特大型灯泡贯流式机组导水机构安装新工艺

特大型灯泡贯流式机组导水机构安装新工艺

刘晓丽，郑

源，李

丹，高亚楠，薛鑫鑫

（河海大学水利水电工程学院，江苏南京210098）

要：针对大型灯泡贯流式水轮发电机组导水机构尺寸比较大，安装过程中极易发生吊装变形问题，结合桥巩水电站特大型灯泡贯流式水电站机组导水机构安装方法，提出两个创新工艺：第一，将摘

导水机构的装配与现场安装两个步骤分离，先将导水机构预装，再整体吊装。第二，将安装定位架与导水机构内、外环连接，既控制了内、外环轴向位移，又控制了内、外环径向位移和变形。这样不仅大大减少吊装变形，还减少了现场安装的耗时。

关键词：导水机构；安装技术；贯流式水轮机组；新工艺

中图分类号：TK730.6

文献标识码：B

文章编号：1000-0860（2011）06-0056-03

Newinstallationtechnologyfordistributorofsuper-largebulbturbineunit

LIUXiaoli，ZHENGYuan，LIDan，GAOYanan，XUEXinxin

（CollegeofEnergyandElectricEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，Jiangsu，China）

Abstract：Inaccordancewiththeproblemfromtheliftingdeformationonthedistributorofsuper-largebulbturbineunitduringtheinstallationduetoitslargersize，twonewinstallationtechnologiesareputforwardhereinincombinationwiththemethodforthein-stallationofthedistributorofthesuper-largebulbturbineunitinQiaogongHydropowerStation；i.e.（1）separatingtheinstallationin-totwostepsofpreassemblyandsiteinstallationrespectively，withwhichthedistributorispreassembledatfirstandthenisintegrallylif-tedandinstalled；（2）thepositioningrackfortheinstallationisconnectedtotheouterringandtheinnerringofthedistributorandthentheaxialdisplacements，radialdisplacementsanddeformationsofringsareallcontrolled.Inthisway，notonlytheliftingdeform-ationofthedistributorislargelyreduced，butthetime-consumptionofthesiteinstallationconcernedisalsodecreased.Keywords：distributor；installationtechnology；bulbturbineunit；newtechnology

1引言2导水机构安装过程及存在问题分析

我国低水头水能资源蕴藏巨大，尤其是华东、中南等沿海地区，工农业生产发展迅速，能源需求量增加较快，但能源紧缺，特别是水力资源。而可开发的中、高水头水力资源在目前已剩下不多，为了满足需要，开发低水头水力资源已引起各方面的关注，灯泡贯流式水电站将成为我国低水头水力资源开发的主要类型。我国对于常规的混流式、轴流式及中小型贯流式机组的设计、制造、安装技术目前已经比较成熟，但是对于大型灯泡贯流式水轮发电机组的安装技术仍处在起步阶段，与国外仍存在较大的差距。本文结合世界第二、国内第一的桥巩特大型灯泡贯流式水电站机组导水机构的安装方法，提出两点创新工艺。

56导水机构是灯泡贯流式水轮机组的重要组成部［1］

份，不仅要具有良好的水力性能，形成和改变进入转轮的水流环量，还要根据电力系统负荷的变化，调节水轮机流量，以适应系统对机组出力的要求。导水机构由内外配水环、导叶、导叶控制环、重锤、连杆拐臂及保护限位装置等组成。与立式机组不同的是，为改善水流条件，灯泡机组的导水机构中导

［2］

叶为锥形（见图1），且为了防止机组飞逸，控制环右侧一般都设有关闭重锤。由于尺寸比较大，导叶要

收稿日期：2010-10-27

作者简介：刘晓丽（1987—），女，江苏如皋人，硕士。

WaterResourcesandHydropowerEngineeringVol.42No.6

刘晓丽，等∥特大型灯泡贯流式机组导水机构安装新工艺求在内外环中可以转动，这样导叶的轴端必然与内外

环之间存在间隙，在起吊过程中内外环必然发生变形。又由于导水机构进口法兰要和座环的出口法兰联结，而导水机构的出口法兰要和水轮机的转轮室的进口法兰联结，所以导水机构吊在空中的时间会比较长，这样导水机构极易产生不可回复的塑性变形。如何减小吊装变形是灯泡贯流式机组导水机构安装的一个重要的难点。

创新，设计出一种先预装导水机构，后现场安装的方法，并发明了增强导水机构内、外环之间强度的安装定位架，使得安装过程中导水机构的变形问题得到很好的控制。3.1

导水机构安装过程分析

锥形导水机构安装时，一般先将外配水环和内配

水环进行组装。吊装内配水环前，先将内配水环与导水锤组装，与主轴连接，并要检查座环内圈组合面及内导环与密封座组合面的垂直度。将导叶按全开位置插入外导环轴孔内，装上控制环、止漏装置等，调整导叶外端部与外导环的间隙，在内导环内插入导叶短轴，检查导叶转动的灵活性。将导叶全关，使控制环处于全关位置，调整连杆长度，连接控制环，用油压推动接力器关紧导叶。一般地，其安装步骤见图2。

