春厂坝抽水蓄能电站机组安装方法探讨

钟小华，杜 兴

（中电建电力检修工程有限公司，四川 成都 610000）

1 概述

春厂坝抽水蓄能电站位于小金川河支流沃日河干流下游，电站安装1 台变速恒频可逆式抽水蓄能发电机组。该电站为国家重点研发项目“分布式光伏与梯级小水电互补联合发电技术研究及应用示范工程”组成部分，属于国家重点研发计划“智能电网技术与装备”重点专项。该科研项目于2018 年6月立项，由国网四川省电力公司牵头，联合中电建水电开发集团有限公司等15 家院校与企事业单位共同实施。

春厂坝抽水蓄能电站发电电动机由哈尔滨电机厂生产，水泵水轮机由重庆水轮机厂生产，机组转轮由中国水利水电科学研究院研发。

发电电动机型号SFD5000-6/1690，主要参数如下：

额定容量：5 668.3 kVA（发电工况）、7 121.6 kVA（电动工况）；

额定功率：5 101.4 kW（发电工况）、6 700 kW（电动工况）；

推力负荷：电机→水机26 t、水机→电机6 t。

发电电动机主要由定子、转子（带大轴、飞轮）、组合轴承（含径向轴承、正反推力轴承）、径向轴承及电机底板等部件组成。

水泵水轮机型号JFP123-WJ-108，主要参数如下：

水轮机主要参数：设计水头130 m、设计流量4.75 m3/s；额定转速1 000 r/min、飞逸转速1 650 r/min。

水泵主要参数：最大扬程168.8 m 下的最大流量3.65 m3/s，最小扬程159.8 m 下的最大流量3.83 m3/s。

水泵水轮机主要由座环蜗壳、导水机构、转轮、尾水弯管、尾水扩散管及主轴密封等部件组成。座环蜗壳为整体结构，导水机构工厂内与座环蜗壳组装调整合格后整体发运，大轴与转轮为轴孔联接方式并设置锥度配合，通过平键传递扭矩。

机组主要部件重量及尺寸见表1 所示。

表1 机组主要部件重量及尺寸

机组布置于竖井内，大轴中心高程低于安装间40 m、低于设计尾水位31 m。

2 机组主要设备安装施工

2.1 主要设备安装流程

设备钢支墩制作安装→座环蜗壳安装调整加固→尾水弯及扩散管安装→定子、转子、电机底板吊装及初步调整→转轮吊装、机组精确调整→混凝土浇筑后机组复测、调整→机组附属部件安装调整。

2.2 设备基础方案优化

根据厂家设计，机组电机底板、座环蜗壳及尾水管均设计预留二期浇筑，其中座环蜗壳基础螺栓二期孔尺寸为250 mm×250 mm×700 mm，电机底板基础螺栓二期孔尺寸为300 mm×300 mm×1 250 mm。笔者认为设计方案存在如下问题：

机组额定转速高达1 000 r/min，且一般情况下转轮造压时（水泵工况）座环蜗壳振动较大，故机组安装的稳固性要求非常高。设备基础螺栓二期坑尺寸小、深度深，加之砼浇筑时设备基础妨碍振捣作业，故不易浇筑密实且与一期砼结合强度较差，从而导致设备稳固性差，机组安全运行风险大。

为确保机组安装稳固可靠，笔者向厂家、设计、监理建议制作设备钢支墩，在钢支墩上进行设备安装调整，合格后进行砼浇筑，可以大大提高设备安装稳固性。在一期砼内埋设钢支墩及斜支撑基础板，其高程低于设备基础螺栓底部约200 mm。机组安装调整合格后将设备基础与钢支墩焊接牢固，然后浇筑至设计高程，达到强度后再进行机组设备复测并精确调整。这一方案得到同意并实施。

