水电站水轮机安装

水电站水轮机安装（共11篇）

水电站水轮机安装 篇1

清水水电站位于甘肃岷县境内, 是洮河干流上的一座河床式水电站。电站安装3台单机容量6.0MW和1台3.5MW的轴流定浆式水轮发电机组, 主厂房装设75/20T桥式起重机一台, 升压站电压等级为110KV, 水轮机大机转轮直径2.96m, 重量90t, 小机转轮直径2.28m, 重量70t。在该水电站水轮机埋件安装中, 经对此采用了新的安装工艺, 获得了满意的效果。

一、水轮机埋设件的常规安装方式

清水水电站水轮机的埋设件主要有尾水锥管、转轮室、座环、基坑里衬等几大件。按照常规的安装方式, 首先应安装尾水锥管, 其安装方法如下:安装前清扫机坑, 排除积水, 检查机坑底面高程, 校核尾水锥管几何尺寸, 检查管口圆度及同心度, 如不合格可用拉紧器或千斤顶进行调整并固定, 同时应进行进入孔预装及补气架焊缝检查, 在机坑内以设计轴线和设计高程来测量, 并确定出机组永久基准点;利用汽车吊将尾水管里衬吊入机坑尾水弯肘管的一期砼上, 并根据设计图确定尾水锥管里衬进人门方向;在尾水锥管里衬上方, 根据机组纵、横轴线基准点用钢琴线悬挂出机组的X-X、Y-Y轴线, 两轴线的交点为机组中心, 悬挂机组轴线时应注意两轴线不应在同一高程, 避免两线搭接, 影响机组中心的准确度;分别在机组中心的“O”点和尾水锥管里衬上口悬挂五个线锤 (见图1) ;在尾水锥管里衬的下口与一期砼之间利用钢板及楔子板调节里衬的高程和水平, 利用事先埋设在四壁上的拉环用花兰螺栓调整里衬中心并拉紧固定;调整锥管里衬的高程、中心、水平并使其上口标识的轴线与悬挂的轴线、线垂对齐, 其各部位误差调整到符合规程规定为止;各部位偏差均满足规范要求后, 将尾水管里衬加固, 点焊花兰螺栓及垫铁, 点焊加固后再一次复测各部件的安装误差。在确定安装误差在规范以内后浇筑砼, 然后再安装转轮室, 安装前对转轮室进行全面清扫和修整, 检查转轮室上、下口及转轮室中心的直径及管口圆度, 如有变形需要进行处理并固定。轴流式水轮机因转轮在转轮室里工作, 因此转轮室安装为机组安装的基准。安装过程中可按厂家设计图纸以转轮叶片中心高程确定其安装高程。安装时, 将转轮室吊起, 按X-Y方向落在安装位置, 然后进行轴线及高程的调整。按前述尾水管里衬安装时的挂线法, 用钢琴线挂出机组轴线、高程基准线, 进行转轮室找平、找正, 用花兰螺丝和予埋拉环将转轮室中心初步找正, 用调节千斤顶调整转轮室高程至安装位置;而后在尾水管里衬内搭设平台设置油桶, 利用求心器和求心架挂出机组中心线。用内径千分尺采用“导通法”精调转轮室的中心;用特制的水平梁和精度为0.002mm/m的框式水平仪, 在转轮室上端口处利用调节千斤顶配合斜垫铁调整转轮室水平 (见图2) 。测量时需用调头法, 以消除水平梁及水平仪的误差。待所测数据符合规范要求后, 可利用预埋时的插筋进行固定, 并焊接牢固, 同时点焊花兰螺栓及调节千斤顶。然后浇筑二期砼, 焊接尾水锥管里衬与转轮室的组合缝。最后进行座环的安装。由于座环的安装是整个水轮机安装精度要求最高的部件, 因此它的安装质量影响整个水轮机的安装质量。其安装方式仍然和转轮室的安装方式一样, 同样是进行找平、找正、找中心、固定、浇注砼的工作, 其后安装基坑里衬。

由于水轮机几大部件的找平找正工作量特别大, 尤其找中心的工作精度要求很高, 也是较为费时的工作, 而且这种安装方式在尾水锥管安装完成后, 要将安装所挂装的基准线、求心器等设备去掉, 再安装转轮室, 安装转轮室时再将基准线、求心器等设备重新安装, 象这样的安装方式要反复进行3次, 耗时多, 安装工艺多, 安装累积误差较大。

二、清水水电站所采用的新安装方式

我们通过对比, 在清水水电站的安装中, 采取了先将尾水锥管吊入基坑中, 将转轮室放在其上面, 然后将座环吊装在砼支墩上先安装座环, 待固定后, 将其转轮室从下面连接到座环上, 经校核同心度达到要求时, 再将尾水锥管抬起从下固定到转轮室上的安装顺序, 这样的安装顺序使得找平、找正、找中心的工作简化为一次, 可以节省一定的安装时间。在座环的安装过程中, 经测定土建施工中的座环支墩设计高程要比座环安装所需的支墩高程低10cm, 因此我们在座环支墩浇筑时给支墩顶部予埋了一块钢板, 并使钢板基本保持水平。按照通常采用的安装方式, 要么在支墩上放置小千斤, 要么用斜垫铁来调整座环的水平, 但是小千斤需求太多、不易加工, 而斜垫铁虽较好加工, 但10cm的厚度还需垫更多的钢板, 加之由于钢对钢容易滑动, 因此钢板垫的越多, 调整过程中越不稳定, 安全系数降低。经过综合考虑, 我们最后选用ф150钢管。先计算出每节钢管的长度 (计算方法为10cm―斜铁调整所需厚度―1cm钢板厚度) ;再将每节ф150钢管焊接在一块四方的厚1cm的钢板上, 倒置之后再焊接在支墩予埋的钢板上 (见图3) ;然后在上面放置斜垫铁来调整座环的水平, 这样斜垫铁以下为一个整体支墩, 减少了由于垫钢板太多而造成的易滑、不稳定的现象, 使座环的调整既稳定, 又安全。

三、安装效果分析

清水水电站所采取的安装方式较常规的安装方式省时省事、较易调整精度, 完全能够满足座环等精度要求较高的设备的安装要求, 在小型轴流水轮机的安装中是一种可推广的安装方案。

在支墩较低, 需要垫钢板的情况下, 采取焊接钢管以达到所需高程的方式既能减少材料用量, 又能满足支撑的平稳性以及强度要求, 较为可取。

水电站水轮机安装 篇2

（东电一公司）

苏 善 政

深圳前湾燃机电厂，一期设计安装3台390MW燃气轮发电机组，燃机为日本三菱重工(MHI)/东方汽轮机厂生产的M701F型270MW级重型燃气轮机。燃机总重量为394吨，外形尺寸为总长13.73米，最大部分直径5.3米。燃气轮机是一种以空气及燃气为工质，靠连续燃烧燃料做功的旋转式热力发动机，主要结构有三部分：1.压气机（空气压缩机）；2.燃烧室；3.透平(动力涡轮)。其工作原理为：轴流式压气机从外部吸收空气，压缩后送入燃烧室，同时燃料（气体或液体燃料）也喷入燃烧室与高温压缩空气混合，在受控方式下进行定压燃烧。生成的高温高压烟气进入透平膨胀做功，推动动力叶片高速旋转，从而使得转子旋转做功，转子做功的大部分（现时情况下约2/3左右）用于驱动压气机，另约1/3的功被输出用来驱动机械设备，如发电机、泵、压缩机等等。透平出来的烟气温度很高，通常被排入大气中或再加利用（如利用余热锅炉进行联合循环）。

三菱M701F型燃机的压气机、燃烧室和透平外缸连同进排气缸都是刚性连接成一个整体，由处于中分面下方的前者后两个支撑立在底架上，在工厂组装后，不用拆卸，就可以连同底盘一起直接运到工地安装。转子采用2支点轴承支撑，使轴承避免了高温的环境；滑动轴承为2块可倾瓦式，推力轴承为通常的双面作用，多块可倾瓦结构，位于压气机进气侧；后轴承与排气缸沿圆周向采用切向连接支撑，在排气缸受热后可以保持机组的良好对中； 1 排气管轴向布置，减少排气的压力损失，并使余热锅炉可以布置在与燃气轮机处于同一条轴线上。

1、燃气轮机本体安装特点 1）垫铁布置及安装

燃气轮机垫铁安装：燃机的垫铁为平垫铁，安装后进行灌浆，燃机垫铁的受力主要是灌浆后的混凝土垫块。由于燃机垫铁安装后直接灌浆，所以对垫铁水平及标高要求严格（标高偏差：-0.5～0mm,水平偏差不大于0.25mm/m），安装时必须使用精密的水准仪和框式水平进行测量。铲去基础表面25-30mm厚的疏松层露出基础坚实部分。用吸尘器及吹风机等将基础表面清理干净。按照垫铁安装位置划出垫铁中心线便于垫铁的安装。按照已划好的垫铁位置安装垫铁。利用垫铁上的三个顶丝调整垫铁的标高。按照台板顶丝位置在基础上预先埋设垫板。垫铁安装位置、水平及标高确认无误后安装灌浆模盒，模盒应比垫铁周边宽30-40mm。模盒安装时应注意模盒底部与基础接触面的密封防止漏浆，模盒顶面应略低于垫铁顶面。便于在灌浆过程中检查垫铁的水平变化。灌浆之前保持基础湿润24小时以上，灌浆采用MF-870G无收缩灌浆料，灌浆料在搅拌过程中保持温度在10-30℃之间。灌浆料禁止手工搅拌，应制作专用的搅拌工具用手持电钻搅拌，灰水比例为4.0-4.6L/25kg,搅拌时应注意搅拌速度防止灌浆水泥产生大量气泡。灌浆料从搅拌到浇灌时间不得超过30分钟。燃机台板调整顶丝预埋小垫铁的安装要求同正式平垫铁。燃机垫铁灌浆后用塑料薄膜覆盖进行养生，保持基础和灌浆层湿润5天以上，直至达到设计强度。

图1 燃机垫铁布置示意图

图2

燃机垫铁灌浆示意图 2）台板安装

燃机垫铁安装后座浆层强度达到70％后即可进行台板安装。用地质水平仪测量燃机已安装的各个垫铁的顶部标高。燃机垫铁通过加垫片的方式调整垫铁标高至安装值，按照三菱重工图纸要求垫铁与台板之间需要加装10mm垫片（9mm×1，0.4mm×2，0.1mm×2）。燃机台板在正式安装、燃机就位后将无法进行二次调整，燃机台板所能承受的燃机对轮调整偏差仅为燃机地脚螺栓孔直径地脚螺栓直径2mm，所以燃机台板的安装精度将直接影响2下一步燃机对轮的调整。

沿燃机、汽轮机纵向中心线拉纵向钢丝，沿燃机进气风道横向中心线拉横向钢丝，同时沿低压缸横向中心线确认中心线距离是否满足图纸要求。按照图纸给定尺寸确定燃机台板位置，调整台板标高、水平，标高偏差：-0.5～0mm，台板水平要求：≤0.25mm/m。检查各个垫铁应接触密实，各垫铁是否接触密实即检查各垫铁的受力，严禁使某一块或某几块垫铁单独受力。紧固地脚螺栓（力矩7500N/m），紧固地脚螺栓后复查台板标高及扬度，应符合图纸要求，根据图纸要求燃机透平机侧台板高于压气机侧台板3mm。

