小型轴流式水轮发电机组的定子安装高程计算

裴剑辉

（安徽省蚌埠闸工程管理处，安徽 蚌埠 233010）

1 概述

小型轴流式水轮发电机组由于其具有低水头、大流量的特性，在农村小型水电站的建设中应用广泛，机组组成部件一般都是分别解体运达电站现场，在土建工程移交后，机组便可以进行安装工作。立式机组安装通常先安装水轮机，后安装发电机部分。水轮发电机组主要由固定部分和转动部分组成，机组安装时需要首先进行固定部分埋设件安装，然后安装导水机构、下机架和转动部分等，最后安装轴承及辅助设备。固定部分埋件主要包括尾水管里衬、转轮室、座环、下机架、定子等，立式机组的发电机定子部分的安装是整个安装工程中的重点和难点，本文以ZD760-LMY-120型水轮机和SF250-20/1730型发电机为例，说明现场安装工作中怎样计算确定立式发电机定子安装控制高程。

2 发电机定子高程的计算方法

立式水轮发电机组主要部件安装的控制高程一般由设计院根据厂家提供的数据在设计图纸上标明，是我们安装工作中主要依据。但是，水轮发电机组由不同部件分别组合而成，其尺寸较大，现场一般无法进行整体预装，由于厂家制造或装配工艺的原因，机组的安装尺寸会有一定的误差积累，因此，机组安装前一般需要进行部件相关尺寸的实际测量，对照图纸复核相关尺寸的正确性和误差大小，根据实测的数据，重新计算主要部件的控制高程（参见图1），复核与图纸设计高程的偏差，计算成果可以作为安装的主要依据。

2.1 部件尺寸测量

2.1.1 转轮法兰面到转轮台肩距离h1

用深度游标卡尺测量水轮机转轮的法兰组合面到转轮台肩的距离，分别测量对称的4个方位，取其平均值作为h1的数值，本机组h1=25 mm。

2.1.2 水导轴承安装面到支持盖下端平面的距离h2

水导轴承安装面为精加工面，可以作为水轮机上部固定部分安装的高程测量基准，使用检验平尺或钢直尺立面放于支持盖下端圆平面上，用深度游标卡尺（0～600 mm加长加宽基座600 mm）的基座平放于水导轴承安装面，测量该面到检验平尺或钢直尺的距离，分别测量对称的4个方位，取其平均值作为h2的数值，本机测得h2=434 mm。

测量操作时可根据需要，从顶盖上部抽出固定导叶轴，取出部分活动导叶，从而方便测量。

2.1.3 水轮机轴长度h3

平放水轮机大轴，使用钢卷尺测量大轴两个法兰之间的距离，测量对称四个方位的数值，取其平均数作水轮机轴长h3值，本机测得h3=4 339 mm。

图1 定子安装高程计算图

2.1.4 支持盖底平面到转轮室上平面距离h'

在转轮室的上平面水平拉一条钢琴线（直径0.20 mm），使钢琴线刚刚接触支持盖下部侧面，对称4个方向用直尺测量支持盖底平面到钢琴线的距离，取其平均值即为h'，本机测得h'=69 mm。

2.1.5 转子磁极中心到发电机轴法兰面距离h4

转子到达现场，一般水平横放在钢支架上，用钢琴线在转子制动环平面和大轴法兰平面分别垂直悬挂钢琴线，对称4点分别量出钢琴线之间的距离，取平均数得L2值，本机实测L2=833 mm。

再用深度千分尺在20个磁极量出制动环平面到转子铁心硅钢片下平面的距离h，计算20个数据平均值即得L1：

本机实测平均值L1=90 mm。

同样，用游标卡尺测量20个磁极铁心硅钢片上、下面的距离h'，计算20个数据平均值即得转子磁极铁心平均高度L：

本机实测平均值L=174 mm。

计算转子磁极水平中心到发电机轴法兰面距离h4：

根据发电机厂家图纸标注h4=1 011 mm，即装配、工艺积累误差造成比设计值小1 mm,就是说转子磁极平均中心比设计位置降低1 mm。

2.1.6 定子上法兰平面到定子磁场中心的距离H1

（1）用加长加宽基座深度游标卡尺（0～600 mm加长加宽基座600 mm）测量定子上法兰面到定子铁心硅钢片上面的距离L1'，测量时，深度游标卡尺基座平放于定子法兰面，本机测量采用对称20点数据，取其平均值作L1'=381 mm。

（2）用游标卡尺测量对称20个点的定子铁心硅钢片上、下平面距离，计算所得数据的平均值即得定子铁心硅钢片的平均高度L'=175 mm。

（3）定子上法兰平面到定子磁场水平中心的距离H1：

2.2 定子安装高程计算

定子安装时需满足定、转子磁场中心一致的要求，GB/T 8564-2003《水轮发电机组安装技术规范》的9.5.3作出规定：按水轮机法兰高程及各部件实测尺寸核对定子安装高程，应使定子铁心平均中心高程与转子磁极平均中心高程一致，其偏差不应超过定子铁心有效长度的±0.15%，但最大不超过±4 mm。根据该要求，转子磁极中心应略低于定子磁场中心，可以保证定子对转子有微小的向上的磁拉力，有利于减小推力轴承的载荷。