电机底板、定子、转子及两部轴承总重约40.3 t，座环蜗壳（含导水机构）总重约13 t。根据设备重量及尺寸：电机底板布置6 只钢支墩；座环蜗壳布置6只钢支墩，其中座环4 只、蜗壳进水管2 只；尾水弯管及扩散管各布置2 只支墩。

设备钢支墩及斜支撑采用20#B 工字钢（Q235）制作，每只钢支墩在90°方向布置两根斜支撑以增强稳定性。

电机底板钢支墩强度校核如下：

钢支墩受压应力P=F/S

各支墩平均受力约7 t，实际施工时受力不可能完全一致，按最大承载10 t 进行强度校核，20#B 工字钢截面积S为3 950 mm2。

则P=10×103×9.8/（3 950×10-6）=24.8 MPa，远小于Q235 钢材屈服强度235 MPa。

钢支墩压缩量计算：

根据胡克定律F/S=E△L/L

其中F为钢支墩受力（10 t），S为钢支墩横截面积（3 950 mm2），E 为钢材弹性模量（200～210 GPa），△L为钢支墩压缩量，L为钢支墩高度（1.5 m）。

将各参数代入上式计算得△L=0.19 mm。

钢支墩压缩变形非常小，刚强度满足设备安装要求。当机组调整合格、各钢支墩与电机底板焊接牢固，钢支墩与电机底板整体稳定性也将大大提高。

座环蜗壳及尾水管重量远小于发电机设备，钢支墩的刚强度满足设备安装要求。

2.3 设备钢支墩制作安装

在一期砼埋设钢支墩及斜撑基础板，基础板尺寸均为350 mm×350 mm×20 mm，每块基础板布置6 根Φ25 mm 长500 mm 圆钢作为锚筋，圆钢与基础板及土建钢筋焊接牢固，控制基础板高程偏差不超过-5～0 mm，平面位置偏差不大于10 mm，水平偏差不大于1 mm/m。

一期砼浇筑养护7 d 后进行钢支墩及斜支撑安装，工字钢顶部安装350 mm×350 mm×20 mm 钢板。工字钢与基础板间焊缝截面积不得低于工字钢横截面积，以确保焊缝强度。

2.4 座环蜗壳安装

设备钢支墩安装完成达到强度后进行座环蜗壳的安装。根据厂房坐标基准点并结合已安装浇筑完成的上下游压力钢管测放座环安装X、Y 控制线。将座环蜗壳（含导水机构）吊入机坑放置于钢支墩，钢支墩上成对布置楔子板，调整座环高程、垂直度、与安装控制线的距离及平行度满足要求，然后将座环基础与钢支墩焊接牢固，焊接过程中监测座环垂直度变化情况并及时调整焊接顺序。

2.5 发电电动机安装

2.5.1 定转子吊装方案优化

根据厂家设计方案，电机底板安装调整合格后将定转子整体吊装至电机底板进行调整。该方案需拆除导水机构，否则大轴水轮机端将与导水机构前盖板相碰而不能吊装就位。

为此，笔者提出在安装间将定转子、两部轴承安装于电机底板进行整体吊装的方案。该方案无须拆装导水机构且吊装过程简单可控，不仅缩短机组安装直线工期还利于提高设备吊装安全性。

在安装间将两部轴承座安装于电机底板，并按设计要求安装绝缘垫片及调整垫片。完成转子穿定子工作后，将组合轴承安装于大轴轴颈，调整各推力轴瓦受力一致，然后将定转子整体吊装与电机底板组装。定子放置于电机底板上，大轴则放置于两部轴承座上，检查两部径向轴瓦腰部与大轴轴颈间隙应均匀，否则对轴承座进行调整。

厂家提供的定转子整体吊装专用工具设计荷载为30 t，而定转子、电机底板、轴承座总重约40.3 t，整体吊装时使用Φ20 mm 钢丝绳及2 台10 t 手拉葫芦承载电机底板及轴承座重量，调整定子与电机底板、大轴与轴承座均脱开10～15 mm 距离，确保专用吊具只承载定转子重量。