由于燃机台板按力矩紧固后，以后将无法调整（有部分地脚螺栓在燃机就位后，被燃机覆盖无法松紧螺栓），所以在现场实际安装中必须确保燃机台板中心线与汽轮机基础中心线重合。现场安装中，除使用拉钢丝找中心的方法外，使用经纬仪确认燃机台板中心线与汽轮机基础中心线的具体偏差，同时用经纬仪将燃机台板中心线可划到汽轮机、发电机基础每一个锚固板上，作为汽轮机、发电机就位找正基准。现场应用效果良好，燃机、高中压机发电机对轮偏差均在可调范围内。由于燃机基础低于汽轮机基础4040mm，燃机基础与汽轮机基础使用两个标高基准，在燃机台板安装前应复查燃机基础与汽轮机基础两个标高基准的一致性。调整台板标高时应首先应当略低于设计标高，即将台板安装成低于设计值0-0.5mm，便于下一步的燃机对轮的调整。当燃机调整结束后，应当最终满足设计要求。

2、燃气轮机就位调整

燃机的调整，燃机本体为整体到货，燃机调整方法类似于大型泵类调整。通过调整燃机与台板之间的调整垫片的厚度来调整燃机的对轮以及燃机的水平。需要注意的是由于燃机自重大，在燃机顶起过程中应防止燃机底板变形。在燃机透平底板处有一个弹簧式补偿器，在燃机顶起过程中弹簧式补偿器对外释放应力，使燃机透平底板无法抬起足够高度调整垫片，必须加装临时顶丝，辅助支撑。

3、进气、排气系统安装

燃机进气系统安装，燃机进气系统庞大，分为厂外部分和厂内燃机进气部分，厂外部分由中仓室、两侧滤房（内装滤芯）通过进气道短节和伸缩节与长房密封连接以及进气道内部的消音器和导流板，厂内部分包括位于＃2轴 4 承下方的进气室下半通过膨胀节与下边的进气室短节连接于燃机进气端面上，上面安装有进气室半圆形上半，总重量87t。大部分为框架式钢结构，安装工作量大，厂外部分安装过程中与余热锅炉烟道交叉作业多。

为安装方便，余热锅炉烟道必须在燃机进气系统中仓室部分施工结束后才能施工。燃机导流板的安装在燃机就位前就已经开始；中仓室以及滤房的组装受空间的影响每台机都是两班倒进行施工，由于是成品部件到现场进行组装，因此必须严格按照安装程序进行，否则，后续工作将无法进行。整体壳体组装完毕后还有一道非常重要的工序就是密封，密封焊是第一步，全部焊接完毕后采用喷淋检验是否密封合格。而燃机进气系统消音器部分安装时工艺要求极为严格，安装过程中不得有任何杂物污染消音器，消音器安装后内部间隔小，不易清理，安装时要防止杂物遗留在消音器底部。

同时燃机进气系统安装要求清洁度高，安装后清洁度要求内部杂物颗粒不得大于0.25mm。

燃机排气系统的安装，排气部分由排气短节（扩压短节）、膨胀节以及与余热锅炉入口烟道连接的短节组成，直径达5.3米，事先将各短节和膨胀节组合成两大部分，因燃机就位后排气部分与厂房间的空间狭小，故吊装作业相对困难，同时注意各法兰结合面的密封，密封材料采用三菱提供的专用亚麻仁油，此密封材料能耐住排气温度近600度的高温。

水电站水轮机磨损与防护 篇3

关键词：水电站;水轮机;磨损;防护

一、水轮机的主要磨损形式

水轮机及其重要部件经含有大量泥少的高速水流流过时，极易对其造成磨损，其磨损方式主要包括三种：一是冲蚀磨损;二是汽蚀磨损;三是冲蚀与汽蚀的复合磨损，具体表现在：

1、冲蚀磨损

一些小而松散的流动粒子对材料形成冲击的情况下材料表面出现破坏时称这一磨损现象为冲蚀磨损。携带固体粒子的流体包括液流和高速汽流，液流为泥浆型冲蚀，而高速汽流会产生喷砂型冲蚀。

2、汽蚀磨损

汽蚀磨损是指水流在局部地区流速增高的情况下会产生汽化，这就出现了破坏现象，将其称为汽蚀磨损。

3、冲蚀与汽蚀的复合磨损

高速水流在含量有泥沙和汽泡的情况下对流过的材料产生磨损被称之为冲蚀与汽蚀的复合磨损，通常水电行业将其称之为磨蚀。水轮机产生冲蚀与汽蚀的复合磨损主要是在水、汽和沙的共同作用下形成的，这是我国水电设备严重受磨蚀的主要原因。

二、水电站水轮机磨损的原因

1、与磨损物质特性的关系

磨损物质特性主要指泥沙颗粒的成分、大小、硬度、及形状等。颗粒的成分，一般泥沙颗粒的成分主要有石英、长石、云母、铁砂等物质。有些物质的硬度大于部件材质的硬度，而硬度越大，磨损也越严重。颗粒的大小，磨损程度与颗粒的直径成正比，粒径越大磨损越严重。同样颗粒形状不同磨损也不同，尖角的颗粒比圆滑的颗粒磨损要快。

2、与水流特性的关系

水流的特性是指水流中含有泥沙的浓度、水流的速度、水流的方向的冲击角等。水流中含有泥沙的浓度越大，磨损越严重。水流流速越快磨损越历害，水流方向和冲击角不同对磨损有不同的影响。不同条件下的冲蚀磨损试验研究表明，磨损率 W 与磨粒速度 V 有如下关系：

对 n 的取值，研究人员看法不一。Truscott报导了对不同材料，n 值不同，例如，在喷沙装置上，对钢材 St，n = 1.4;橡胶，n = 4.6。Daun等发现对不同试验台 n 值不同，例如旋转式试验台，n =2.5～3;圆盘式，n = 1.8 ～ 2.7;射流式，n = 2 ～ 2.2。由于流速指数值变化很大，在磨损速率预测和模拟时很难给出一个统一的 n 值。

3、与过流部件的材质特性的关系

金属材料的抗磨性取决于材料的物理性：硬度、内部组织、化学成分、粗糙度、表面尺寸、弹性率等。表面硬度越高的材料，磨损量越小，材料的内部组织越密实，晶体结构越均匀抗磨性越好，表面粗糙度起好，抗磨性越好。

4、与运行方式的关系

当水轮机运行情况良好汽蚀和磨损不产生联合作用时，汽蚀与磨损情况是不同的。当机组处于非设计工况运行时产生的汽蚀，会与泥沙对机件表面产生联合作用加大磨损的速度。

三、水电站水轮机磨损的防护措施

1、合理选择防护方案

以水电机组叶轮防护处理技术为例，磨蚀分两个方面：叶轮正面的磨蚀和叶轮背面的气蚀。叶轮正面的磨蚀主要是含沙水流的冲击和碰撞造成的，背面的气蚀是空化造成的。复合树脂金刚砂材料硬度高，有较高的邵氏硬度，可提高过流部件抗冲击和磨损的性能，适用于叶轮正面的磨蚀防护。聚氨酯弹性体技术抗磨蚀性能好，具有一定的弹性，有较好的抗撕裂强度，可防止高速水流中砂粒、石块对叶片产生划伤和撕裂破坏，适用于叶轮背面的气蚀防护。

2、合理选择防护技术

2.1 “硬抗”技术

由于水流中含有一定硬度的泥沙、石块等颗粒状物体，这些物体高速进入机组后，对机组产生很强的撞击、切削破坏。针对这种磨蚀破坏情况，则要采用有一定硬度的抗磨蚀防护材料。目前主要有复合树脂金刚砂技术、耐磨焊条技术、热镀硬铬技术、金属陶瓷技术等。这类抗磨蚀防护技术称为“硬抗”。

2.2 “软抗”技术

由于机组过流部件存在某些缺陷，造成机组内部压强不均匀，进而产生普遍存在的气蚀现象。其周围的液体以极高的速度冲向机组部件的表面，产生高强度的冲击波，产生噪音并引起振动。另外，液体中的微量溶解氧及酸碱性物质的化学腐蚀作用，对金属材料也会产生化学腐蚀破坏。针对这种空蚀破坏情况，则要采用有一定弹性（韧性）及抗腐蚀性能的高分子抗磨蚀材料，主要有聚氨酯和超高密度聚乙烯材料等。这类抗磨蚀防护技术称为 “软抗”。

3、焊接修复技术

焊接是目前水轮机修复的重要方法。目前，主要方式有补焊、喷焊、利用防护材料修复等。对于Cr13型马氏体不锈钢来说，焊后即使是空冷也会由高温状态的奥氏体转变为马氏体，并表现出明显的淬硬倾向。当采用材质相同的焊接材料焊接Cr13型马氏体不锈钢时，为了细化焊缝金属的晶粒，提高焊缝的塑性和韧性，焊接材料中通常会添加少量的M o、Ti、Al 等合金元素，同时采用特定的工艺措施。对于含碳量低的马氏体不锈钢，冷却结晶时会转变为低碳马氏体，不会表现出显著的淬硬倾向。且不同的冷却速度，对焊缝和热影响区的硬度不会有明显的影响，且具有良好的焊接性。这种不锈钢经过淬火或回火处理后，由于韧化的奥氏体均匀的弥散分布于回火马氏体的基体，使其具有较高的轻度和良好的塑性及韧性。表现出强韧性良好的匹配和优良的耐蚀能力。具体的焊接方法包括以下几种：

3.1 低电压短弧焊法

在整个焊接过程中保持弧长不变，收弧时应填满弧坑。在多层焊接时，每焊完一层应彻底清除熔渣，待冷却后再焊接下一层，并尽量减少焊接层数，以避免重复加热，否则会使热影响区扩大，降低焊缝的抗腐蚀性能。由此可见，在使用焊条焊接1Cr13型马氏体不锈钢时，对焊接手法和运条方法都有较高的要求，而且在工程量日益增大的今天，其生产效率也是问题。

3.2 熔化极气体保护焊

熔化极气体保护焊有焊接效率高、熔合比低、焊接变形小等特点，可以满足水轮机焊接的需要，并且该方法的焊接成本相对较低。因此，焊接Cr13Ni 5型马氏体不锈钢可使用E410Ni M o药芯焊丝。首先，药芯焊丝对钢材焊接的适应性比较好，能够方便和准确的调整焊剂的成分和比例，使熔敷金属可以满足焊缝所需求的化学成分。其次，药芯焊丝的工艺性能好，焊缝成形美观。药芯焊丝采用气渣联合保护，获得良好成形性。药芯中加入稳弧剂使电弧更稳定，熔滴过渡更为均匀，使焊接过程中飞溅少且颗粒细小。最后，药芯焊丝在生产过程中，对环境的污染小于焊条和实芯焊丝。因此，推荐水轮机的修复采用相应的药芯焊丝焊接。

3.3 带极电渣焊

带极电渣焊是一种高效的焊接方法，自动化程度较高。通常，焊接Cr13Ni 5型马氏体不锈钢可以使用D410Ni M oL焊带进行焊接。目前，东方电气公司已经成功的使用该方法对水轮机进行了焊接，但工装极为复杂，且需要巨型的变位设备，其推广起来有一定困难。另外该种方法高温停留的时间长，难以控制熔合区的组织成分，从而对其使用性能有一定的影响。

结束语

综上所述，水电站水轮机的磨损会给其运行效率产生极大的影响，因此，需要对于其磨损的形式与原因进行分析，并采取相应措施，进一步加强水电站水轮机磨损的防护，从而为水电站的正常运行提供有效保障。

参考文献：

[1]王志高.三门峡水电站水轮机磨蚀与防护[J].水利水电工程设计，1998，01：41-44.

