某电站轴流转桨式水轮机转轮装配工艺李 华（东芝水电设备（杭州）有限公司，浙江 杭州）摘 要：笔者以美国某电站轴流转桨式水轮机转轮为例，针对转轮装配存在的装配作业空间狭小、转轮叶片轴套采用的高分子聚合物材料易受损、转轮体及泄水锥内侧首次设置不锈钢排水管使装配尺寸要求高等难点，详细介绍了转轮装配的主要工艺流程及控制点。该电站转轮装配的成功实施，为后续类似机组转轮的制造和安装提供很好的借鉴。关键词：轴流转桨式水轮机；转轮；装配；高分子聚合物中图分类号：文献标志码：文章编号：（）：开放科学（资源服务）标识码（）：概述某水电站位于美国哥伦比亚河干流上，电站总装机容量 ，年发电量 亿 。年开工建设，年第一台机组发电，年 月所有机组全部投产发电。该电站装设 台轴流转桨式水轮发电机组，单机容量为 ，额定水头为 ，机组额定转速 。年，笔者所在的公司承接了该电站的转轮改造任务，要求重新制造一台转轮，转轮制造装配完成并进行各项试验后解体发货至电站。转轮主要参数如表 所示，转轮结构如图 所示。表 转轮主要参数 质量 直径 高度 转轮体直径 叶片数量 结构形式枢轴、缸动结构 转轮装配的难点转轮作为水轮发电机组的核心部件，其设计结构和加工制造质量对电站机组运行和发电效率有着最直接的影响。设计采用的是 叶片的转轮结构，转 收稿日期：；修回日期：作者简介：李 华（），男，湖北钟祥人，高级工程师，硕士，主要从事水轮发电机制造技术方面的工作。：。红水河第 卷图 转轮结构示意图轮装配内部空间小、结构紧凑，装配操作作业空间狭小。按设计图纸要求，需要在厂内完成叶片同车外圆、厂内预装、静平衡试验、动作试验等常规项目；除叶片套装外，其他装配都要在狭小的内腔空间里进行，给操作带来了很大的难度。除此之外，转轮装配还存在以下难点：）叶片内外轴套材料为 公司生产的高分子聚合物材料，叶片装配和拆卸时非常容易损伤到轴套。）转轮体、泄水锥内侧设置有不锈钢 排水管，排水管弯制成型尺寸控制严格，与转轮体内壁侧装配尺寸要求高，并且组装后还需要进行水密试验，以确保不漏水。转轮装配主要流程 转轮体就位）修磨转轮体上各处毛刺，清理外轴套与转轮体之间的铁屑及夹渣，清洗干净；转轮体内腔用面粉粘干净并刷面漆。）修磨拐臂各处毛刺，清洗干净，配合面涂上润滑油。需注意的是，非加工面已刷面漆。）修磨连接机构各零件上的毛刺（不得出现割手情况），清洗干净，配合面涂上润滑油。）认清相互配合标记，将内、外侧连接板和接头组装，并钻、攻骑缝螺钉，检查连杆机构有无卡阻现象。）修磨内轴套各处毛刺，清洗干净。）将转轮体放置在提前就位的支墩上，并进行水平调整，水平偏差应不大于 。要注意的是，在联轴面与支墩之间须垫保护垫（不要直接放置）。）将配重块提前安装至转轮体，暂时不焊接，以便于后续操作。拐臂组装）组装拐臂、连杆、连杆螺栓。）采用定心工装将拐臂与转轮体轴孔调同心，并用工装将拐臂固定在转轮体上；然后拆除定心工装。在组装过程中要注意以下几点：拐臂键槽的端部角修整；请勿损伤连杆轴套黑色涂层，特别要注意的是，去除连杆销端部角的毛刺后组装；确认内侧连杆和外侧连杆的组装位置如图所示；使用调心工装时要保护外轴套下半边内圆（在叶片插入前去除保护）；确认与转轮体轴孔的对应位置。