灯泡贯流式水轮发电机组安装工艺【摘要】灯泡贯流式机组属于卧式机组，由于这种机组在低水头、低转速下运行，水轮发电机组流道体积较大，在安装调整过程中难度较大；机组油循环属于外循环类型，管路长，管件多，系统中设备较多，增加了安装过程中质量控制的难度；冷却系统也属于强迫循环的类型，为了保证机组安全、正常运行，对设备的制造和安装质量要求较高。
【关键词】灯泡贯流式；卧式机组；质量控制；安装湘祁水电站坝址位于湘江干流中游，是湘水干流梯级开发的第四级，距上游在建的浯溪水电站60km，距下游已建成的近尾洲电站46km。
是一个以发电为主，兼顾航运等综合利用的水电枢纽工程。
枢纽建筑物主要包括大坝、电站厂房、船闸三部分。
电站厂房安装4×20MW灯泡贯流式水轮发电机组，机组转轮直径6.2米，制造厂家为浙江富春江水电设备股份有限公司。
本文主要从湘祁水电站机组的安装过程中的几个主要事项进行总结分析。
1 尾水管安装1.1 尾水管结构湘祁水电站水轮机尾水管分三节，分别是前锥段、中锥段、后锥段。
在制作厂每节尾水管分三个瓦片制作后运到工地，在工地搭设平台先单节拼装，调整圆度、平面度后，再进行尾水管内部支撑，最后分节吊入机坑组装。
1.2 尾水管安装三节尾水管分别利用土建MQ900圆筒形高架门机吊入基坑支墩上安装。
安装时先从带法兰面的前锥段开始调整，调整好法兰面的中心、里程、平面度后加固，再依次调整中锥段、后锥段符合设计和厂家资料要求后，焊接尾水管环缝。
2 管形座安装2.1 管形座的结构形式管形座由下T型座、内锥、上T型座、外锥、衬板等部件组成。
湘祁水电站管形座没有固定水平仪，其机组主要重量由下T型座承担，轴向水推力、定子、灯泡头、机架等产生的扭矩由上、下T型座和内锥的整体来承担。
2.2 管形座安装管形座安装需控制中心、水平、高程、圆度、波浪度、里程桩号。
在安装过程中，准确调整各控制点的位置和尺寸，以确保混凝土浇筑完成后，管形座的各项参数满足后续机组安装需要。
根据以往安装的经验，管形座实际安装高程应该比设计高程高2～4mm，以消除导水机构和转轮室安装后向下扰度值，其它参数按照规范或设计值调整。
湘祁水电站机组厂家要求管形座实际安装高程比设计高4mm。
2.3 管形座的调整加固管形座拼装组成整体后，体积大、重量大、调整难度大，在组装过程中须控制各部位的尺寸，做好基础处理，防止在安装过程中累积偏差大，增加调整难度。
根据测量放点调整管形座内锥、外锥的中心、水平、高程、圆度、波浪度、桩号，各参数调整完成后进行加固。
上下T型座、内锥在安装过程中已组成整体，强度较好，在混凝土浇注过程中变形较小；外锥直径大，结构单薄，直接与混凝土接触，在浇筑过程中受混凝土入仓、振动、凝固的影响，变形的几率较大，加固的重点要防止外锥的桩号、波浪度、圆度变化超出安装要求，对内支撑、水平支撑的加固要结实、有效，接触面不能出现空隙，各加固点的受力状况良好，在适当的位置增加外支撑，防止其变形。
3 导水机构安装3.1 导水机构组装在安装间依次组装导水机构外环、导叶、内环、控制环等部件。
组装过程中要重点控制外环法兰面和内环法兰面相对距离，以及导叶端面间隙、立面间隙。
内外环法兰面相对距离和X、Y方位调整定位后，用无缝钢管、型钢自制支架加固、支撑、定位内外环。
导叶端面间隙大小要由导叶所处的方位决定，处于水平方向，即—X和+X方向的导叶端面间隙，应调整导叶上下端面间隙相等；处于+Y方向的导叶端面间隙，应调整导叶上端间隙小于下端间隙；处于—Y方向的导叶端面间隙，应调整导叶上端间隙小于下端间隙。