2.5.2 电机底板调整

以座环为基准初步调整大轴，施工中通过调整电机底板进行大轴调整。转轮与导水机构止漏环设计间隙较小（0.6～0.8 mm），为确保转轮与大轴顺利联接，当大轴与座环同心度小于0.3 mm 后安装转轮，然后再进行机组精确调整。

转轮安装处大轴为圆锥形，其与导水机构前盖板同心度不易测量准确，为便于测量制作了专用测量工具，测量工具外侧为圆柱形（直径小于前盖板镗口内径约5 mm）、内侧为与大轴相同尺寸的圆锥形，将测量工具套在大轴转轮安装部位，通过塞尺能够准确方便地测量出大轴与前盖板镗口的同心度。

转轮止漏环间隙、大轴水平、转轮进口与导叶中心偏差等调整合格后对电机底板进行加固，并采用20#B 工字钢将电机底板与座环蜗壳钢支墩联接以增加稳固性，焊接过程中对止漏环间隙进行监测。

2.5.3 砼浇后机组复测及调整

座环蜗壳、尾水管及发电机设备安装调整完成后浇筑混凝土至设计高程，控制每层浇筑高度不大于0.5 m，减小设备浇筑位移量，浇筑过程中对转轮止环间隙进行监测，并根据间隙变化情况调整浇筑顺序及速度。

砼浇筑完成并达到70%强度后进行转轮前后止漏环间隙、大轴水平、径向轴承两侧间隙复测。经检查，大轴水平及止漏环间隙超标，通过在径向轴承座与电机底板间加装厚度0.2 mm不锈钢垫片调整合格。

大轴调整合格后即转子位置已确定，然后以转子为基准调整定子，在定子机座与电机底板间加装不锈钢垫片调整空气间隙合格。

2.5.4 主要技术质量要求

根据国家规范、厂家设计要求，并结合该机组实际特点，机组安装主要技术要求控制如下：

座环垂直度：0.05～0.1 mm/m，座环向电机方向倾斜；

座环左右及切向偏斜：≤0.5 mm/m；

座环高程及平面位置偏差：≤2 mm；

转轮止漏环间隙：两侧相差不大于0.05 mm，下部小于上部约0.1 mm；

大轴水平：≤0.02 mm/m；

径向轴瓦与轴颈两侧间隙偏差：≤0.02 mm；

正向推力瓦与镜板间隙偏差：≤0.02 mm（反向推力瓦为不可调式）；

定子铁芯与转子磁极中心偏差：≤1 mm；

转轮进水口中心与导叶中心线偏差：≤1 mm；

空气间隙：各间隙与平均间隙之差不大于±5%设计间隙。

2.6 设备问题及处理

机组组合轴承安装时，笔者发现正推力瓦为偏心瓦，而该机组兼具发电抽水两种功能，顺时针、逆时针方向均应能正常运行。经与厂家设计人员多次沟通后，将推力瓦修刮为对称瓦，相对推力瓦支柱螺栓偏多的瓦面被刮低约3 mm，并修刮出进油边，使支柱螺栓两侧瓦面相等。

3 机组运行工况

机组投运后在发电及抽水工况均能够安全稳定运行，水轮机出力及水泵流量达到设计要求。发电及抽水额定工况下，两部轴承座垂直振动均小于0.02 mm，轴颈摆度0.03～0.05 mm，正推力瓦温最高41℃，两部径向轴瓦温度均不大于30℃。机组安装质量得到厂家、设计及其他参与单位的高度认可。

4 结语

春厂坝抽水蓄能电站作为国家重点科研项目的载体，机组安装质量要求严苛。机组安装过程中笔者深入分析设备结构特点，并结合实际对厂家设计方案进行了优化，有利于确保机组安装质量并缩短施工工期，可为类似机组的设计、安装提供借鉴。