福建省仙游抽水蓄能电站发电机总装工艺及应用

2016-04-25罗宗柯中国水利水电第十六工程局有限公司福建福州350000

水电站机电技术 2016年3期

关键词：抽水蓄能电站总装发电机

罗宗柯（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州350000）

罗宗柯
（中国水利水电第十六工程局有限公司，福建福州350000）

摘要：通过分析抽水蓄能电站发电机组的总装工艺流程，利用合理的安装程序，保证机组一次性启动成功，并总结经验。

关键词：抽水蓄能电站；发电机；总装

1概述

仙游抽水蓄能电站位于福建省莆田市仙游县西苑乡，距仙游县城约33 km。电站安装4台混流可逆式水泵水轮发电机组，总装机容量1 200 MW（4× 300 MW）。枢纽工程主要由上水库、输水系统、地下厂房系统、地面开关站和下水库等建筑物组成。

发电机总装系指水轮机各大部件已吊入机坑，发电机部件预组装工作基本结束，转子吊入机坑等条件下进行，并根据图纸尺寸和部件的实测尺寸来确定安装参数。总装是确保机组运行质量的关键环节，机组的总装质量对机组的振动、摆度、瓦温、噪声等均有重要影响。

2发电机总装

2.1结构特点

福建仙游抽水蓄能电站发电电动机组为三相立轴、悬式、空冷可逆式同步电机。发电电动机主轴采用二根轴结构，上端轴与转子中心体采用螺栓连接，下端轴与转子中心体采用螺栓连接。发电电动机转子通过下端轴与水泵/水轮机轴采用法兰螺栓连接。推力轴承位于转子上方，与上导轴承组成组合轴承，下导轴承位于转子下方。

2.2发电机主要参数（见表1）

表1　机组主要参数

2.3总装安装流程图（见图1）

图1　

2.4转子吊装后与下端轴联轴

转子吊装后，利用桥机配合初步调整下端轴与转子瓶状轴的同心度和水平符合要求后（考虑到仙游抽蓄电站水机轴过长且止漏环间隙小，一般同心度控制在0.15 mm之内，水平度0.04 mm之内），拆除起吊工具。转子吊入机坑与下端轴联轴，见图2。对准瓶状轴与下端轴标记，联轴过程按以下程序进行：用联轴工具，平稳、均匀、对称提升下端轴。止口即将靠近时，用绸布和无水酒精再次清扫法兰面，确保无任何灰尘；止口进入时平滑、无碰撞和憋劲；螺栓把紧前，两法兰间无间隙，两法兰径向无错牙；采用液压拉伸器分4次（25 %PN、50 %PN、75 %PN、100 %PN）对称预紧，见图3，螺栓伸长值ΔL满足设计要求约为0.5（公差0～0.05）mm。紧固后，按照相同的顺序检查紧固力矩。最后用塞尺检查两组合面间隙，应符合规范及设计要求。

图2　联轴螺栓装配示意图

图3　联轴螺栓打紧示意图

2.5上端轴吊装

仔细清理上端轴上、下法兰面，把上端轴与上端轴吊具用螺栓联结起来，联结螺栓的力矩为2 000N·m，按装配标记将上端轴平稳地吊放在转子法兰上，检查上端轴与转子上法兰的错位及两法兰间隙，同轴度满足要求后，对称把紧螺栓，螺栓的伸长值△L1=0.5（公差0～0.05）mm，见图4。

图4　上端轴联结螺栓伸长值测量示意图

2.6上机架回装

上机架回装必须检查上机架基础板与其调整垫板之间的间隙，应符合有关规定。按要求紧固上机架基础板固定螺栓后检查上机架中心体高程、水平。要求上机架中心体的中心偏差不应大于0.5 mm，水平偏差不应大于0.02 mm/m，且最大水平度不大于0.10 mm，其高程偏差设计高程±1 mm。机组轴线调整合格后将上机架地脚螺栓用钢筋搭焊在机坑混凝土支墩的钢筋上，使其与机坑混凝土形成整体。浇灌上机架基础混凝土，待二期混凝土养护期过后，将基础板地脚螺母按要求把紧并点焊牢，另外，上机架油槽内高压油顶起装置管路安装完成后进行管路的压力试验，试验压力为13 MPa，并保持30 min不泄漏。