[2]庞学健.浅谈我处小水电站水轮机空蚀磨损及防护[J].科技资讯，2008，06：20.

水电站水轮机安装 篇4

1 水轮机工作原理以及参数

在水电站运行中, 水轮机主要是驱动发电机发电, 其工作原理是将水流的能量转换成机械能, 其运行方式主要分为反击式和冲击式。在反击式水轮机中, 主要是利用水流能量产生压能, 在转轮叶片的前后形成压差, 从而驱动转轮旋转, 将水能转换成机械能。而冲击式是通过高压水流产生的自由射流来冲击转轮叶片, 对转轮形成旋转力, 从而实现工作原理。在确定水轮机参数时, 主要可以通过两个方法来实现, 一是通过对现有水轮机模型的研究, 得出数据资料, 在对型谱进行对比分析后确定应该选择的水轮机参数。第二是通过以往的运行实践, 在比转速的基础上, 结合统计比较法来确定应选的水轮机参数。

2 中小型水电站水轮机的安装施工

2.1 导水机构预装。

导水机构是水轮机运行的前提条件, 其为水轮机的运转提供基础的水流引导, 对于导入的水流在速度、流量以及方向上进行控制, 在进入转轮之前会形成一定的环量, 以此产生旋转力, 促进转轮的旋转, 带动整个机组的运行。通过调速器对导叶的开度、转轮中的水流量等进行控制, 以此保证机组运行的速度, 使机组承受的负荷在限定的范围内。

2.1.1 底环安装。

在底环安装之前, 需要对座环面进行清理, 然后对其进行水平度检测, 看其是否与安装的规范要求一致, 如果超出标准, 则需要对其进行现场打磨, 在打磨时, 需要注意对精度的控制。经测量合格后, 需要使用酒精或者汽油对底环以及安装面进行清洁, 之后利用厂房桥机将底环吊入坑内, 准备调整安装。其间, 要对高程和水平度进行检测, 保证在规范的标准内。

2.1.2 导叶及顶盖预装。

在安装完底环后, 就要对活动导叶、顶盖及密封圈、导叶轴套等进行清洗, 并检查导叶断面型线及几何尺寸。预装时只需要装入一半的导叶, 导叶要按照1、3、5……23的顺序安装。导叶布置完毕后, 再调入顶盖。调整导叶的垂直度, 调节顶盖、底环同圆度、轴度, 调整导叶上下端面间隙。在与设计规范要求相符之后, 复测同轴度、导叶间隙, 预紧顶盖连接螺栓。将顶盖与座环配转打定位孔上定位销。在完成预装后, 将顶盖拆除, 并吊出机坑外。 (图1)

2.2 转轮、机轴安装。

转轮和机轴是水轮机中将水能转化为动能的主要构成部分, 通过导水机构的水流产生的旋转力, 转轮产生动力, 然后带动发电机组运行发电, 并且还具有支撑的作用。在安装之前, 需要对转轮进行清洁处理, 清洁后使用专业的检测工具对尺度和偏度等进行校核, 之后将转轮调整成水平状态固定, 然后对转轮的法兰面进行擦拭。在确定转轮的法兰面符合规定的标准后, 通过连接螺栓将机轴与转轮连接, 重新对水平度和垂直度进行检测, 达到标准后进行预紧。一定要做到转轮与机轴的无缝连接, 间隙不可以塞入0.03mm的塞尺。在安装好后, 利用起吊工具吊装至机坑, 调整其高程、主轴垂直度等支垫稳固, 完成安装。

主轴与转轮联接完成后, 检查并调整主轴上法兰面水平至O.02衄n/m。在上法兰面制作一个十字架, 采用挂钢琴线的方法, 测量主轴与转轮的同心度和圆度 (见图2) , 并做记录。

2.3 导水机构安装。

转动部分安装完成后, 重新清洗底环面、顶盖, 清理没有预装的轴套、导叶等。当导叶完全装入底环面后, 调整安装吊入基坑的顶盖, 调整导叶端面的间隙, 打上顶盖定位销, 紧固顶盖联接螺栓, 复测底环、顶盖同轴度。立面间隙调整与规范及设计要求相符后, 用钢丝绳捆绑导叶, 用塞尺检查导叶立面的间隙, 安装控制环与导叶上端连接的控制支臂。

2.4 接力器安装。

在这里以外置式接力器为例, 在对接力器进行安装之前, 首先要对活塞缸进行试压、清洗以及配对。将试压并配好对的配对接力器分别吊入机墩旁的接力器坑内进行安装, 在导叶用钢丝绳捆绑以及全关并的情况下, 连接接力器控制环与拉杆, 调节2个接力器水平及高程。接力器水平度在其全开、全关及中间位置时, 要小于等于0.1mm/m, 接力器压紧行程为4~6mm, 2个接力器活塞行程的偏差小于等于1mm。

2.5 主轴密封安装。

水轮机主轴密封主要有两种, 分别是工作密封和检修密封;工作密封起到水轮发电机组止水作用。主轴密封安装过程中, 第一步对主轴密封、顶盖和主轴密封连接面等进行清洗, 然后将密封胶均匀涂至主轴密封分瓣组合面、顶盖与主轴密封连接组合面等位置, 然后吊入主轴调整安装密封;而空气围带与主轴下护罩间隙要控制1.50mm~2mm间, 紧固连接螺栓、配转顶盖后、打上定位销。

2.6 油导轴承安装。

水轮机轴承安装前, 首先要对轴承各部件进行清洗, 然后依据设计图纸顺序依次安装, 安装过程中要保证密封胶涂遍所有组合密封面。对于油箱的安装, 要做好油箱煤油渗透试验。关于油箱的压力测试, 可以取消, 因为油箱一般为钢板焊接结构, 出厂前已经进行过相关测试, 所以安装前不需要做压力试验。

结束语

由于水轮机在水电站中具有重要的作用, 所以要保证安装施工的技术水平, 提高运行效率。在安装的过程中, 要详细规划好每一个环节, 严格按照规范要求执行。安装期间, 要对每个环节都进行严格的检测, 在符合规范标准后方可进行下一环节。提高水轮机安装的施工质量, 为水电站的正常运转创造有利的条件。

摘要：中小型水电站工程建设在我国的经济发展中发挥了重要的作用, 在水电站运行的过程中, 水轮机是重要的组成部分, 其是驱动发电机发电的重要设备, 对于水电站的正常运行具有重要的作用。在水轮机的安装施工中, 需要严格按照规范标准执行, 为了提高安装效率, 要综合考虑各种因素。针对中小型水电站中水轮机安装施工的相关问题进行了分析, 对于水轮机的高效运行具有重要的意义。

关键词：中小型水电站,水轮机,安装施工

参考文献

[1]冯伟权.中小型水电站水轮机转轮改型设计的必要性和可行性[J].科技创新导报, 2011, 13:133.

[2]王春暖.中小型水电站水轮机选型设计评述[J].水电站机电技术, 2010, 2:36-40, 72.

水电站水轮机安装 篇5

关键词：中小型水电站低压水轮机优化改造

0引言

我国水电资源蕴藏丰富，可经济开发的水电资源达3.7亿kW，装机容量小于300MW的中小水电约占到可经济开发资源量的50％。改革开放以来，随着经济和社会的发展对电力日益增长的需求，我国电力工业获得快速发展，水电建设如火如荼。一些地方中小水电特别是农村水电甚至成为当地经济可持续发展的支柱，以电代燃料成为维持生态环境良性循环的保障。水轮机是水力发电的关键设备之一。水輪机特性的优劣是影响水电站经济运行的重要因素。水轮机的选型是根据电站的水文、水能等基础资料，结合工程总体布置和水轮机的水力特性、结构、材料及制造工艺等问题，按照技术先进、经济合理的原则，选择和确定水轮机的技术参数。

1水轮发电机组运行稳定性与选型优化

现代水轮发电机组的单机容量越来越大，最大单机出力已达852MW(长江三蛱)。水轮发电机组的运行稳定性，因一些大型或巨型机组发生振动造成损失而受到越来越普遍的重视。水轮机的运行稳定性主要表现为水力振动和机械振动，与水轮机能量特性和空化特性存在一定的相关性，中小型水电站的水轮机选型也应重视稳定性问题，应将稳定性作为重要的技术经济性能加以研究。应从水轮机的水力设计、结构和部件的设计、机组的安装等方面，并参考已运行的类似电站的经验，对可能出现的影响机组运行稳定性的水力、电气和机械因素进行分析、计算和预测，并选择预防、控制和改善水轮机运行稳定性的措施。如在水力方面选择无涡区较宽、水力脉动较小的转轮模型；选择较高的水轮机设计水头；水头变幅较大的电站设置机组最大出力等。在水轮机过流部件结构和流道方面，如转轮采用奇数叶片数，采用×形叶型及长短叶片，采用较高的尾水管高度，并设置补气装置等。在机组及部件结构设计方面，要求供货厂商做到机组及部件结构设计合理，并便于检修：要求加强水轮发电机组整体及部件的刚度、保证水轮发电机定子适宜的刚度、柔度和强度：要求在工厂装配和现场安装中特别要保证可能引起振动的关键部位的精度和安装质量。还要核算机组部件的自振频率，在电站压力钢管设计时核算钢管的自振频率，避免发生共振。在电站运行中尽可能优化调度等；应尽可能消除振源。同时，为便于对机组的运行状况进行在线状态监测、故障诊断和报警。为机组的状态检修和电站的安全经济运行提供依据。另外为了更好使发电机组安全、稳定运行，我们电站主要采取以下几种方式来对发电机组进行优化改造：

1.1发电机励磁装置改造要使发电机安全和稳定的运行，发电机励磁系统的性能是关键，我们现在基本上改用了可控双绕组电抗分流式励磁，此装置在双绕组电抗分流式的基础上增加了可控硅分流的自动电压调节器，空载电压调节范围大，并网后运行稳定，无功功率调节方便。在主断路器跳闸后不失磁，附绕组仍有残压。在电网停电时提供励磁电源供给调速器，能迅速将机组关闭，省去了备用电源。

1-2水轮机调速装置改造并网后小型水电站不能调频，调速器仅作用于正常开、停机、调节正常有功负荷以及事故停机。所以普遍采用电、手动操作器，其结构简单、投资省而又随机配套，操作与维护简单。如果需要有自动调节功能，则可以配上STK-W-3微电脑控制器，就能达到单机自动调频，并网时按前池水位自动调节有功功率、自动并网合闸等功能。TC操作器是一种技术较先进的新型调速器，除有电、手动操作器的功能外，其特点是关闭时间可以调节，故障时无电源也能自动关闭导水机构；可根据电站实际，整定不同的调保时间值；同时可避免因木石卡塞和手动关机过度损坏导水机构问题。提高了机组运行的安全性。再配上STK-W-3可达到自动调节的目的，是一种值得推广使用的调速装置。

