浅析蓄能电站水泵水轮机的安装及工艺

蔡 雄

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

0 引言

水泵水轮机的设备安装基本内容为：尾水管、泄流环(底环)、蜗壳(座环)、顶盖、转轮、主轴、主轴密封及其供排水系统、导水叶及操作机构、导水叶接力器、水导轴承及其循环冷却系统、机坑里衬以及相关附属设备。在实际操作中高程和中心才是作为机组安装的前提，要仔细分析其安装的位置。以下是对水泵水轮机设备安装过程中的重点和难点说明。

1 关于对水泵水轮机的认识

水泵水轮机具有正向和反向两种运行工况，即水轮机工况和水泵工况。在水轮机工况时，在水流的驱动下带动主轴旋转，从而将力矩传递到发电机，使其产生电能。而在水泵工况时，发电电动机的旋转将电能转化为机械能，带动转轮旋转使其进行水泵作业。

2 尾水管安装

蓄能机组的水轮机尾水管由数节组成，大部分已在厂内完成制作，然后分节到货。但一般尺寸较大的尾水管扩散段，为方便运输，在工厂制作完毕后会分瓣运到工地，需要在施工现场进行组焊成节后再进行安装。尾水管扩散段的分瓣组焊根据现场条件和进度可选择在工地的车间或安装间进行。

扩散段一般设在尾水隧洞内，主厂房桥机无法将其吊装到位，在安装前需在机坑内架设轨道，以便安装在尾水支洞内的肘管里衬运输。用主厂房桥机将肘管里衬吊至轨道上，然后利用电动葫芦和卷扬机将其拖进尾水隧洞，再进行调整。然后按由下游至上游的顺序分别进行安装，重点要放在控制首节管口的高程、水平和中心。

3 座环与蜗壳的安装

座环与蜗壳安装的重点和难点主要是：保证蜗壳的焊缝质量和座环法兰焊接后的水平，以及安装后的中心、水平和高程。根据目前技术规范GB/T 8564-2003 的要求，座环上法兰面的水平波浪度须控制在约0.30 mm 左右。如平面度控制不好，将会影响导水机构的整体安装精度。施工前，应熟悉焊接方案，对加热、焊缝焊接顺序、变形控制和监控对照厂家作业指导书作好分析。

座环与蜗壳焊接必须采取加热措施和后热措施，以消除焊缝内应力，减少焊接时的裂纹[1]焊接时要严控焊缝打底质量和厚度，后热处理到常温后，复测法兰面水平和座环内径，在没有变形的情况下，需慢慢调整焊接顺序。后续的每层焊接厚度以10~15 mm 为宜，每层焊接完成后，需隔夜冷却复测相关数据，按情况再调整焊接顺序。当天焊接完成后，需严格进行后热处理，这样才能保证焊缝质量。

座环与蜗壳吊入机坑内后，进行调整时除了需要控制好座环的中心、水平和高程外，还需要与引水系统的轴线对齐，相互兼顾[2]。根据蓄能电站的特点，厂家会要求蜗壳与引水系统的轴线偏差小于5 mm，以保证后续机组进水阀（球阀）的安装精度。座环与蜗壳的调整，以楔子板调整为主，这样调整的好处是反弹现象较小，从而保证了座环与蜗壳的安装质量。另外，配合座环与蜗壳的紧固螺栓加以控制，使法兰面水平满足设计要求。

在座环调整安装后，还需要进行蜗壳延伸管安装、蜗壳水压试验、机坑里衬安装、接力器基础安装等，这样不可避免对座环的水平、中心有影响。为此，需要加强监控测量，及时调整水平、中心至要求范围，做好座环的加固工作。座环与蜗壳移交土建后，在混凝土浇筑过程中，监测座环法兰的中心、水平变化和座环与蜗壳的轴线变化情况，以及延伸管法兰倾斜度。过程可与土建协调，先对水平低的一侧浇筑混凝土，从而避免轴线偏移。

4 导水机构安装

导水机构的安装通常在底环、锥管完成预埋安装之后。正式安装前，需要对导水机构进行预装，借以检查导水机构各部件（底环、导叶、顶盖）的配合尺寸，并确定顶盖最终安装位置。