2.7推力轴承瓦安装

检查推力轴承瓦、托瓦，并检查瓦面应无密集的气孔、裂纹、硬点和脱壳等缺陷，瓦面应无严重的碰伤（该电站按主机厂要求不对巴氏合金瓦进行刮研）；

通过目测和擦拭检查推力瓦、托瓦表面的清洁情况，将推力轴承瓦与托瓦试配，确保推力瓦轴承瓦与托瓦接触面积不低于85 %后再安装；

抽查20%弹簧装配的高度应满足52.3±0.02mm，沿上机架挡块之间布置全部弹簧，在弹簧上方按编号顺序将托瓦和推力轴承瓦吊装就位。将托瓦出油边紧靠挡块，检查托瓦进油边与挡块之间的间隙值为1（公差0～0.2）mm。若不满足要求，应调整项15挡块与推力基础环把合螺栓间隙（如图5），如仍不能满足要求应加工挡块。将托瓦和推力瓦依照编号和方位安放在推力轴承弹簧上，注意双温度计推力瓦的方位。

图5　推力轴承装配示意图

将连板（项11）固定在推力基础环上，检查连板与托瓦径向和轴向之间均应有间隙，且连板上平面与托瓦之间轴向间隙δ应满足图纸要求“安装时检查δ不得小于3 mm；安装连板，检查连板与推力瓦径向与轴向应有间隙。检查调整推力瓦与间隔块之间的间隙在1（公差0～0.2）mm。检查连板固定螺栓力矩应100 N·m。安装时确保托瓦两侧与间隔块间隙约1 mm，并保证瓦能活动，不能顶死。用螺纹锁固胶将螺纹锁死（如图6）。

图6　连接板与托瓦间隙检查示意图

2.8热套推力头

推力头热套必须检查主键的轴向、径向尺寸及工作面配合情况，检查轴键槽和推力头键槽轴向垂直度，之后必须与轴键槽，推力头键槽试配装。

加热前应先调整好推力头水平，检查推力头绝缘值，根据推力头与主轴的配合间隙，并综合考虑推力头热套过程中温度降低以及主轴倾斜值等因数，确定推力头热套间隙为0.6～0.7 mm，并根据此间隙确定其加热器总容量及其加热时间。对所有的加温电源线进行检查确认，逐一合上开关，投入加热器，对推力头进行整体加热。加热过程中，在控制加热时间的基础上，将加热器分批逐次投入，同时，定期测量、记录推力头温升及内经。加热过程中应注意观察，防止短路等异常情况；推力头加热时，加温的温度按照孔径胀量大于0.6～0.7 mm确定，温度以不超过100℃为宜，升温速度控制在5～8℃/h范围内，并进行记录。加温时需要注意监视加热带所在位置温度，防止表面温度过高，材料发蓝，必要时可断续加温。

用专用千分尺检查推力头的膨胀量达到要求后，吊入套装。套装时，在孔与主轴对正后，一次落到底部后安装卡环、卡环固定环；之后利用推力头专用工具四个方向对称、均匀拉紧螺杆，将推力头提起与卡环、卡环槽紧密接触，并用0.02 mm塞尺检查卡环上下受力面的间隙，应不能通过。

推力头降温冷却至室温后，再次检查卡环上下受力面的间隙，应符合设计要求。

2.9转动部分重量的转移

对定转子空气间隙进行检查，确保空气间隙内无杂物，在推力头处架设百分表监控，将制动器顶起，取出制动器上的楔子板，然后缓慢泄压，使转动部分缓缓落下，将转动部分重量转移到推力轴承上，实测机组转动部分重量转移到推力轴承上后上机架挠度值δ，完成后复查镜板水平应不大于0.02mm/m，如有偏差应做适当的调整。