1.3主变的改造水电站的低压机组通常是经主变升压后与10kV配电线路相连接或专线直接接入某一变电站，80年代以前电站选用的都是型号为10±5％／04kV系列配电变压器。由于电站地处偏远山区，线路长压降大。发电机经常需要在较高电压下运行，才能保证发送一定的无功负荷。有的电站电压值高达440V及以上，其危害：一是在高压下运行使发电机、变压器温升提高、绝缘加速老化，绝缘薄弱环节容易击穿：二是难以发足无功功率，并影响机组运行的稳定性；三是老型号变压器能耗大，且运行年久老化，常出现故障影响正常发电，需要及时更新、改造。主变订货时必须向生产厂家特别提出，主变的变比一定耍满足0.4／11±5％kV的要求。选用这种变比的变压器做主变，其输出电压要比采用普通配变做主变的输出电压高10％，所以可使发电机的运行电压降回到额定值，则发电机的运行功率因数值也可恢复到额定值，既改善了发电机和主变的运行条件，又可发足无功功率。

2信息技术用于水轮机参数选择的探讨

基于经济性的考虑，中小电站水轮机的设计选型，一般是套用现有型谱或模型曲线，较注重其技术成熟程度和运行经验，而相对较少关注技术的发展趋势和研究采用最新成果。水轮机技术是一门综合应用科学和工程技术，现代水轮机科学技术和水电开发之所以取得如此快速的发展，特别是最近10年来的迅猛发展，固然是因为经济和社会的发展对电力不断增长的需求和水力发电带来的经济利益所推动，但也与经济发展和其他科学技术(如计算机、信息技术和材料等学科技术)发展的促进密不可分。特别是计算机与信息技术的发展和应用，使水轮机技术的发展得到了巨大的推动和提升，如计算机流体动力学(CFD)水力分析预测技术，有限元结构分析技术(FE)，计算机辅助设计和制造技术(CAD／CAM)等及其他新技术，应用于水轮机水力开发、模型制造、模型试验和结构分析及水轮机组制造的全过程，不仅使得水轮机的技术性能包括能量特性和空化性能等普遍得到提高(水轮机模型效率最高已达95％)，而且在实用上，结合统计分析和经验，采用CFD等技术，基于现有水轮机研究和制造的经验开发研制、改造的常规水轮机新转轮甚至可以不再进行模型试验验证即可投入工程应用，即使进行模型试验验证，也大大缩短了从技术开发、产品制造到产品应用的周期，收到事半功倍的效果，经济效益非常明显。目前，CFD等信息技术已在国内外有关高校、科研机构及水轮机研发和制造企业逐步推广，包括一些大型水轮机新转轮及过流部件的技术开发和设计，其技术将日益成熟和进步，发展和应用前景广阔。相信对于我国水电工程咨询设计行业，逐步应用和推广CFD等信息新技术，将会有助于提升设计质量，加快水电技术发展和水电开发的步伐，有助于提升我国水电开发的水平和经济效益。这也将会是水力发电设计技术发展的必然趋势。

3结语

水电站水轮机安装 篇6

1 ALSTOM/HEC水轮机发电机机组的基本概况分析

正如上文所述, ALSTOM/HEC水轮机是当前世界范围内尺寸与单机容量最大的水电站水轮机系统。而三峡水电站作为我国规模最大的现存水电站运行系统, 也赋予了水轮机更为完整的职能。笔者翻阅相关数据资料总结出当前整个水轮机发电机组在水电站运行系统中的各项指标参数, 其基本数据表现形式如下表所示 (见表1) 。

A LSTO M/H EC水轮机的导水机构由底环、顶盖、控制环、活动导叶以及导叶传动组织这几大部分共同构成。其中, 底环、顶盖与控制环需要在施工作业现场组装, 并采用专业吊具吊入机坑进行安装作业, 特别需要注意的是, 导水机构的底环与顶盖需要在过流面的材料架构中选用耐腐蚀、耐磨损性能较好的不锈钢式材料。整个A LSTO M/H EC水轮机导水机构的系统构成情况如图1所示。

2 水轮机导水机构主要结构特点分析

由图1的ALSTOM/HEC水轮机导水机构系统构成情况剖面示意图, 我们不难发现这种ALSTOM/HEC水轮机乃至整个大型水电站水轮机导水机构都存在一定的结构特点。相关工作人员只有对这种结构特点作出详细的分析与认识, 才能使导水系统后续安装作业能够稳定、高效的运行。以ALSTOM/HEC水轮机导水机构为例, 其结构特点可以归纳为以下几个方面。

(1) ALSTO M/H EC水轮机座环的精加工作业不是在制造场地进行的, 它与导水机构基础环、底环的安装需要在导水系统施工现场进行作业。在这一过程中, 现场实配与加工的垫片是调整整个机座环与基础环、顶盖之间衔接关系的最有效途径。在此基础上使用高强度螺栓对机座环衔接程度作出进一步加固。ALSTOM/HEC水轮机导水机构的这一结构特点不仅减轻了设备装置制造厂商的加工负担, 同时也最大限度的避免了机座环在施工现场焊接、混凝土建筑作业影响下产生的各种程度变形, 进而使得导水机构机座环在安装过程中的作业流程得到较为显著的简化。

(2) ALSTO M/H EC水轮机导水机构采用径向式密封手段对底环、顶盖以及座环进行密封作业。当导水机构座环的安装及定位工作顺利完成之后, 相关工作人员需要采用火焰式切割手段对导水系统上下导口进行切割与手工打磨作业, 特别需要在手工打磨作业中控制好打磨厚度以及打磨装置于顶盖、底环之间的径向间隔实时数据。

(3) ALSTO M/H EC水轮机导水机构与传统意义上水电站水轮机导水机构最大的区别在于它取消分瓣键在连接导叶与拐臂中的应用, 而改以胀销装置技术对其实施连接。这种结构特性在水电站水轮机实际运行过程中最大的优点在于:首先, 胀销装置于分瓣键装置相比起来, 其连接性能更容易实现, 从而简化了导叶与拐臂连接装置的加工、安装作业步骤;其次, 若采用胀销装置技术对导叶与拐臂进行连接, 相关工作人员仅需要在确保导叶端部上下间隙均符合相关标准的基础上, 做到管套内锥销的压紧与上部螺钉的钉紧作业, 就可以完成导叶与拐臂的连接作业, 而传统意义上使用分瓣键进行安装的连接作业, 往往需要在重复数次以上的压紧、拆装、再压紧作业之后才能达到水轮机导水机构的安装要求。

3 水轮机导水机构安装标准分析

针对上述有关ALSTOM/HEC水轮机导水机构所呈现出的结构特点分析, 笔者认为, 在水电站, 特别是大型水电站水轮机导水机构的安装施工作业中, 要想使导水机构各项装置设备的安装使用均能够达到预期目标, 我们就需要在充分遵循导水机构各种结构特点的基础之上, 建立起一套导水机构安装作业的规范化、标准化施工制度。笔者现从底环定位与顶盖定位这两个方面对其安装标准做简要说明。

(1) 整个水电站水轮机导水机构要想安全、稳定的运行, 首先就需要做好底环的定位工作。基于ALSTOM/HEC水轮机导水机构底环内搪口是在施工现场进行切割与打磨作业的, 其定位轴线标记存在较为明显的误差。因此, 在大型水电站水轮机导水机构底环作业过程中, 我们可以采取如下的安装标准:一方面, 底环高程的定位可以采用固定导叶中心作为安装高程;另一方面底环中心的定位可以采用测量底环机座环下搪口与底环之间的间隔数值来确定。特别需要注意的是, 垫片厚度的确定还需要充分考虑到底环高度、底环导叶中心距以及基础环导叶中心距等因素影响。

(2) 在上述底环定位工作完成之后, 顶盖的定位工作就势必会对整个水轮机导水机构导叶与顶盖之间实际间隔距离的确定产生最为直接的影响。而这一过程中, 最值得引起相关工作人员关注的无非是顶盖垫片的测量与定位工作, 下图即为顶盖定位中垫片装置的测量作业示意图 (见图2) 。

相关工作人员需要在对顶盖定位垫片装置系统测量的基础上, 以底环装置上固定止漏环的所在位置为基准, 悬挂顶盖中心定位测量线, 分别观测这一基准中心与导水机构导叶上部、中部、下部轴套座之间的间隔数据, 进而对该顶盖中心定位点作出相应的调整与优化, 使其最终达到水电站水轮机运行系统规范及标准规定。

4 结语

我们认识到:水轮机导水机构的质量与运行效率在整个水电站, 尤其是大规模水电站运行系统安全稳定运行过程中所占据的地位日益重要。水电站水轮机导水机构的结构特点及其安装工艺技术标准已成为我们在水电站建设维护中特别需要关注的问题之一。只有兼顾这两项工作, 以导水机构的结构特点分析促进安装标准的规范完善, 以安装标准的制定反应导水机构所存在的结构特点, 进而推动整个导水机构在大型水电站水轮机系统中的安全稳定以及高效运行。

参考文献

[1]尹新善, 张显锋, 李然, 等.水轮机导水机构设计的优化技术[J].中国水能及电气化, 2009 (8) .

[2]刘胜柱, 郭鹏程, 罗兴琦.混流式水轮机导叶与转轮的匹配关系[J].西安理工大学学报, 2004 (1) .

[3]吴金荣.周宁电站水轮机结构特点及制造安装问题处理[J].水力发电, 2006 (3) .

[4]汤天喜.水轮机导叶轴承滑痕分析及其润滑改善[J].机械工程师, 2005 (6) .

[5]余小波.东方电机成功开发出水轮机导叶和转轮相互干涉非稳定流计算软件.

