水轮机安装技术创新与改进分析

水轮机安装技术创新与改进分析

候永成

中国水利水电第十工程局有限公司 622551

摘要：水力发电作为一种低碳、零排放、可再生的新能源，是顺应社会发展潮流的朝阳行业，我国大力提倡和扶持水利发电站的建设，而水轮机组的安装直接影响到机组的使用效率、使用寿命以及可靠性和稳定性。文章对水轮机作了较为详尽的介绍，通过对水轮机安装技术的分析和实践，论述了怎样在安装技术上不断地革新和完善，怎样才能确保水轮机组的安装质量，从而保证在工程中采用先进的、合理的安装方式，使机组能够安全可靠地工作。

关键词：水轮机；安装技术；改进

目前，我国水轮机组（共轴）普遍使用预留孔技术，也称为“二次安装”，预留孔具有共轴调整空间大、施工方便等特点。其不足之处在于施工周期太长，需要在混凝土固化后进行设备安装。待搅拌桩完成后，再进行共轴精度的调节，达到技术要求后试车，这样的安装方法比留孔方法可以大大缩短施工时间，节省安装成本。

一、水轮机的允许吸出高度和汽蚀影响

从节约人工、节约材料和保证安全水位等方面考虑，一般都倾向于将机组设置在较高的位置，但这种做法在技术上并不合理，会造成严重的空蚀，从而降低转轮的使用寿命，对机组的安全运行造成一系列不利的影响。

1.1汽蚀对机组的危害性

汽蚀不仅会引起机组噪声、振动，还会严重影响机组的效率，严重时还会造成过流壁面的损伤，造成机组无法正常运转。所以，在实际操作中应尽可能地避开汽蚀现象，维持适当的尾水位，是预防气蚀发生的重要措施。

1.2最大允许吸出高度（以m计）的计算方法

卧式机组：Hs＝hs-▽/900－D1/2，式中：hs—理论吸出高度，根据不同机型查曲线hs＝f（H）取值，m；▽—水电站海拔高度，m；D1—转轮直径，m。

1.3增强转轮汽蚀保护的创新方法

根据多年来解决转轮汽蚀机振动问题的实践经验，本项目拟在机坑和尾水室之间的机墩上钻出一个直径为16 mm的补气孔，如果原有的机墩没有设置，那么就需要增加，若出现堵塞，用以破坏水轮机尾水室的汽蚀真空度。

二、水轮机组一次安装法施工技术分析

2.1水轮发电机组各轴线放样

在车间进行放样，按制造厂所提供的安装图纸，测定水压管道（纵）中心线和水轮发电机组（横）中心线的位置。

2.2机组安装前期工作准备

按照制造厂所提供的设备安装图纸，先按产品实物核对相关尺寸；在挖好机坑之后，再固定框架子板，做好与压力水管、水轮机相连的钢板弯头，搭好两对三脚架，将葫芦吊在上面，然后将两对三脚架移开，这样，葫芦吊钩的竖直中心就会与水轮机和发电机的重心重合。

2.3吊装水轮机初调轴线

按照生产厂家提供的安装图纸，将进水钢板弯管安装起来，并做好临时固定。然后，将水轮机阀门、直管、锥管、弯管等安装固定好，连接面处要放好止水橡皮板，然后用木工标尺将弯头的表面水平调整好。用吊车（如有需要，可移动三脚架）将水轮机机座吊装起来，在安装之前，要对水轮机的横向中线和纵向中线进行精确的定位，然后把水轮机进水管法兰表面和弯头法兰表面相连接起来。将止水橡胶板放好，旋紧螺栓，准确地调节各个轴向位置的水平度，并将水轮机的轴向中线和水轮机的横轴中线与预先设置的各个轴向线相吻合，利用框架式水平仪、垂线法对各个轴线进行修正。

2.4吊装发电机初调同心度

将发电机吊起，对发电机轴中心与水轮机轴中心的精确位置及高度进行精确定位，以便在机组就位后，将发电机靠背轮与水轮机靠背轮的轴线偏差控制在规定的范围之内，两个靠背轮之间的距离要控制在5毫米以内。利用钢板尺、塞尺对各个轴线的偏差进行粗略调整，把机组的地脚螺钉放在各机座的安装孔中，一定要保证每一个螺栓都在螺孔的中央，螺栓应该比螺母的两个螺距要高，这样，发电机的底座就位安装高度就会比水轮机的底座就位安装高度低2厘米，然后把四对楔形铁放进去。

2.5制好机墩模板精调机组同心度

按照预先安装好的机械墩模，将机墩模一次浇筑完成，当机墩砼浇筑完成后，将两组葫芦卸下，机墩模拆下。通过螺钉和螺钉孔的间隙来调节机组的左、右偏差；采用楔形钢板对机组的前部和后部进行调节，保证机组的中心位置符合工艺要求，然后旋紧地脚螺钉，即可试运转。