①—内导水环；②—轴销；③—控制环；④—剪断销；⑤—连杆；⑥—拐臂；⑦—活动导叶；⑧—外导水环；⑨—轴套；⑩—转轮室

图2锥形导水机构常规安装步骤

图1锥形导水机构

通过对重庆富金坝水电站、嘉陵江金银台水电站、王甫洲水电站等我国几个典型的灯泡贯流式水电站导水机构安装过程的研究和分析

［3－5］

在此安装过程中，有如下几点不足：

（1）外配水环、导叶及安装环等作为一个整体吊装时，由于组合重量较大，故外配水环极易发生变形，这又将会给外配水环中心的调整带来很大的难度。

（2）内配水环随主轴吊装就位后，确定主轴位置，由于内配水环与主轴的位置已调整好，固内配水环位置基本确定。而在调导叶立面及端面间隙时，内配水环会环向或上、下、左、右移动，且由于外配水环变形，圆心无法固定，将导致内配水环调整位置反复变动。

（3）导叶端面及立面间隙调整难度较大。

（4）在内、外配水环位置调整的同时，检查导叶立面及端面间隙，而此时接力器没有形成，又导叶成锥形结构，故导叶捆绑难度较大。3.2

导水机构优化安装方法研究

为了解决以上存在的困难，在桥巩水电站的导水

，发现目前一

般主要从缩短起吊部件滞空时间和加大起吊部件整体刚度这两个方面来解决这个难题。一般采取的措施如下：

（1）取下导叶与外配水环间的非金属片，调紧导叶端盖螺钉，使导叶端面紧贴于外配水环下，导叶处于悬吊全关闭状态。

（2）在导叶之间焊接搭板，将导叶连成整体，增加其整体刚度，减少导水机构在整体翻转时变形。（3）外配水环在安装支架上组装调整时，在安装支架X方向焊两根槽钢，这样外配水环就可严严实实地落在安装支架上，同时也加强了导水机构整体吊装的刚度。

（4）在外配水环内部上游侧用钢管焊接内支撑，从而减小外配水环吊装时的变形。

机构安装过程中，设计出一种先预装导水机构，后现场安装的方法（见图3）。这种安装方法分为预装和正式安装两个部分，巧妙地将导水机构的装配与现场安装两个步骤分离，不仅大大减少吊装变形，还减少了现场安装的耗时，大大提高了安装的精度和效率。

在此安装过程中，预装过程将内环、外环、导叶组装为一体（见图4），并进行调试。正式安装时，把

57

3导水机构优化安装要点

为了减少导水机构的吊装变形，在我国单机容量

——桥巩水电站的导水机构最大的灯泡贯流式水电站—安装过程中

［6］

，在采取常规措施的同时，积极自主

水利水电技术第42卷2011年第6期刘晓丽，等∥特大型灯泡贯流式机组导水机构安装新工艺又控制了内、外环径向位移和变形。

安装定位架由钢材焊接构成的大“井”字架和小

“井”“井”字架，大字架与小“井”字架之间通过支架字固定连接成一体，结构如图5所示。大、小“井”

图3

锥形导水机构优化后安装步骤

架分别与导水机构下游侧外环和内环的断面固定连接，从而将导水机构的内、外环固定为一体，加强了整个导水机构的结构强度。确保了在吊装过程中内外环相对位置保持不变，降低了安装难度，提高了安装质量。并且大、小“井”字架加强了外环、内环的强度，保证了导水机构外环和内环的圆度，减少了吊装过程中的变形，进一步提高了安装的精度。

导水机构的导叶置于全关位置后，将导叶轴沿其轴向导水机构外环方向拉，使导水机构外端顶住外环内壁，内外环之间16个导叶与外环之间的间隙调为零，所有间隙留在导叶与内环之间，将导叶与内环之间的间隙中打入锲子板。接着，把相邻的两个导叶用钢板焊接在一起，这样所有导叶就组成一个整体，借助导叶起到钢支撑的作用，减小内外环圆度变形，提高了导水机构的刚度，最大限度地减小吊装过程中的内外环变形。最后将导水机构整体吊入安装位置，并与管型座固定。将导水机构安装到位后，割去搭板，卸下楔子板。

“井”“井”①—大字架；②—小字架；③—支架

图5安装定位架结构示意

4结论

导水机构的变形问题是一个非常复杂的问题，影

响因素很多且不可预测，但又关系到水轮机的水流流

①—内环；②—外环；③—导叶；④—楔子板；⑤—搭板

图4导水机构预装示意

态，从而影响整个电站的安全稳定运行，故是一个仍需要深入研究的问题。本文论及在灯泡式机组导水机构的安装过程中的两点创新，它们在桥巩水电站中已成功应用，并取得很好的运行效果，希望为今后类似机组的安装提供宝贵经验和新的思路。参考文献：

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这种安装工艺巧妙地将导水机构的导叶作为支撑

件，用以固定内外环，使内外环不发生变形，确保了安装精度。而且所有导叶组成一个整体，导叶与外环之间没有间隙，导叶与内环之间的间隙用锲子板固定住，大大提高了导水机构的刚度。而且缩短了导水机构滞空时间，吊装过程中的变形大大减小。3.3

定位架的选用与安装思路分析

由于灯泡贯流式水电站水头较低，故水轮发电机组尺寸比较大，重量比较大，而导叶又要求在内外环中可以转动，故导叶轴端内外环之间必然存在间隙，在起吊过程中内外环必然发生变形。为了控制在导水机构吊装过程中内外环产生的变形，除了在内外环之间焊接必要的支撑外，还专门在导水机构出口端的内外环法兰面之间设计一个安装定位架。该定位架可以将内外环固定，从而，既控制了内、外环轴向位移，

58（责任编辑欧阳越）

水利水电技术第42卷2011年第6期