水电站水轮机安装 篇7

1 安装准备

1) 熟悉图纸及制造厂提供的技术资料, 了解设备的结构特点及安装工艺要求;结合现场具体情况, 编制施工技术措施、安全防护措施和质量控制措施;

2) 对所有参加水轮机蜗壳安装的作业人员进行技术交底。熟悉掌握水轮机蜗壳的结构特点、技术要求、装配程序、质量标准等。

2 蜗壳拼装及焊接

1) 依据蜗壳各节尺寸图提供的数据, 在蜗壳拼装平台上用地规放出各节蜗壳的实样尺寸, 并作明显标记;

2) 按编号用汽车吊或门机将相应各节的蜗壳瓦片吊到拼装平台的尺寸实样线上, 用专用工具调整瓦片对缝间隙及弧度;用不小于1.2m样板检查蜗壳弧度, 其间隙应小于2mm。检查纵缝处间隙应在3~5mm内;过流面各焊缝错牙应小于1mm;

3) 拼装成单节的蜗壳。应检查开口尺寸G、对角线尺寸、el—e2、单节蜗壳大小口周长L、进水口内径R;

4) 复测以上尺寸, 按各节蜗壳进水管口周长分中, 定出蜗壳安装高程线, 打上样冲, 测量节宽, 并记录;

5) 按照焊接工艺要求, 对拼装缝进行焊接, 焊接完成后按照图纸要求对拼装好的单节蜗壳进行内部加固;用砂轮机打磨焊缝, 以保证过流面的光滑、平顺, 然后清扫涂漆。

3 蜗壳挂装

3.1 挂装顺序

蜗壳第14节为凑合节, 其双边各留有切割余量100mm, 选第1节作为定位节, 这样就可以分成分3个工作面继续挂装:第1工作面, 从定位节向凑合节挂装;第2工作面, 从小尾部向凑合节挂装;第3工作面, 从定位节向蜗壳进口段挂装, 直至压力钢管。依次挂装, 调整环缝对口间隙、内表面错牙。调整其最远点高程、半径, 管口节高。加固定位。第1工作面与第2工作面应为对称挂装, 合理调整两个工作面蜗壳的挂装顺序, 以减少对座环的影响。

3.2 吊装及运输手段

使用50t汽车吊和40t平板车配合将蜗壳单元节 (最大节的重量不大于20t) 运抵厂房附近, 使用厂房上游土建用30t高架丰满门机卸车、转运、吊装就位。

3.3 定位节挂装

按照蜗壳的安装图在座环上找出定位节的控制点, 并打上记号, 作为定位节的控制点。安装定位节前先在上、下环的标记处焊挡板, 用门机将蜗壳定位节吊装在安装位置, 通过调整蜗壳最远点的高程、半径及进口断面的倾斜值与控制线之间的距离, 满足图纸技术要求后进行支撑、加固、点焊。加固后应有足够的强度、刚度。加固后去除吊具, 并应对定位节的安装误差做出全面检测、调整, 在确定满足要求后安装其他节。其他节可按照定位节的安装方法实施。

3.4 凑合节挂装

1) 蜗壳凑合节应在所有的安装环缝焊接完毕后进行下料切割。下料时将蜗壳进行等分, 测量蜗壳相对应点的距离, 照此划线下料。下料时应避免对接缝的间隙过大, 以防止焊接应力偏大。凑合节安装时, 应先点焊固定出口侧的那一条环缝, 进口侧采用挡板挡住, 使进口侧环缝焊接时成自由状态, 有利于减少焊接应力。

2) 蜗壳与压力钢管连接的直筒凑合节下料切割的方法与蜗壳凑合节下料方法基本相同。但需要注意:由于蜗壳排水管的影响, 应将最后一条封闭环缝改在蜗壳侧, 待蜗壳混凝土浇筑完毕, 达到设计强度后, 再对最后一条封闭环缝焊接。

4 蜗壳焊接

4.1 相关准备工作

1) 焊前需将焊条按其使用说明书的要求进行烘焙处理, 并置于100~120℃保温筒中, 随用随取, 未使用完的焊条必须放回保温箱, 露置空气中超过4h的焊条应重新烘烤。烘烤次数不得超过2次;

2) 焊前应将坡口及其两侧30mm范围内清理干净。所有焊接原则上均在正面焊缝焊接完成后再用气刨背面清根、研磨干净后, 再进行背面焊缝的焊接;

3) 用温控加热装置按焊接工艺规范的要求将需预热焊缝区域均匀加热至120~150℃, 环境温度低于5℃时不可施焊。

4.2 拼装纵缝焊接

蜗壳拼装时, 纵缝的焊接采用分段退步焊, 每段长度500mm左右, 焊接前, 须将施焊区域加热至100~120℃, 且焊接时应根据变形情况及时调整焊接顺序。除根部及盖面焊缝以外, 其它各层焊缝要求充分锤击, 焊后按相关标准进行UT、MT探伤。

4.3 安装环缝及凑合节焊接

4.3.1 焊接顺序

总的焊接顺序:常规节之间环缝焊接→凑合节纵缝焊接→凑合节一侧环缝焊接→凑合节封闭环缝焊接→蜗壳与座环上、下蝶形边焊缝焊接;单条焊缝焊接顺序:正缝焊接至50%厚→背缝气刨清根、打磨及PT探伤→背缝焊接至50%→正缝焊接至100%→背缝焊接至100%。

4.3.2 凑合节两条环缝焊接

凑合节与其它常规节之间有两条环缝需要焊接, 其第一条环缝采用对称分段退步焊, 第二条属于封闭焊接, 其应力很大, 需采取特殊的焊接工艺措施, 并严格遵守焊接工艺规程。焊接工艺措施具体:从第一层焊道开始直至焊接全部完成, 每条焊缝均由4名焊工完成, 将焊缝合理分成4个焊接区段, 同时再把各区段分成同等长度的若干对称退步焊段, 且第一层焊缝应连续完成。各层焊道应保持多层、多道、对称、分段、退步焊接方式。4名焊工尽量以相同的工艺参数进行施焊, 争取在同时间内完成同一层焊道的焊接, 且各环缝的焊接应保持连续, 中断前最小焊接厚度应达到蜗壳板厚的2/3。从第二层焊道开始到盖面层之前, 每层焊接完成后, 立即对焊缝进行锤击, 锤击方向应沿着焊接方向成矩形运动, 通过锤击使熔敷金属得到延伸, 释放应力, 从而有效地减小或消除应力。

4.3.3 蜗壳与座环上、下蝶形边之间焊缝焊接

应先焊上蝶形边焊缝, 后焊下蝶形边焊缝。上、下均先焊大坡口焊缝, 然后背面清根后做PT或者MT探伤检查, 合格后再焊接背缝。蜗壳蝶形边焊缝由8名焊工沿圆周对称分段退步焊, 焊接时应保持速度一致, 蝶形边焊接应连续进行直至焊接完成, 中途停顿时应采取保温措施。此项措施应在施焊过程中严格贯彻执行。蝶形边焊接前后应测量座环水平, 且焊接过程中应加强对座环水平的监测。

5 蜗壳加固

蜗壳安装、焊接完毕后, 进行蜗壳外部加固, 按设计图纸布置安装拉紧杆、松紧螺栓、支座、调整用千斤顶, 必要时作适当增加:用角钢及拉紧器将蜗壳与基础锚筋及周围墙壁上的插筋焊联, 以保证蜗壳加固的可靠性。

6 结语

蜗壳作为重要的过流部件, 承受的水压高, 水压变化大, 对焊接质量要求高。在焊接过程中, 应严格按照施工工艺进行施工。

1) 施工前, 应根据工程的特点及现场条件制定合理的安装措施和质量保证措施, 且施工时严格执行, 保证蜗壳的安装进度。

2) 焊接是整个蜗壳安装过程中最重要的工艺, 良好的焊接工艺是质量保证的前提。蜗壳安装时, 应根据制造单位的焊接工艺指定切实可行的焊接方案, 并在施工中严格执行。

3) 整个安装过程中, 应采取措施监视座环的变形情况。蜗壳安装完成后, 应加固牢靠, 并在砼浇筑过程中严密监测变形情况, 以便及时采取措施解决。

摘要：本文对居甫渡水电站水轮机蜗壳的拼装、挂装、焊接等施工工艺进行了介绍, 需要掌握蜗壳各施工环节安装质量控制要点和内容。并对相关问题进行了分析研究, 为今后工程实践中出现的类似问题提供参考和借鉴。

水电站水轮机安装 篇8

燕山水库在沙颍河主要支流澧河上游干江河上, 是历次淮河流域规划中为提高沙、澧河防洪标准和综合利用澧河水资源而选定的大型综合利用水库, 是19项治淮重点工程之一, 亦是河南省“十五”计划的重点项目。

坝址在河南省京广铁路以西叶县境内保安镇杨湾村老官寨水文站下游约1.6km处, 控制流域面积1169km2, 采用500年一遇洪水设计、5000年一遇洪水校核, 总库容9.25亿m3。是一座以防洪为主, 结合供水、灌溉, 兼顾发电等综合利用的大 (Ⅱ) 型水利枢纽工程。

电站装机容量为3×630k W, 设计水头13.74m单机设计流量5.61m3/S, 水轮机安装高程为89m, 尾水池设计发电水位为91m, 最低发电尾水位为88.722m, 最高发电尾水位为92.592m。

2 水轮发电机组安装施工程序

发电机下机架预安装→发电机定子安装→水轮机转子吊入、找正→导水机构安装→发电机下机架正式安装→发电机转子吊入、找正→发电机上机架安装→水轮机、发电机连轴→水轮机导轴承安装、发电机推力和导轴承安装→盘车→发电机滑环安装、速器安装及静、动态试验→水轮机启动试运行。

3 水轮发电机的合理安装

3.1 发电机下机架预安装

下机架中心、水平度、高程符合要求后打入定位销, 然后进行预组装, 完成后拆除定位销。

3.2 发电机定子安装

发电机定子是用螺栓固定在基础板上的, 而基础板由地脚螺栓固定在混凝土结构上。整体结构的定子, 吊入后即可调整其位置。定子调整合格后需将垫板、楔子板、基础板等点焊固定;对调整位置时用的拉紧器、钢筋等也需要点焊牢固;对已经锚固的地脚螺栓在它受力以后也应点焊, 对双头螺栓只初步拧紧, 要在浇筑混凝土并最终拧紧后才点焊。然后浇筑二期混凝土, 定子机座与基础板之间的定位销一般应在二期混凝土初凝以后才钻、铰, 最后打入销钉固定。

3.3 水轮机转子吊入、找正

清扫机坑后在基础环表面对称布置4组楔子板, 作为转动部分吊入的支点。转动部分吊起后应成垂直状态, 吊入机坑应对正中心位置, 再平稳落在楔子板上。最后进行中心位置的调整、固定 (包括:高程、中心位置和上法兰面水平度的调整、转动部分的固定) 和轴线垂直度的测量和调整。

3.4 导水机构安装

导水机构安装步骤: (1) 吊装主要零部件 (包括:吊装底环、吊装活动导叶、吊装顶盖、安装导叶套筒) ; (2) 调整导叶端面间隙 (包括:安装导叶臂及压盖、调整导叶端面间隙、安装并调整止推块) ; (3) 调整导叶立面间隙 (包括:检查及修整导叶立面、安装导叶的传动机构、导叶立面间隙的检查调整、调整推力器压紧行程、导叶开度检查) 。

3.5 发电机下机架正式安装

吊入下机架, 对正中, 打入定位销。

3.6 发电机转子吊入、找正

先进行准备工作 (包括: (1) 检查及试验起吊机具。 (2) 安装制动器及其管路系统。 (3) 按发电机转子的工作位置准备支撑) 。然后进行发电机转子的吊入, 发电机转子是机组的最重部件, 而且尺寸大, 四周的间隙小, 因此在吊入、移动及吊入的过程中, 应小心谨慎的进行。发电机气隙应符合设计值并且四周均匀一致。实际测量时需对每一个磁极上、下两端都进行测量, 按平均气隙计算, 允许的最大偏差不得超过设计气隙的±8%~±10%。

发电机转子中心位置的调整, 通常用上导轴瓦和调节螺栓挤动;而转子的过程和垂直度用改变制动器垫块来调整。

3.7 发电机上机架安装

事先研、刮镜板和压力轴瓦。抗重螺栓、螺母、锁紧装置等经过清洗, 并在轴承油箱上试装配。吊装上机架、检查及调整它的中心位置、高程、和水平度。安装推力瓦, 将镜板摆到推力瓦上, 用圆周上对称分布的3或4块推力瓦支撑镜板。对镜板背面进行测量, 调整其高程和水平度, 直到符合要求。

3.8水轮机、发电机连轴。

3.9 盘车 (即水轮发电机组轴线的检查和调整)