水轮机具备导水机构预装条件后，需要对座环、底环等部件进行清理检查，复测其水平和中心，预装时仅需安装4 个或总活动导叶的一半即可，同时再将顶盖吊入机坑，等顶盖就位后，首先对底环与顶盖的中心进行调整。中心调整采用钢琴线电测法，以下止漏环的中心来测量顶盖与下止漏环的同心度，再根据测量结果，调整顶盖与下止漏的同心度。关于顶盖的调整，个人建议以液压千斤顶进行同心度的调整，配合楔子板，因地制宜操作。同心度的调整是耗时耗力的工作，可能需要进行近百次的重复测量，数十次的调整，方能满足设计要求，因此它是导水机构安装的核心和重点。在同心度调整合格后，需进行对顶盖和底环定位销钉孔的钻铰，如果是埋入式底环结构，应先钻铰底环的定位销钉孔，并在底环二期混凝土浇筑完毕且养护到期后，对导水机构预装的所有数据进行复测，验收合格后再钻铰顶盖的定位销钉孔。在预装完毕后，将顶盖和其他部件拆卸吊出机坑，并对机坑进行清扫为后续导水机构正式安装做好准备。

导水机构的正式安装建立在预装的工序基础上，只需做好每一步清洗工作和成品保护工作，进而保证安装工作的顺利进行。需要注意的是一定要确保各组合面的密封要安装到位无异常。在保证顶盖与底环的同心度和同轴度后，方能保证导叶的垂直度，确保导叶的端面间隙满足规范和设计要求，减少导叶对轴套的摩擦力，从而减少磨损，保证机组的正常运行。

5 转轮和主轴安装

在导水机构预装合格后，再进行转轮的安装，吊装过程要使用厂家专用的吊具进行吊装。转轮安装前，应提前计算好转轮的临时就位高程，在底环（泄水环）表面上设置好临时垫块[3]。转轮在底环上就位前应“推出”转轮与底环下止漏环的间隙值，以便总装时计算实际值。转轮就位后，应在锥管处，使用楔子板对转轮进行固定，保证顶盖吊装时，转轮不发生异动。

水轮机的主轴应在顶盖正式就位后安装，安装前重点复测转轮的中心、水平和高程，合格后再吊装主轴[4]。同时要注意的是在安装过程中，务必要确保法兰面的清洁度。主轴与转轮的螺栓把合是关键，过程中应加强测量，按设计要求严格控制螺栓的拉伸值。

6 主轴密封和水导轴承安装

主轴密封和水导轴承的安装，重点要控制其支承座的安装时机、安装空间、各安装环部位与大轴或相邻部件的间隙、轴承的销钉孔钻铰质量和轴瓦间隙的调整。

主轴密封支撑环应先安装就位，控制好与大轴和机组中心的位置。要加强对活动密封环与支撑环的装配检查，活动密封环与支撑环间隙应符合设计要求，活动密封环能上下自由活动。主轴密封整体安装完成后，需进行主轴密封漏水量监测实验。需在主轴密封内安装监测百分表，然后对尾水管进行充水作业，使活动密封环应均匀上浮，然后观察监测百分表数值以及水膜厚度，相关数据应满足设计要求。

水导轴承支撑座应在主轴密封内部安装完成后再进行安装，其位置要以定位后的大轴为主中心进行调整[5]。水导轴承组装时应控制好各个环面和管路口的安装质量，保证煤油渗透试验合格。轴瓦间隙调整时，应先把大轴抱紧在中心后，再对称调整楔子板和顶块，来保证间隙均匀。

7 接力器系统安装

单导叶接力器安装工艺比较简单，关键是对基础法兰的加工。在具备安装条件后，先对接力器基础板进行检查，接力器基础板固定在接力器里衬上。接力器里衬焊接完成后，要进行二期混凝土的浇筑，浇筑过程中，不可避免会发生变形和中心偏差等情况，因此在安装接力器前要对基础板进行检查处理[6]。安装接力器模型时，要按设计要求调整模型与拐臂的中心、水平及接力器与拐臂控制角度。在调整合格后，需测量接力器安装基础板到接力器底座（模型底座）的距离，并根据测量结果加工每个小接力器的调整垫板。在接力器调整垫板加工完毕并进行验收后，将接力器调整垫板安装到基础板上并进行固定，并测量调整垫板与接力器基座配合面的垂直度，若达不到要求则进行加工调整，直到符合标准。将接力器安装就位后，需调整接力器与拐臂水平与中心，在调整拐臂与接力器水平时，应对接力器全开和全关两个位置都要进行检查，要保证两种状态都要满足要求。接力器安装完毕后，再进行接力器与拐臂的传动联板及传动销钉的安装。至此，整个接力器系统安装完成。

8 结论

随着中国经济的发展及对能源建设的需要。全面提升混流式机组的技术及应用水平，不断推进安装工艺专业技能水平，才能为企业做出更大的贡献。