导叶立面间隙要求调整至0mm，局部可以不超过0.2mm，在调整时可能出现间隙集中到一个导叶立面的现象，这时需要测量这个集中间隙的大小，将其平均分配到每个导叶立面间隙，在组装厂不能通过打磨导叶立面来调整导叶间隙。
3.2 导水机构安装导水机构组装完成，管形座内外环法兰面检查清理干净后，可以吊入导水机构安装。
在把合拧紧管形座和导水机构内外环法兰面连接螺栓后，由于导水机构在翻身、吊装过程中受力变形引起导叶间隙变化，应再次检查调整导叶端面和立面间隙。
这时要求调整导叶两端面间隙均匀，立面无间隙。
对于立面局部间隙超过设计要求的导叶，可以通过对导叶立面局部打磨调整间隙。
4 大轴及导轴承安装贯流式机组转动部分的重量全部由水导轴承和发电机导轴承承担，轴承与大轴均匀、良好的接触有利于机组安全运行。
湘祁水电站水轮机导轴承为筒式结构，发电机导轴承为分块瓦式结构。
4.1 筒式导轴瓦调整在安装前检查工作面接触情况，接触点应均布于整个工作面上，进出油侧不能存在吊角接触。
水导瓦、发电机导轴瓦在安装间安装到大轴上，大轴吊装时吊入机坑内。
根据设计位置调整大轴的中心、水平，大轴定位后调整水导轴承间隙，使水导轴承前后两侧间隙一致；调整支撑环法兰面与管形座法兰面的间隙，该间隙应均匀，出现不均匀现象时，采用加垫方式使其接触均匀，较小的差异可通过发导轴承的球形支座自适应调整。
4.2 分块瓦时导轴承安装分块瓦式导轴承由六块瓦组成，其中两块瓦位于轴颈上部位置，四块位于大轴轴颈底部，按30度间隔布置均匀，主要承担机组转动部分重量，每块瓦的承载重量是否均匀取决于瓦背垫快的实际厚度与理论厚度的偏差，偏差越小，受力越均匀；同时获取理论厚度的过程也影响导轴瓦的承载效果，在决定每块瓦垫块厚度的过程中，受设备加工精度及其他因素的影响，同一导轴瓦多个测点测出的结果存在差异，在决定采用数据过程中，需要综合考虑，采集的数据与实际之间存在偏差，该偏差影响每块瓦的受力状况。
在分块式导轴瓦安装过程中，承重瓦受力状况决定机组运行时的瓦温，受力均匀，则瓦温偏差较小，反之，则大。
5 间隙调整机组转动部分的间隙主要是发电机空气间隙调整和转轮间隙调整，间隙调整均匀有利于机组运行稳定，减小机组运行振动幅度。
5.1 发电机空气间隙调整定子与转子之间的空气间隙是否均匀影响机组磁场强度的均衡，磁场强度影响发电机运行振动振幅及定子线圈及铁心温度。
在调整空气间隙时，尽量保证机组在运行状态时间隙均匀，减小间隙不均匀对机组运行工矿的不利影响。
5.2 发电机空气间隙调整贯流式机组定子、管形座内锥、灯泡头、进人筒等部件组成一个较大的封闭空间，该封闭空间在机组充水后全部浸泡在水中，会受到较大的浮力，该浮力通过定子传递到管形座内锥，定子受浮力影响也会产生上浮变形，因此在调整发电机空气间隙时应考虑定子上浮对空气间隙的影响，将空气间隙的上部分调整为小于下部分，以抵消机组充水后的定子上浮变形引起上部分空气间隙的增大值。
在机组充水时，现场测量灯泡头进人口处上浮量大约有1～1.5mm。
5.3 转轮间隙调整转轮浆叶与轮毂之间有一个串动量。
由于贯流式机组安装后轴线呈水平状态，桨叶与转轮室之间的间隙与机组所处的状态有关，机组正常运行时，受离心力影响，桨叶全部向外串动，使转轮室与桨叶之间的间隙减小，因此调整转轮间隙时需考虑静态与动态的区别。