3.9.1 盘车前的准备工作

(1) 推力轴承安装完毕并调整合格。

(2) 在推力头上作好分度及标记, 按反时针方向将测点编为1~8号。

(3) 安装上导轴承支架并对称地装入4块导轴瓦, 调整上导瓦固定主轴中心位置, 上导瓦间隙不大于0.03~0.035mm。

(4) 上导瓦和推力瓦均用猪油作润滑剂。

(5) 架设好百分表。

(6) 准备使转子转旋转的工具。

(7) 各层百分表由专人读数和记录, 统一指挥, 逐点测记。

3.9.2 轴线检查的标准

3.9.3 轴线调整

轴线调整是分两次进行的:先修刮绝缘板, 使发电机轴线变成铅垂线;再修磨法兰面, 使水轮机轴线变成铅垂线。

3.1 0 水轮机导轴承、发电机推力和导轴承安装

3.1 0. 1 水轮机导轴承安装

事先进行轴与瓦的研、刮及预装配。轴承的预装配一方面是轴承自身个部分的组合、检查;另一方面是轴承体或油箱与水轮机顶盖之间的预装及定位。对分块瓦式导轴承, 油箱的内壁往往是套在主轴上的, 预装时应注意它与主轴的配合关系。而预装的重点在于轴承架, 例如应检查、试装调整螺钉, 检查轴瓦在轴承架上的位置等。对筒式导轴承, 预装的工作是轴承体, 例如它本身的结合, 筒式瓦与轴承体的结合;轴承体与固定油箱, 与传动油盆的配合关系等。在盘车后正式安装。轴瓦间隙是轴承正常运行的关键, 必须根据厂家的要求和轴线的实际情况来决定。安装附属装置并充油, 准备试运行。调整轴瓦间隙以后, 安装测温装置、油管、水管等附属装置, 然后充油至要求的高度。再封盖准备试运行。

3.1 0. 2 推力轴承的安装

推力轴承不仅要承受机组转动部分的重力, 还要承受运行时的轴向水推力, 是机组各轴承中受力最大的一个。同时推力轴承又是决定机组轴线是否铅直的重要轴承。为了保证机组正常运行, 推力轴承安装应达到的基本要求是: (1) 转动部分连接紧密。不允许松动。镜板的工作平面应与轴线垂直。 (2) 推力瓦的工作表面应成水平状态, 达到应有的工作过程。各推力瓦受力均匀。 (3) 从镜板到抗重板, 应对推力头和轴承油箱绝缘。

3.11水轮机滑环安装、调速器安装及静、动态试验。

3.1 2 机组启动试运行

机组启动试运行包括冲水试验 (水工部分的冲水试验、水轮机的冲水试验) 、机组的首次启动和试运行、空载试验 (调试器空载试验、励磁系统调整试验、电气回路试验检查) 、带负荷试验、甩负荷试验、72h试运行试验。

4总结

水轮发电机的完整安装与安装程序和安装人员的技术水平直接影响着机组安装质量, 关系着电站能否长期稳定的运行, 对于发现的问题要记录在案, 在以后的工作中避免发生类似情况。

摘要：水轮发电机是电站施工的技术重点和难点, 本文依据实践经验对燕山水库电站的水轮发电机安装工艺及方法做了详细的叙述。

水电站水轮机安装 篇9

三峡水利枢纽工程位于湖北省宜昌市境内的长江上, 是集防洪、发电、航运等功能为一体的综合开发工程。三峡电站总装机容量为22500MW, 共装有32台单机额定功率为700MW的水轮发电机组, 其中左岸电站14台, 右岸电站12台, 地下6台, 电源电站装设2台50MW的混流式水轮发电机组。左岸电站14台机组和电源电站2台机组已全部投产发电, 右岸电站我公司供货4台混流式水轮发电机组, 安装在三峡右岸厂房23、24、25和26号机坑, 右岸地下电站供货两台。

哈电公司负责供货的右岸4台水轮发电机组为立轴半伞式密闭自循环全空气冷却三相凸极同步发电机, 单机发电机容量为840MVA, 是世界上发电机容量最大的全空冷水轮发电机, 其中第一台水轮发电机组 (26#机) 于2007年7月完成全部的安装和调试工作, 投入商业运行, 目前为止, 哈电供货的三峡右岸机组已经相继有全部投产发电, 并都已经移交三峡电厂运行管理。其中24#, 23#机组都达到了国家三峡“精品机组”要求, 哈电实现了一台机比一台机好的目标。

本文将重点介绍哈电右岸机组在结构设计和安装方面的一些主要特点与工艺。

2 发电机设计总体结构

水轮发电机为立轴半伞式密闭自循环全空气冷却三相凸极同步发电机, 型号SF700-80/19760。主要由定子、转子、上机架和上导轴承、下机架和推导联合轴承、顶轴、发电机轴、空气冷却器、制动系统、高压油系统、水灭火系统、机坑盖板等部分组成, 埋入基础、油水管路和辅助接线等。

3 各分装配的结构设计与安装特点

3.1 定子

定子装配主要由定子机座、定子铁芯、定子绕组、铜环引线和定子测温装置等部分组成。

定子机座为薄环板、斜立筋结构。机座共分5瓣, 在厂内进行予装, 组装合缝处有组装把合块和定位用的销钉, 以保证分瓣运输到工地后, 再次在工地的组装拼焊工作, 能准确顺利的进行。共8层环板、20个垂直的斜立筋, 通过对接焊使机座成为一个整体。机座共有20个支腿与基础板连结, 基础板用地脚螺栓固定在混凝土基础上。定位筋为双鸽尾型, 共210根, 每根定位筋由7块固定板固定。固定板与机座环板焊接, 定位筋与固定板之间无需焊接。机座通过上部的连接环与上机架连接。定子机座的最大特点是采用了斜立筋结构:立筋周向均布, 但在径向方向有一定的倾斜角度, 使机座的受力得到很好改善, 它能吸收部分因定子铁心受热膨胀产生的力, 有效地防止铁心翘曲变形;同时还可以通过调整斜立筋的角度和尺寸使定子机座和基础连接后的固有频率远低于短路时激振转矩的频率 (即网频和倍频) 。

定子机座的基础板用地脚螺栓直接固定在机坑混凝土基础上, 在保证定子的高同心度方面优于传统的利用销钉滑动的结构。定子机座采用组装块把合、薄环板对接焊结构, 极大减少焊接工作量, 因焊接产生的变形也能得到更好的控制。此外, 定子机座下环板采用大齿压板结构, 在工地根据机座调整情况, 在保证下压指上表面高程和水平的情况下, 配加工下齿压板。定位筋调整好后, 下压板上的拉紧螺杆孔。机座下环板上的定子铁心把紧螺栓孔在机座焊接后再按样板号孔用磁力钻钻攻, 充分保证了定子铁心把紧螺栓孔的位置正确, 给安装带来极大方便的同时, 也使质量更加容易保证。

定子铁芯由进口优质冷轧无取向硅钢片 (0.5mm厚) 在工地叠压、分段压紧而成, 硅钢片的两平面涂有F级绝缘漆。在工地叠压、分段压紧而成, 铁芯径向采用双鸽尾形定位筋 (210个) 固定于定子机座上。定子铁芯有68段通风沟, 段间通风沟高6mm, 通风槽片由无磁性工字钢点焊在冲片上构成, 是空冷机组运转时冷风的通路, 冷风由通风沟通过带走了定子铁芯和线棒的热量, 达到冷却的效果。定子铁芯用带碟形弹簧的压紧螺杆 (共420根外套绝缘管) 穿心压紧结构, 碟形弹簧能保证机组长期运行后, 仍保持一定的压力。通过测量压紧螺栓的伸长值来考核压紧力是否达到设计要求。因压紧螺杆从定子铁芯的轭部穿过, 能更好地把压紧力作用到硅钢片上, 定子铁芯片间压力较大, 无需再进行热压。定子铁芯叠压分6次预压紧和一次最终压紧。压紧采用气泵带动液压拉伸器拉伸螺杆, 每个气泵带8个拉伸器。每次压紧时调整液压拉伸器压力, 使定子铁芯整圆压力相同并保证把紧螺母拧入不超过两圈。定子铁芯紧量以最终压紧后拉紧螺杆伸长值为衡量标准, 抽查10%拉紧螺杆的伸长值, 其他螺杆以拉伸时气泵压力为准。铁芯叠片过程中根据每次预压紧后测量的铁芯高度、波浪度等尺寸, 采用普通硅钢片和绝缘板两种材料剪制的定子铁芯叠装补偿片来减小因硅钢片厚度不均而造成的定子铁芯波浪度和内外高度差。为保证定子铁芯的整体性, 最后一段定子铁芯不允许叠入补偿片, 补偿片必须在最后一段冲片叠入前全部叠完。上下齿压板为分块式, 下齿压板在工地按尺寸配刨合格后与机座下环板焊接。

定子绕组为3相双层8支路并联, “Y”形连接, 条形波绕组。绝缘等级为F级。定子线棒由80股双涤纶玻璃丝包烧结铜扁线组成, 采用328.5°不完全换位, 以减小股线在槽部漏磁场中不同位置产生循环电流而引起的附加损耗和股线电势差及温差。为更好地减小线棒与铁芯槽的间隙、降低槽电位, 线棒采用在工地嵌装前要包绕半导体无纺布和硅橡胶的结构。在硅橡胶还未固化的时间内, 将线棒嵌入线槽内。当硅橡胶固化后, 线棒就会紧密地与线槽成为一体。线棒与线棒之间连接采用银铜钎焊工艺。直连接处挂绝缘盒并灌注双组份胶, 其它连接处采用手工包扎绝缘结构。在运行中如果线棒在槽内不能牢固地固定, 那么线棒就会在电磁力作用下发生振动, 这将导致绝缘系统快速被破坏, 为此, 线棒槽部固定采用了成对斜槽楔和波纹板压紧结构, 确保线棒在槽内可靠固定。端箍为涤纶玻璃丝套管充环氧固化结构。

3.2 转子

转子装配主要由转子中心体、扇形支臂、主立筋、磁轭、磁极、上下压板、永久螺栓、上下挡风板、制动环等部件组成, 通过组装、焊接、叠片、磁轭热套、磁极挂装等工序现场组装而成。

转子支架为斜支臂结构, 由优质热轧钢板焊接而成。由中心体和16个外环组件组成, 外环组件与中心体在工厂内进行预装, 在工地进行组圆焊接。每个外环组件外端均设有两个主立筋, 主立筋在转子磁轭组装之后、磁轭热套之前在工地焊接。转子支架斜支臂能够吸收因机组运转时热膨胀和离心产生的作用力, 保持轴线和空气间隙的均匀性。转子支架不仅是磁极和磁轭的支撑部件, 同时也是通风元件, 起到离心风机的作用, 外环组件的上下环板和中心体上下法兰之间的空隙作为冷空气的入口, 在运行时斜筋板相当于风机的叶片, 产生一定的风压, 将空气吹向磁轭、磁极和定子, 进而形成风路循环。