2.10机组高程水平检查、调整

以水轮机座环的实际高程为基准，并综合考虑定子铁芯中心线高程、转子磁极中心线高程偏差、水轮机主轴和发电机主轴的加工长度偏差，转子的下沉量以及推力头轴向高度尺寸加工偏差值等因素，确定镜板背面在额定推力下的实际运行高程。以镜板背面在额定推力下的实际运行高程为基准，综合考虑上机架在额定推力符合下的挠度值、水轮机转轮的安装高程要求，以及额定推力负荷下推力轴承稳态冷油温度所对应的弹簧束中心平均压缩值，确定出在转动部分重量下机组镜板背面的实际安装高程。

利用电动试压泵及制动器顶起转子，然后释放制动器油压，让转子平稳地落下，待机组转动部分稳定后，分别将抱紧的导轴瓦松开，分别读取每块瓦下的百分表读数。计算各弹簧的中心压缩量，要求各弹簧束中心压缩量之间偏差不得大于0.2 mm，且镜板水平不得大于0.02 mm/m。使各弹簧束在受力情况下其镜板水平符合要求。

从仙蓄电站4台机组整体情况看，水平均需微调，可调整上机架支腿垫板来满足要求。

2.11机组轴线检查及定中心

在镜板背面Y、X、-Y、-X架设4块轴向百分表，以检查推力瓦和镜板之间的油膜厚度是否达到设计要求。

调整大轴到机组的中心：用塞尺测量上下迷宫间隙并记录。计算对称方向的数值，得出转轮是否在迷宫中心，上下迷宫的数值是否对应。偏差在0.10mm可不必调整，如果超过必须进行调整（上下固定迷宫安装时的中心偏差要考虑）。调整步骤：在上导瓦轴向放置4块百分表，检查无阻碍后启动高压注油泵，利用上导瓦的调整斜键将大轴调到机组中心。之后测量上下迷宫间隙，如不合格反复调整，直至合格为止。

复查镜板水平、大轴垂直度，要求镜板水平不得大于0.02 mm/m，大轴倾斜度不得大于0.02 mm/m。机组转动部分处于中心位置。沿机组轴系从上到下分别在卡环、上导轴颈、镜板、下导轴承轴颈、发电机主轴及水轮机轴法兰和水导轴承轴颈处，将其圆周分成8等份，并按+Y方向为起点（1点），逆时针方向从1～8进行编号，并在等分点处作记号。另外在镜板轴向（X、Y）、主轴密封抗磨环轴向（内外），各设置1块百分表，安放的百分表从上到下应在一条垂线上，并在推力头上放置合像水平仪（主要检查推力头旋转水平）。在机组轴系处于自由状态下，分别按单侧间隙在0.03～0.05 mm以内抱紧在机组YX轴线方向的4块上导瓦，抱瓦前应各导轴承瓦工作面上抹上干净的透平油，抱瓦时应用百分表监视相应位置处轴位移情况，以防止抱瓦过程中机组转动部分中心发生改变。

盘车读数记录位置有推力头水平、镜板径向轴向、主轴密封抗磨环轴向（内外）、上导、下端轴上法兰、下导、下端轴下法兰、水轮机轴上法兰、水导。

盘车过程：将百分表对零，启动高压注油泵旋转大轴，旋转过程中，各部位要监视百分表的读数是否正常，有无不动、突跳现象。上导的位移不得超过0.05 mm（在0.01 mm内为宜）。整个过程中应无异常摩擦声音，无卡组现象。正常后即可进行逐点盘车，记录数据，盘车以两圈为宜，相互比较，各盘车点2次数值应基本相同。

轴线处理：根据各部位测点百分表读数，进行盘车数据（轴线摆度值）计算。计算上导、下导、下端轴上法兰、下端轴下法兰处、水轮机轴上法兰、水导的全摆度和净摆度。全摆度：以轴心为对称中心两对称点数值几何差：即1—5、2—6、3—7、4—8为各处全摆度。净摆度：全摆度减去对应点的上导位移值为净摆度。根据盘车数据分析，当盘车测得机组净摆度超过允许值时，可通过刮磨卡环来调整。如果机组轴线在法兰处有反折情况，可改变法兰连接的方位来进行调整，也可以把连接螺栓的伸长值调整在允许范围内的上限和下限进行调整。