叶片组装叶片组装的重点是保证叶片水平，将水平偏差控制在 以内，以防止叶片碰伤内、外轴套。具体组装流程如下：）清理叶片轴头；）轴套上涂 号汽轮机油，叶片与拐臂键接合部位以及拐臂键涂白锌漆（防咬合）；）采用旋转密封和填充环密封叶片，在起吊前安装到叶片轴头上。）将叶片插入转轮体轴孔内时，桨片密封不能与钢丝绳等接触；在轴套面用记号笔标记拐臂侧键槽位置，叶片插入时叶片键不能接触轴套内面。在叶片吊装时，应做好监视，避免叶片晃动和键相碰损伤到轴套面。叶片组装具体控制如图 所示。图 叶片组装示意图 第 期李 华：美国某电站轴流转桨式水轮机转轮装配工艺 叶片组装时要注意以下几点：行车挂钩在叶片重心位置上方；调平时，记录钢丝绳长度（后续叶片组装时直接按此钢丝绳长度即可）；调平的偏差控制在 以内；保护好叶片密封不受损伤；叶片位置按前期配重方案执行。操作油管组装将工装转接法兰放置在支墩上（高约 ）并进行调平，然后组装外操作油管及内操作油管（工装）。在组装过程中需注意的是，内操作油管（工装）暂不要与转接法兰连接，目的是减少转轮套入时的起吊高度，并降低内操作油管密封被切的风险。转轮体组装组装转轮体整体吊具；对准外操作油管后缓慢将转轮体下降，降至离外操作油管密封约 处时，利用葫芦及千斤顶同步将工装转接法兰引入转轮底部，预紧把合螺栓，扭矩值为 ；利用葫芦把内操作油管（工装）缓慢拉入。操作轴组装将 形密封圈安装至内、外操作油管上后，将操作油管与转轮体进行组装；操作轴组装后，利用葫芦把内操作油管（工装）缓慢拉入，用螺栓把紧，拧紧力矩为 。但需注意的是：将操作杆对准装配中心位置；修整操作杆紧固用螺母的角（避免损伤连杆座面）。接力器缸组装在轴套上安装 密封，注意安装方向；调整连杆机构与接头的水平状态，利用双头螺栓将连杆机构把接头缓缓拉入，以确保两者之间无间隙（外侧可以利用手拉葫芦或者千斤顶同时配合顶拉叶片）。活塞组装清理接力器缸内腔，确认接力器缸孔口处是否有毛刺，防止活塞环与缸体内墙产生拉痕；吊装活塞时，需用绑带或铁丝将活塞环整圈抱紧，确保不凸出活塞本体，缓慢落入缸体。但要注意的是，活塞环组装时压力侧应朝外。轴套、接力器缸盖、圆螺母组装依次组装轴套、接力器缸盖和圆螺母，但必须在接力器缸盖装入后才能组装圆螺母，否则无法装入，螺母旋紧后用铜棒敲击并把紧。需注意以下几点：组装接力器缸盖前，要对缸体内进行清扫，确保内腔的洁净；在操作杆上安装 形密封圈；将轴套与组装中心位置对准，确认操作杆上的给油孔和轴套上的给油孔位置一致；记录接力器缸盖组装用的圆形橡胶密封圈和螺栓的根数和尺寸，螺栓拧紧力矩为 或 ；在组装接力器缸盖前，在活塞环周围注 号汽轮机油；用塞尺检查确认圆螺母座面是否贴实。检查接力器缸行程组装工装导向块，并与接力器缸固定板连接；组装好后试压闷盖及油压管路；通过打压、上下移动接力器缸，检查全开、半开、全关位置的接力器行程，检查叶片安装角度以及叶片轴头上的角度刻度线和全关、全开位置。）