磁轭由磁轭冲片叠装压紧而成, 磁轭和转子支架的立筋之间采用径、切向复合键连接结构来固定磁轭。每组复合键由一根主键和一根副键组成, 主键与转子支架立筋间垫入垫片以调整热打键紧量。复合键可以承担磁轭的径向紧量和切向扭矩。由于磁轭冲片厚度存在加工误差, 磁轭叠装时引起的磁轭径向及圆周方向的磁轭长度差异, 可以通过叠加径向补偿片和周向补偿片来消除。磁轭预压紧采用风动搬手分段打紧。通过加热使磁轭温度升高。测量装焊在的测量柱与磁轭的间隙来监测磁轭的胀量, 胀量达到要求后, 在磁轭与立筋键槽间打入磁轭副键。

磁极装配由磁极冲片、磁极线圈、阻尼条和阻尼环及其他零件组成。磁极线圈的固定采用两种方式:一是在鸽尾侧与铁心之间设有注胶玻璃丝绳, 将磁极线圈适形固定;二是在鸽尾侧角部设有角部绝缘托板、碟形弹簧和支撑板, 从而使线圈始终保持一定的压力。磁极键采用台阶式短钢片螺栓把合链式结构, 安装、拆卸方便。磁极键需打紧并用螺钉顶紧。

根据定子直径、转子直径、磁轭厚度计算磁极与磁轭间垫片厚度的方法, 来最终确定转子的直径与圆度。垫片是用螺栓拧在磁极背部后焊接固定。

3.3 推力及上下导轴承

推力轴承布置在下机架中心体内, 下导轴承与推力轴承装设在同一油槽, 油槽内设有两层盖板, 一个是推力轴承瓦附近的中间盖板, 另一个是下导轴承瓦上方的内轴承盖, 油槽被分为三部分, 一部分是推力轴承瓦以下的冷油区域, 第二部分是下导轴承瓦附近的热油区域, 第三部分是下导轴承瓦上部的溢油区域。冷油区域和溢油区域间用管路连接, 这样可以保证由于温升和转动等原因导致溢出的油流回到冷油区域, 并起到平衡各区域油压的作用。以推力头的侧表面为滑转子面, 组成推导联合轴承。推力轴承安装时高程以发电机轴为基准, 中心以内挡油管外圆为基准。推力头上、下面分别与转子下法兰面和镜板用螺栓连接。推力轴承瓦为弹性销支撑双层瓦, 共24块, 上层为薄瓦, 巴氏合金型, 下层为厚瓦, 瓦间由若干个不同直径的弹性销支撑。支撑系统包括托盘、压缩柱及锥形支座等部件。托盘位于厚瓦与压缩柱之间, 可以起到减小轴瓦变形和避免轴瓦中部应力集中的作用。压缩柱外径为φ110mm, 顶面是球面, 中间通过一段M120的螺纹与锥形支座相连, 这段M120的螺纹既要承受整个推力负荷, 同时也用来调节压缩柱的高度。压缩柱中心加工有φ7.5的通孔, 里面装有测量杆。因为各轴瓦上的不均衡载荷会造成各压缩柱间的压力差, 这个压力差直接反应为各压缩柱中测量杆的不同位移量, 所以在安装时可以通过电子位移表测量该位移量, 并据此对压缩柱进行高度调节, 从而使各瓦载荷达到均衡。推力轴承设有高压油顶起系统。每块瓦都有单独的阀门调节流量, 以保证油膜厚度一致。

下导轴承瓦共16块, 巴氏合金型, 下导轴承采用自泵式轴瓦, 机组中心确定后, 用工具楔子板确定导瓦间隙, 即在推力头180℃俩侧架设百分表监视移动情况, 然后将成对工具楔子板楔于瓦背与支撑座间, 根据测量楔子板厚度减去设计导轴承瓦间隙, 计算出楔板应加工的厚度。在下导轴承瓦的背面设有轴向键槽, 在下机架上环板对应位置焊有夹块, 键放置在键槽内, 并夹在夹块之间, 与下机架上环板局部接触, 该结构对导瓦既可以起到周向限位的作用, 又可以保证导瓦活动自如。上导轴承位于上机架中心体内, 结构和材料与下导轴承类似, 为防止产生轴电流, 在上导轴承滑转子处设有集中绝缘结构。

上导油冷却系统为内循环系统, 油冷却器为线圈式, 安装在上导轴承的油槽内。下导轴承与推力轴承公用一个冷却系统, 为外循环系统, 八个冷却器位于下机架中心体外侧, 沿周向均布于下机架支臂之间, 并固定在垂直支臂板上。

3.4 上、下机架

上机架包括一个中心体和20个斜支臂, 用优质热轧钢板焊接而成。斜支臂与中心体在工厂内进行预装, 在工地进行组焊。上机架斜支臂末端为水平布置的薄板结构, 这样既可以保证径向刚度, 又具有足够的轴向柔度, 允许定子机座轴向自由热膨胀。上机架轴向固定在定子机座连接环上, 径向支撑为千斤顶直接顶在机坑径向基础板上, 用顶丝调整。

下机架由一个中心体和12个径向支臂组成, 用优质热轧钢板焊接而成。支臂与中心体在工厂内进行预装, 在工地进行组焊。中心体高4950mm, 最大至对边尺寸为8100mm, 重量为220吨, 是三峡发电机中最大的整体部件。在中心体的外侧壁板上开有12个窗口, 用于方便检修推力轴承瓦。下机架不仅承受机组转动部分重量和水推力等轴向负荷, 同时还承受下导轴承的径向负荷。

下机架组焊合格后吊入机坑预装, 调整下机架中心、高程和水平, 浇灌基础螺杆, 在推力轴承装配和高压油系统装配后, 正式吊入机坑, 下机架支臂末端与基础通过销钉和螺栓连接。

3.5 轴系结构

机组轴系从下至上依次分别由转轮、水轮机大轴、发电机主轴、推力头、转子、上端轴、集电环等部件组成。即机组转动部分各部件。

顶轴用螺栓与转子中心体上法兰连接, 发电机轴上部用螺栓、剪切销套与转子中心体下法兰连接, 下部采用同样结构与水轮机轴连接。现场将发电机轴分别与转子中心体下法兰、水轮机轴在制造厂加工后做好的各法兰面的高、低点标记安装。

轴系安装调整最大特点在于水/发大轴的工地现场同镗、转子中心体与发电机主轴的工地现场同镗。对保证整个机组无论是安装盘车还是实际运行中轴系的摆度控制起到了关键作用。

4 机组总装及盘车程序

5 结束语

三峡右岸26#、25#、24#、23#水轮发电机组实现了一台机比一台机好的目标。其中凝聚了哈电广大科研者辛勤的汗水与智慧的结晶。尤其是在机组设计与安装工艺的实践结合中, 在很多方面, 总结创新出了属于自己的新技术。如:全空冷技术的应用

三峡右岸26#、25#、24#、23#水轮发电机组的成功投运, 标志着由哈电自主研发、具有知识产权、单机容量世界最大的巨型全空冷水轮发电机的获得了巨大成功。同时, 奠定了哈电在国内在巨型水轮发电机组的设计与制造中的龙头地位, 开创了民族的品牌。

水电站水轮机安装 篇10

关键词水轮机；蜗壳；振动；加固

中图分类号TK73文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)072-0153-02

1电站的概况与机组参数

龟石水利枢纽位于广西省富川县境内，是一座集灌溉、发电、防洪、供水为一体的综合水利工程，龟石水库正常水位为182米，死水位171米，总库容为5.95亿m3，有效库容为3.48亿m3。龟石电站是贺州市骨干电站之一，安装有四台混流式水轮发电机组，原装机容量为4×3000KW，机组增容技术改造后为4×4000KW，龟石电站为坝后式混流机组，四台机组采用单管单机的方式从水库上游引水发电，电站的正常尾水位为144.5米，机组从1964年起相继发电。龟石电站的水轮机于1982年至1983年分别对四台水轮机的HL263-LJ-134的转轮进行增容技术改造，用改型HL240机型代替HL263机型转轮，由于改型HL240转轮汽蚀严重，加上水轮机效力低，水能未能得到充分利用，于是，在1997年至1999年先后分别对四台水轮机进行了第二次技术增容改造，采用水科院设计的JF3150型转轮代替了HL240型转轮，技术改造后达到了预期的目的，发电机的出力由原来的3200KW提高到4000KW，机组运行稳定。原水轮机和发电机的参数见表1。

2水轮机存在的问题

1）当水轮机运行到2003年5月30日时，值班人员巡视设备时发现4#机蜗壳进人孔和真空破坏阀的焊接部位有渗水现象，后经检查是焊接缝断裂，断裂长达100mm。

2）水轮机在水头31.5m即水位176m以下运行时，出现蜗壳振动较大，在不同的水头下，测得振动值在0.3-0.5mm之间，其中在蜗壳进人孔上方一米处振动值达到0.7mm，水头越低振动值就越大，但机组运行还算稳定，测得机组的上、下机架的振动和摆度均在允许范围内，当水位升高到32.5m即水位177m时，测得蜗壳的最大振动值为0.15mm，即说明水轮机在水头31.5m即水位176m以下运行时出现振动现象。

3）水轮机增容技术改造后，水轮机的运行噪音高达93分贝，对值班人员的身体健康造成严重的影响。

以上存在的几个问题严重影响机组的安全运行和职工的身体健康，并影响到电网运行的稳定性。

3水轮机蜗壳振动的分析

1）水轮机运行的稳定性。水轮机运行的稳定性是指水轮机在非设计工况下，水轮机过流部件的压力脉动和压力脉动诱发的振动及振动区域的大小程度，以及由机械方面的原因引起的振动程度，出力摆动的程度，水轮机的噪音等。

2）混流式水轮机在高水头、低负荷区域及运行水头变幅大时，运行稳定性较为突出，是目前水轮机行业普遍关注的主要问题之一，本电站水头范围为37.5-26.5m，Hmix/Hmin＝1.415，Hmix/Hr＝1.0625，根据国内外混流式水轮机的选型设计经验，当参数比值水平Hmix/Hmin ≥1.65， Hmix/Hr ≥1.2时，水轮机落在不稳定区，根据以上参数说明设计水头是合理的。

3）本电站的水轮机蜗壳是采用10mm厚的钢板焊接而成的，是半埋式安装，由于运行了40多年，锈蚀引起钢板变薄，直接影响到蜗壳的整体刚度减少，即对一定的振动体，在非共振的情况下，振动的大小（幅值）取决于振动体的刚度和振动载荷，在共振的情况下，则还和振动体的阻尼有关，当仅考虑非共振情况时，振动和机组的尺寸关系，实质上就是刚度、动载荷两者和机组尺寸的关系。

4）尾水管涡带引起的压力脉动。由于混流式水轮机转轮叶片是固定不可调节的，当水轮机在偏离最优工况运行时，转轮出口水流仍存在旋转速度矩，会造成局部真空涡带。该涡带在尾水管底板的作用下形成一个激流源，可向上下游反复传递。螺旋状涡带严重时可损坏尾水管壁，并产生机组噪音。涡带造成的压力脉动也会导致转轮内水头改变，从而导致相应轴力矩摆动，严重时可使机组出力不稳。尾水管的高度越小，压力脉动越大，危害越严重。

5）水体的共振是水轮机流道中具有某种固有频率的水体被相同或相近频率的压力脉动，激发后产生的一种不稳定流动现象，它所产生的强烈的压力脉动，对水轮机是一种特别强大的激振力，是水轮机运行中特别危险的情况。