卡环刮磨量可按下面公式进行计算：

式中：H—卡环最大刮磨值（mm）；

fn—水导净摆度值（mm）；

D—卡环有效直径（mm）；

L—镜板至水导处的长度（mm）。

卡环刮磨：取出卡环，将卡环分区。根据盘车数据计算出的刮磨值，确定最高点和最低点的方位。高/低点为中心线，按中心线垂直分成5～6区（分区的数量可根据刮磨量的大小决定）。高点为刮磨最大区，然后分区逐减，低点为不刮区。如图7所示：

图7　卡环分区示意图

以该电站1号机组为例，首次盘车水导最大净摆度fn为1.10 mm，卡环D有效直径为800 mm，镜板至水导处的长度L为12 730 mm，利用公式计算出卡环最大刮磨量H为0.035 mm，利用刮刀进行分区刮研（根据经验：一般以刮3次为0.01 mm计算），刮磨前测量其厚度，刮磨后复查。刮磨量偏差应控制在0.005 mm以内。回装再次进行盘车，直至刮磨量符合摆度要求。最终盘车数据见下页表2。

机组定中心：轴线调整合格并验收后，进行机组中心的固定，先用塞尺测量上下迷宫环间隙，计算出机组中心偏差量；再利用上导瓦进行机组中心调整，使机组中心和上下迷宫环中心相重合。整个过程大轴一定要保证在自由状态，上导瓦要抱紧。合格后将所有百分表对零，反复启动高压油顶起装置几次。检查迷宫间隙和百分表读数是否有变动，合格后按从下到上的顺序进行固定大轴。即转轮处→下导处→上导处。在定中心过程中所有百分表对零并有人监视，如有变化，应及时通报，并进行调整。将楔子板对称放入泄流环处焊好的Z型支架里，位置在Y、X、-Y、-X4个方向。放入后百分表读数应无变化。用手锤对称打紧楔子板，同时监视水导处的百分表的变化。根据百分表的变化敲打对应的楔子板，保证打紧时转轮中心不变。打紧后进行下导处固定大轴，下导处采用导瓦进行固定，将所有导瓦放入，将Y、X、-Y、-X四个方向的导瓦使用自制顶杆对称顶紧，此时应注意观察百分表的读数，完成后再将其余的瓦紧固。最后上导处固定大轴，方法同下导。

表2　盘车数据　单位：0.01 mm

2.12导轴承安装及间隙调整

机组定中心后，在上、下、水导轴承固定部件合适位置，建立XY方向的4个测点，测量大轴与他们的距离，记录后作为复查大轴中心位置的依据。

导瓦安装调整：将导瓦按编号放入安装位置，插入楔形板；将自制千斤顶每2个一组，对称将导瓦顶靠在轴领上，在导轴承调整时，在附近XY方向设2块百分表监视大轴中心位置应保持不变，依次全部完成；使用铜锤，将楔形板全部对称轻轻打紧，打紧的力度应适中，打紧过程监控百分表的指针只能在±0.01 mm范围内变化，检查楔形板的打入深度是否满足调整需要，使用塞尺（0.02 mm）检查楔形板与导瓦接触面应无间隙，如不满足则需要进行测量，对楔形板进行加工处理；将加工合格后的楔形板全部对称轻轻打紧，测量楔形键的尺寸，然后按斜度计算其应对出的长度，作调整并紧固锁定；检查导瓦安装情况，通过检查楔形板的紧度，并用塞尺0.02 mm检查，确定其与轴颈接触。导瓦间隙的检查，使用深度尺，测量楔形板提起高度计算，导瓦间隙应符合要求。

各导轴瓦安装合格后，按辅助接线有关要求，安装、检查上、下导轴承瓦及油槽测温元件，布置其测温元件引线，并将其与引线连接，电气测温元件安装后，应进行测试，确保其可靠性。

2.13其它附件安装

集电环安装，发电机外罩安装，上、下挡风板及上盖板安装，油水管路安装，测振、测摆装置安装，机组整体注油，喷漆等，在此不再叙述。