机组处于静态时，上下桨叶受重力影响，处于下部的桨叶向外串动，处于上部的桨叶向内串动，左右两侧的桨叶串动方向由其在最终位置的前一个位置决定，大轴转动前，前一个位置在上部时，该桨叶向内串动，反之，则向外串动。
6 润滑油系统及轮毂供油系统贯流式机组设置有两套独立的机组油循环系统，润滑油系统为水导轴承、发电机推导轴承提供冷却及润滑功能，轮毂油系统为转轮低压腔提供恒压油保证桨叶灵活操作以及防止水进入转轮体内。
6.1 润滑油系统润滑油系统在安装过程中应保证管路、管件、设备的清洁，防止固体杂质进入循环系统，造成轴承损伤。
润滑油系统是贯流式机组一个重要的辅助系统，直接影响机组的安全运行，在机组保护系统中，从润滑油系统中采集轴承前压力和轴承后流量信号作为机组保护信号。
机组启动运行时，在机组的转速上升阶段，会采集到压力下降及油路中断信号，这是由于机组由静止加速到额定转速的过程中，轴承润滑油出油量大于机组静态时的出油量，使进油管的压力有下降趋势。
在机组转速上升过程中，由于轴瓴转动产生的离心力使其表面附着润滑油向周围空间喷洒，中断了静态时形成的正常闭合油路，使轴承后管路系统中流体中断，在流量开关位置会采集到油路中断信号，如果不采用延时保护或延时时间短，则机组不能完成自动开机。
6.2 轮毂供油系统轮毂供油系统包含高位油箱、管路、漏油箱、受油器等部件。
不同厂家由于受油器结构不同，向轮毂里供油的途径不同。
一种结构的受油器是桨叶操作高压油相对封闭，不渗进低压腔，另一种结构的受油器是高压油经浮动瓦间隙渗进低压腔，两种结构的受油器在功能上没有区别。
轮毂高位油箱的功能是向转轮体提供稳定的恒压油及作为调速器漏油箱和回油箱之间的中间油箱，要求其具有足够的容积，满足系统的正常运行。
不同结构的受油器及不同操作结构的转轮，在确定轮毂高位油箱调节容积时考虑的因素不同，在确定油箱的调节容积，其大小应容纳几个地方的总进油量。
6.2.1 轮毂高位油箱作为调速系统回油箱和漏油箱之间的中间油箱，当漏油箱油位过高时，需要向高位油箱输送，漏油箱起泵油位到停泵油位之间的容积，是决定轮毂高位油箱调节容积大小的一个参数。
6.2.2 机组调节时，操作油压高于恒压油压力，受油器浮动瓦的渗漏油向高位油箱集中在桨叶设计开、关机时间内，一个全行程受油器浮动瓦向高位油箱注油的体积也是确定轮毂高位油箱调节容积大小的一个因数。
桨叶动作时，由于活塞（活塞缸）移动引起活塞杆在转轮低压腔内体积的变化引起腔内压力超过恒压油压力，使转轮体内油体向高位油箱集中，活塞一个全行程转轮低压腔容积的变化量也是决定轮毂高位油箱调节容积的一个因数。
在实际安装过程中，由于高位油箱的调节容积小于总进油量，在机组调试过程其正常运行过程中，轮毂高位油箱就会出现溢油现象。
溢油现象还与高位油箱的溢油管是否溢油顺畅有关，当机组轮毂高位油箱布置远离自身机组，设计布置较长水平管线，使回油过程出现气堵现象，减缓了管内回油的流速，降低了高位油箱的排油能力，占用了高位油箱的调节容积，出现油箱顶部溢油现象。
解决此现象的办法是在油管截面足够正常排油的前提下，在管路的水平段与垂直段的弯头顶部加装排气阀，消除气塞现象，使管内排油时形成的带压气体能够尽早排出管内，加快油的流速。
7 调试及试运行湘祁水电站机组静态调试过程中先将调速系统、润滑油系统、高压油顶起系统、轮毂恒压油系统、冷却系统、励磁系统、监控及保护系统全部调试完成后，再进行动态调整对系统进行再次整定。
经过仔细调整，机组各部位振动、瓦温正常，2011年12月15日首台机组顺利并网发电。