6）由于机组增容后，叶片间距和叶片的高度增大了，增大了转轮的过流面积，加快了蜗壳内水的流速，蜗壳的单位面积受力加大。当水头偏低时，过流量增加，由此引起的结果是，叶道中水流的流速和压力分布不均匀性增加，使叶片压力脉动增大；叶道中的流动分离，涡流等不稳定流动情况增强；低负荷时，叶片进口水流的冲击，脱流以及由此引起的随机性压力脉动增大。

7）综合所述的分析，水轮机的蜗壳振动，主要是机组增容后，在低水头下运行，转轮过流量增大，蜗壳的单位面积受力加大，蜗壳的整体刚度减小，而引起流速与蜗壳产生的共振。

4保证蜗壳稳定运行的措施

1）为了解决蜗壳的振动问题，厂部领导高度重视，由我组织有关部门的科技人员进行了专题研究，首先是采用按设计要求对尾水管进行补气，但没有效果，后经多次研究决定对压力管及蜗壳的裸露部分进行加固，增加蜗壳的整体刚度，从而解决流速与蜗壳钢板的共振现象。

2）通过科学的分析和计算，决定用钢板对室内压力管及蜗壳的裸露部分进行纵横环形加筋焊接加固。具体方案是：采用10mm厚的钢板，加筋的高度由100mm逐步递减到蜗壳的尾部为50mm，加固后形成300×300×100mm的方格，由钢板的高度逐步递减到蜗壳尾部的高度为50mm，确保成型后与原蜗壳相似，外形美观。

3）待加筋件全部焊接成功后，并用Ф6mm的圆钢在300×300的中间部位顺着蜗壳的形状进行连接点焊，用以提高泥土的连接效果，最后在蜗壳的裸露部分用混泥土进行浇注成原来的蜗壳形状，并把蜗壳的顶面加工成400mm的平面，方便运行人员巡视检查时站立，从而增加压力管及蜗壳的刚度。

5蜗壳加固后的效果（加固技术改造前后蜗壳的振动对照见表2）

1）从表2中可看出在同等的水头下最大振动点由0.700mm降到0.0185mm，大大降低了原有的振动值。经做甩负荷试验，蜗壳水压上升率为23%（小于40%），并同时测量蜗壳的振动值和机组运行时没有增加。

2）在蜗壳顶面做成400mm的平面，方便了机组大修时检修人员的工作和值班人员的巡视工作，确保了工作人员在蜗壳顶部行走的安全。

3）蜗壳进行加固后，明显地降低了机组运行的噪音，机组噪音由原来的93分贝降到70分贝，确保了职工的身心健康。

4）蜗壳加固后，提高了水轮机运行的稳定性，排除了事故隐患，确保了机组的安全运行，增强了电网的稳定性，提高了电站的经济效益。

6结束语

采用对蜗壳加固来降低振动的方法，可见是投资少、工效短、见效快，并能排除重大事故隐患。加固后投运了六年时间，取得了良好的效果和经济效益、社会效益。若有同类故障的电站，可借鉴该技术，一定能得到良好的效果。

参考文献

[1]李启章.大型水轮发电机组的振动稳定性问题.水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集.2007.

[2]王志强.柘林水电站扩建工程机组运行稳定性分析与保证措施.水轮发电机组稳定性技术研讨会论文集.2007.

作者简介

杨庆裕（1953—），男，汉族，籍贯：广西岑溪市，电力系统及其自动化专业，任职于广西贺州市龟石水利工程管理处，电气工程师职称。

卢燕（1964—），女，瑶族，籍贯：广西钟山县，电气自动化专业，任职于广西贺州市龟石水利工程管理处，电气工程师职称。

小型水电站水轮机改造研究与实践 篇11

小型水电站在我国具有很好的发展势头, 但是小型水电站水轮机存在挺多的问题。我们应该从小型水轮机存在的主要问题提出改造措施和改造的技术途径, 以及改造中的问题进行彻底改造。小型水轮机发电机组的水轮机在加工制造难度与影响力方面虽然不能与大型水轮机相比较, 但是它关系到电站能否长期安全、经济运行、稳定的关键设备, 也关系到地方的经济效益。在水力资源丰富的地方, 小型水电站的建设是我国水电建设发展的重要组成部分, 同样也能促进地方经济发展的重要措施。

1 小型水电站水轮机面临的问题与改造

水轮机的改造面临许多问题, 改造过程也十分冗杂。水轮机有许多方面例如运行稳定性之类的的技术特性, 这些技术特性与水轮机许多例如水轮机效率、单位时间流量等技术特征参数存在制约与协助的关系。

1.1 水轮机腐蚀问题与改造

发生在运行水力机械的一种流体动力现象叫做空化, 当空化发生而且造成流部件材料的损耗称为空蚀。与空化现象相伴发生, 在含沙水流中工作的水力机械还将发生砂粒磨损, 造成并且加剧过流部件的空蚀和磨损破坏。这种破坏磨蚀导致水力机械性能下降, 效率降低, 甚至失效。水轮机泥沙磨损强度与水质中的很多方面有关, 沙粒的矿物成分、形状及其硬度、粒径, 水流中的含沙量、水流的速度均能决定损耗程度的快慢。同时水轮机制作材料的不同、水力模型的空化特性也同样会决定水轮机的腐蚀问题。

我国水电的管理部门结合多年水电站的维修与建造经验, 从设备制造材料选择、工程总体布置、制作工艺流程的优化对水轮机的腐蚀问题进行整体规划解决, 提出有效的防护措施。

若要解决问题就应该从问题的根源下手, 由于水中的沙质导致水轮机的磨损, 以及长期对水轮机的腐蚀。因此优化水质也是解决问题的根本, 蓄清排浑以及排沙设施的设立能增加水轮机的使用寿命;适当降低水轮机安装高程以减轻空蚀强度;为提高水轮机的抗腐蚀性, 水轮机的过流部件采用高韧性和硬度的抗磨蚀不锈钢材料或耐磨蚀材料涂护, 并采用先进的材料的加工工艺, 使水轮机的抗腐蚀性能大大提高。

1.2 水轮发电机组运行稳定性问题与改造

水力发电的实质是水流推动水轮机组的旋转使其运动实现能量转换, 运行稳定性问题发生可能由于水轮机组的旋转导致水轮发电机组出现振动、功率摆动等原因才会发生。这些问题实质是或运转诱发、装置内存或是水力发电系统引起的动态不平衡因素所致, 电气、机械振动及水力均为有其表现方式。在系统中担负调峰运行的机组, 转动部件的损坏可能由于频繁起动、停机等导致或加剧机组的振动。水轮机的设计也会直接影响水轮发电机组运行稳定性, 水轮机的机组及部件的结构以及水力的设计缺陷、生产过程中装配安装问题均有可能引起运行稳定性的问题。

小型水电站的发展体系十分脆弱, 因此小型水电站的水轮机稳定性问题也要得到根本的解决。为解决水轮机的稳定性问题, 结合小型水电站中水轮机遇到的问题进行总结, 研究发现水轮机应该从水轮机的、结构和部件的设计、水力设计以及机组安装等多个反面进行全面的改造, 并从机组稳定性可能出现的各种问题进行分析、计算和预测, 在不同反面对机组运行稳定性进行研究改造。

通过对小型水电站的研究, 我们发现应从设计方面、消除振源等方面解决问题。计算机组部件的自振频率, 核算钢管的自振频率在电站压力钢管设计时, 避免发生共振而造成水轮机的不稳定;在水力方面选择无涡区较宽、水力脉动较小的转轮模型;机组及部件结构设计方面, 要求供应商对机组的设计做到合理同时对部件结构的设计做到合理加强稳定性, 同时方便于维修。设立完善的监控体系, 对小型水电站的水轮机进行安全监控, 对压力脉动、摆度和机组振动等稳定性运行状况进行监测和报警, 为水电站的安全工作带来保障。

2 小型水电站水轮机改进的技术实践

小型水电站投入一般较小, 建设周期较短, 生产厂家不会因为某个水电站而去设计并研发一个水轮机模型。从事设计小型水电站水轮机的一般为中小型工厂, 他们没有掌握先进的技术, 技术能力和制造水平也良莠不齐。

水轮机技术作为一门综合应用科学和工程技术, 随着现代科学技术的发展计算机、信息技术和材料等学科技术也应用于水轮机的设计与制造中, 例如水轮机水力开发、模型制造、模型试验和结构分析。通过这些技术的发展与应用使水轮机技术的发展得到了巨大的推动和提升。

2.1 模型测试技术

当前流体机械测试技术发展迅速, 计算机技术的发展, 多媒体技术也在不断提升, 这些技术的发展使其可以应用于流体机械测试系统中为我们建立模型测试技术奠定基础。以计算机网络技术为核心的的自动测试系统成为现代测试系统的核心。我们应用这种多媒体测试系统, 对我们的小型水电站水轮机进行测试, 例如测量其稳定性、综合性能, 为水轮机模型试验和水轮机的改造提供量优良的条件。

2.2 刚强度计算技术

刚硬度性能是决定水轮机安全运行的一个重要因素, 同时高效安全的运行还要求水力性能等其他因素相辅相成。在计算刚硬度强度性能是以前我们采用往往都是传统的计算方法, 该计算方法采用简易的材料学理论来计算, 但是传统方法造成的误差也是很大的, 不足之处还有无法计算叶片固有频率和静位移等数据。这些问题在采用结合计算机软件设计的新计算技术后都可得到一定的解决, 随着科技发展, 有限元技术的提高, 有限元的发展同时也为机械构件的刚强度计算带来很多的方便。有限元结构分析计算机软件的应用实现了水力与强度的交互设计, 同时也可用计算来估算结构在水中的固有频率, 并增加了计算的精确度, 为设计水轮机提供方便。

2.3 叶片模压成型技术

水轮机转轮作为水轮机的心脏, 而叶片影响着轮转的效率, 抗空化性能和运行稳定性。由于过去的工艺比较简陋, 导致叶片表面粗糙、型线偏差大、抗空化性能差。叶片模压成型技术的广泛应用使叶片叶型准确、价格适中同时效率也能得到保障。

2.4 叶片数控加工技术

在过去的加工小型水电站水轮机的工程中, 我们投入大量的人力与财力, 我们把铸件毛胚进过加工流程使其成为合格的叶片成片, 我们将测量工具定位为立体样板, 其中耗费很多。在采用结合计算机软件的先进数控加工技术时, 通过计算机系统的软件控制机床自动操作完成, 把叶片的理论曲面图形通过数据输出传送到执行指令的操作机构上。过去使用的加工工艺测量精度差、使用操作困难和费用大, 使其不能适应社会发展的脚步。新型技术可以叶片测量与理论位置的自动找正问题和测点加工余量的自动计算问题使水轮机的叶片制造精度大大提高。

3 总结

随着社会和经济的发展, 工业化程度的不断深入, 电力的需求日益增长, 我国电力工业获得快速发展, 由于生态保护是当前热议的话题, 水力发电作为无危害的发电方式, 水电建设如火如荼。在探究小型水电站水轮机研究与改造中我们发现水轮机面对腐蚀、稳定性不高、设计不完善等问题, 面对这些问题, 我们最好的方法就是加强技术的研发、材料的研究, 这样才能更有效的改造小型水电站水轮机。

参考文献