测量全开和全关位置的叶片开度，通过调整叶片全开和全关的开口值，使偏差尽量小；）通过调整垫片厚度来调整叶片开度，使其满足要求，配磨并记录垫片实际厚度值；）叶片开度调整后，确认叶片角度，角度偏差控制在；）标上“”全关位置刻度线，标记测量基准点，所有的叶片都在同一位置。开口值偏差的目标值为平均值的。排水管组装及整体压力试验、动作试验 排水管组装拆除工装导向块，安装上泄水锥及排水管，组装反馈杆（板）、油箱体、排水阀等部件及密封件。采用专用的弯管机对不锈钢排水管进行了弯制，排水管材质为 ，尺寸为。由于要保证弯制后的排水管与泄水锥、转轮体内壁间隙小于 ，每件弯制后的排水管尺寸须达到图纸设计要求，因此，前期进行了多次弯管试验。在试制合格后，方可对不锈钢排水管产品进行弯制；确认每件弯管的尺寸合格后，将弯管与转轮体及泄水锥进行预装；弯管顺利连接并确认后，进行水密试验，试验结果为无渗漏。排水管弯管如图 所示。整体压力试验、动作试验）按设计图纸依次组装反馈杆（板）、油箱体、红水河第 卷图 排水管弯管示意图排水阀等部件及密封件；根据图纸组装密封以及油箱与相关阀门的接头，安装好动作试验装置（油泵，进、出油管，排气阀和换向阀等）。）刻画桨叶角度线、密封压盖刻度线，并把线引画至转轮体上，即做好 点样冲标志。注意要求叶片全开、全关 次。）进行打压试验。先打压到 ，保持压力 ；然后用压力油转动叶片，检查各处密封是否渗漏；检查合格后再打压到 ，保持压力 ，经检查各处均无漏油现象。试验合格后将压力油放完，拆除各部件妥善保管。需要注意的是：在开侧操作配管和闭侧操作配管上分别设置压力计；测量 开、闭操作时（包括停止时）的压力值。转轮叶片外圆加工）转轮叶片固定在全关位置，加工时为了固定和防止叶片振动，将叶片用钢管和夹具连接固定。）在上泄水锥上组装吊具后，将转轮吊装至车床上并校平、校圆。）车削叶片外圆面。静平衡试验首先，根据转轮单体的静平衡试验结果，合理布置 张叶片，并计算转轮装配后的不平衡重量理论值；然后，根据理论计算结果提前安装配重块；最后，进行整体静平衡试验。试验得到的不平衡重量为 （设计允许值），试验结果合格。转轮叶片拆卸拆卸按装配流程的相反顺序进行；对拆卸的各零件进行防护和清洗。需要注意的是：叶片拆卸时，当脱离外轴套 时，应采用叶片拆卸工具进行拆卸。细化叶片拆卸过程要领，确保叶片顺利拆卸，最终 张叶片内、外轴套均无损伤。叶片拆卸流程如表 所示。表 叶片拆卸流程序号作业流程控制要点叶片水平吊装事前调查记录重心位置和钢丝绳长度安装叶片导向工具避免加工面损伤安装叶片起吊钢丝绳调整到与叶片水平吊装时相同的重心位置和钢丝绳长度拆卡环避免咬伤固定拐臂、连杆与装配时相同的固定方式叶片往外移动采用液压千斤顶推动叶片，移动距离约 调整吊装位置轴头脱离拐臂前（约 位置）进行调整布置保护带键附近必须进行保护叶片吊出确保叶片水平拆下拐臂不要碰伤轴套端面清理轴套提交记录（包括照片）关键作业环节控制要领 叶片水平吊装前）起吊已拆除的第 张叶片，并调整叶片水平度，水平度偏差控制在 以内；记录钢丝绳长度。）将起重机吊钩铅垂线引至叶片上的相应位置，该位置即是叶片重心位置。）