ZD760-LMY-120型水轮机采用结构简单的内调节式导水机构，底环是在转轮室上平面布置的，与转轮室一体。该导水机构部分设计简单，顶盖与支持盖的定位由导叶轴加工面及安装精度保证，其结构如图2所示，顶盖及支持盖的垂直及水平方向由固定导叶轴定位完成，垂直度由16根固定导叶轴两端的轴颈与底环和顶盖的圆柱孔配合保证，水平度则由两端轴颈的台肩与底环和顶盖的平面配合保证。转轮室、顶盖、支持盖、导水机构等已在出厂时整体调整完好，转轮室、顶盖、支持盖的同心度由厂家保证，现场对转轮室及导水机构等固定部分可以作为整体安装，无需进行解体，只需要对支持盖上的水导轴承安装孔和转轮室进行同心度复查。其中，水导轴承安装面和安装孔均为精加工面，导水机构水平度在该面放框式水平仪测定，可以作为上部（主轴水封、下机架、定子等）固定部件的高程、中心的安装基准。

图2 内调节式导叶结构

（1）尾水管里衬在土建预埋时已经定位，在里衬顶面划出X、Y坐标线记号，根据土建预留的机组X、Y轴线及高程基准点，复核里衬顶部高程和X、Y坐标线的偏差大小。里衬顶面高程为14.11 m。

（2）转轮室顶面高程：图纸标示及实测复核，转轮室底部法兰面到顶部平均高度490 mm，所以，转轮室上平面高程为：

（3）支持盖底部圆环平面高程：

支持盖导轴承安装平面高程H轴承：

（4）轮叶水平中心高程H叶：由图纸标示转轮室上平面到转轮叶片水平中心距离为254 mm，则：

（5）转子磁场中心高程

转轮台肩平面到支持盖底平面设计距离为10 mm，则：

转子磁场平均中心到支持盖底平面高差=h1+h3+h4-0.010=0.025+4.339+1.010-0.010=5.364 m

所以，转子磁场平均中心高程=H支底+5.364=14.531+5.364=19.895 m

（6）定子上法兰平面高程：

按照定铁心平均中心高程与转子磁极平均中心高程一致的要求，所以定子磁场水平中心线的高程应为19.895 m，定子上法兰平面高程=19.895+H1=19.895+0.469=20.364 m。又因为允许的偏差值不超过定子铁心有效长度的±0.15%，最大不超过±4 mm，因此，定子上法兰面的控制高程H：

由L'=175 mm，计算得0.15%L'=0.26 mm值很小，可忽略不计，定子法兰控制高程为20.364 m。

（7）定子基础板平面高程：

定子高度测量平均值H2=800 mm，

所以，定子基础板高程=定子上平面高程-H2=20.364-0.8=19.564 m。

3 安装注意事项

（1）定子上平面图纸设计高程20.366 m,实测计算的高程为20.364 m，两者相差2 mm。实测计算值20.364 m应作为定子法兰上平面的控制高程，比设计位置降低2 mm。定子基础板平面控制高程应为19.564 m，上机架安装高程也会降低2 mm。若实测计算值误差较大（较低或较高）时，推力头安装前，应考虑测量推力油槽挡油圈上端与推力头内顶圆面之间的间隙，防止运行中挡油圈上端位置低时甩油或高时碰擦，如不合要求，应处理挡油圈上端尺寸。推力瓦的每个抗重螺栓、锁定螺栓高度也要相应调整。本例误差较小可忽略不计。

（2）下机架基础安装高程一般到定子基础板设计有一定高差尺寸，由于定子基础板高程较设计下降2 mm，所以，下机架基础板高程应比到定子基础板设计高差减小2 mm，这样才可以保证下导轴承与轴领的相对设计位置。

（3）安装过程中，转子已吊入定子内，应调整转动部分高程，在镜板初调水平，装入绝缘调整垫，需要在盘车测量摆度之前，实测定、转子铁心硅钢片上平面相对高差，即定子铁心平均中心高程与转子磁极平均中心高程之差。

定、转子铁心中心相对高差测量需要自制深度卡尺，直接测量硅钢片上平面的高差值，点数选择可与转子磁极数相同，然后计算出相对高差的平均值，进一步确定定、转子磁场中心高程差，使之符合规程要求。正常后，恢复机组正常运行。

图14 流量调节阀位置示意图

（2）如调整流量调节阀开度，不能恢复3号球阀正常的启闭时间，请清蓄运行人员向调度申请紧急停机检修。拆卸3号球阀主配压阀，检查阀芯11、底层铜套4、中层铜套6、上铜套压环8和阀芯下轴套9密封面的磨损情况，对磨损严重的密封面进行补焊、打磨平整后回装，调节流量调节阀开度，3号球阀启闭时间正常后，恢复机组运行。

5 结语

此次清蓄电厂3号球阀主配压阀内漏缺研究，探讨了球阀主配压阀可能的内漏原因，现场采取的处理措施及缺陷扩大可以采取的应急处理。从原因查找到缺陷处理都是一个探索与学习的过程，为后续类似缺陷的处理积累了一定的经验，对后续类似的缺陷处理及原因查找提供了借鉴。