记录此重心位置尺寸并与图纸理论位置进行比较，若两者相近，则将此重心位置尺寸标记在其余 张叶片上。）标识转轮体与叶片根部之间的十字线、叶片外圆的水平线，目的是在叶片向外移动时采用红外线水平仪进行监控，确保叶片水平移动。安装叶片导向工装）分解前，从转轮体内部安装一个中心有孔的 字形工装。工装应放置在转轮体内径上而不是在轴套上。上部利用操作杆螺栓、下方采用一个 的顶起螺栓将 字形工装固定在转轮体上。接触面均用铜皮垫保护。）再将一个 螺杆安装在叶片轴头上并穿过槽钢中心孔，槽钢两侧安装螺母。该装置将控制 第 期李 华：美国某电站轴流转桨式水轮机转轮装配工艺叶片的轴向移动，并防止叶片在装配时来回摆动。调整螺母使其一次仅在有限范围内移动。固定拐臂连杆机构）用顶起螺栓（处）将拐臂推到外轴套法兰上。这将确保拐臂在拆卸过程中与叶片保持平行。）在螺栓和零件之间安装黄铜垫片作为保护。将拐臂安装在龙门架上，并拉紧铁葫芦使其承重。向外顶叶片松开叶片背面螺杆上的螺母，利用叶片进出边的 个吊耳用千斤顶缓慢顶开叶片，以 的间隔移动。用起重机向外拉叶片，拉开距离约为；必须确保吊钩与重心对齐。一旦叶片移动，就拧紧螺母，以防止叶片回撤。重复此步骤，直到叶片脱离 个轴套，但仍处于拐臂中。需注意的是：在叶片轴头切到轴套之前（约），即 轴 头 端 面 与 转 轮 体 端 面 的 距 离 为，详见图，确认叶片吊索的张力，看是否有松动；确认标识的十字线是否对齐；叶片轴头加布带绳进行支撑，检查轴头与轴套间隙是否均匀。图 叶片轴头端面与转轮体端面示意图 调整起吊位置调整叶片起吊位置，在将位置调整至叶片轴头的小直径距离拐臂 时，此时叶片与拐臂之间仍有约 宽的接触面，如图 所示。布置保护带在转轮体外侧，将布带绳插入叶片轴头上（拐臂内径长度处）。布带绳应足够长，确保其缠绕在叶图 叶片吊离示意图片轴头上时，可放在外轴套的底部；确保完全覆盖键并将布带绳推到拐臂上。根据需要在外轴套和拐臂的底部插入尽可能多的棉布保护。继续往外拉叶片确认标识的十字线对齐后，松开螺杆上的螺母并用起重机缓慢向外拉，当叶片脱离拐臂时，确保螺杆还在固定工装上，并再次确认吊钩与叶片重心位置是否对齐。必要时，调整起重机位置和钢丝绳，并在叶片拐臂轴头增加布带绳，拆下固定工装和螺母，缓慢地将叶片移出转轮体；在移动过程中始终检查起重机与叶片重心位置是否对齐，并检查外轴套间隙。第 张叶片拆卸后，对内、外轴套进行全面目视检查，轴套无损伤。采用以上作业要领对其余 张叶片进行了拆卸，经检查，结果无异常。结语该电站转轮装配成功的经验及工艺技术，对所有轴流转桨式水轮发电机组转轮装配均有很大的借鉴作用；特别是解决了高分子聚合物材料叶片轴套装配、拆卸易损伤的问题，并首次成功制作组装了带有排水管的转轮。目前，转轮已经顺利海运至电站现场并进行了安装发电。参考文献：黄金龙，何仕明超大型轴流转桨式机组转轮安装工艺四川水力发电，（）：韦云飞，马跃东大型轴流转桨式机组转轮结构优化研究及改造红水河，（）：赵福东，杜敬伟，耿辉轴流转桨式水轮机转轮组装及整体吊装工艺水利水电施工，（）：，水轮发电机组安装技术规范（责任编辑 秦凤荣）