三、水轮机安装流程及需要注意的问题

第一，水轮发电机是一种典型的高水头、低流速的水轮机组，其工作水头一般在100-1000米之间。水轮机的安装通常要经过以下工序：图纸会审、设备清点、机壳安装、轴承支架安装、配水环管安装、机坑里衬安装、预装喷管、检查研刮导轴承、吊入附盖、安装连轴盘车、安装水导轴承、安装附件、最后试车。

第二，水轮发电机的安装对精度有很高的要求，每一道工序都有自己的改进之处和要注意的地方，一定要认真校核，反复检查，确保每道工序都安装正确，只有这样，才能确保整台机组的顺利安装和水轮机正常工作，从而保证水轮机的运转效率。在水轮机的安装过程中，为了节省材料、节省劳力，常常想把机器尽可能地装配得尽可能高，但这种做法忽视了一些技术上的不足，很可能会对机组造成不利的影响，最严重的是，会引起机组的噪声和振动，严重的还会使过流表面破损，造成机组的工作效率下降，从而缩短转轮的使用寿命，甚至会造成机组停运。

四、水轮机安装技术的创新与改进

4.1改进安装器具的选择

机组需要的起重设备要选择正确的机型，通常要按照设备的重量选用3吨或更多的起重设备，不宜选用太大的起重机。起吊葫芦和机组多用途的钢索，通常要选用载重5吨或更大的新型钢索，并要在悬挂时使用钢丝绳扎头。此外，为了便于机组安装，还可在机坑上铺上木板。

4.2改进配水管安装技术

配水管管路布置的好坏对安装精度有很大的影响。将配水管焊接在喷嘴法兰表面和配水管的支管法兰之间，并在安装前对其进行加工和调节，确保其安装精度。在整个机组安装过程中，最重要的是要进行管道的安装，所以，要按照厂家给的安装图进行准确的测量、放样，并对进水口和喷针法兰表面的垂直度进行检查，对喷嘴法兰表面的中心点和水轮机机组的中心点等进行定位，并根据标准的工作方法进行安装。

4.3改进喷针安装技术

采用传统的喷针式安装方式，仅能对其进行粗略的测量与调节，很可能造成较大的安装误差，从而影响整个装置的安装质量。而改进后的喷嘴安装要求更高，能有效提升安装技术。

首先，对配水管法兰表面进行清洗和打磨，确保其垂直度在2毫米以内。在安装仿真转盘的过程中，误差控制在0.5毫米以内。先检查一下喷头是否完好，再把喷头调节工具装上，其次，在安装好调节工具以后，要对其进行测试，并按照对其组装的情况，不断调节其厚度，直到满足安装的需要，最终得到的加垫板厚度，就是调节垫片的工艺参数。最后，在做好以上的调节工作之后，再逐一安装喷针，经过不断的组装和调试，提高喷针的安装精度，进而提高水轮机的总体质量。

4.4改进同心度精确值

按照生产厂家的规定，同轴的精度通常要控制在0.05毫米之内，但因为小单元的共轴连接通常采用的是弹性连接方式，而生产企业生产的靠背轮的外圆周、端面等加工面上有明显的加工痕迹，所以其加工精度难以满足厂家的需求。实际工作中，只要将同心度控制在0.1-0.2毫米之内，就可以使水轮发电机组的工作顺利进行，从而确保机组的高效运转。

4.5改进同轴安装质量控制技术

在调整水轮机的轴向水平时，要考虑水轮机轴向水平并使水轮机组的横向中心线和水平中心线互相重合。机身必须人工调节，不可用铁锤敲打，否则会损坏机器。当水轮机与出口的发电机处于共轴状态时，应将铅丝一端固定在钢钎上，另一端则绑在发动机上，并在发动机旁边放置若干根25毫米的六角钢钎，以便更好地调节二者的位置。

4.6改进顶盖预装技术

顶盖预装技术是对顶盖上部的螺钉孔进行加工，是下一步技术实施的先决条件，所以要改善顶盖预装技术，将10个导流叶片以奇数或偶数分隔开，并使用较高的导流叶片将水轮机顶盖吊起，然后安装。

4.7改进盘车技术

传统的盘车安装流程通常为：清洗法兰表面和连接轴螺栓、螺丝孔，水机组大轴起吊，连轴，盘车，调整轴，对轴组中心线。传统意义上来说，盘车的安装都是手工进行。采用人工推压来实现水轮机盘车，不仅费时费力，效率低，还存在一定的安全风险。

现代化的自动盘车技术是由离合、减速、连轴、传动马达及框架等部分组成的。盘车的框架设置于水轮机的框架之上，通过水轮机轴的顶端设置集电环，并将螺纹孔与主轴相连。然后，离合机构又通过传动键把盘车装置的驱动盘与主轴相连，从而使电动机组旋转。两台电动机共同输出转矩，然后由大轮减速并增加转矩，借助大轮的反作用，将电动机的切向力转化为力偶力矩，最后由连轴机构、离合机构传送到电机转子。该系统采用了一种简便的机械原理，不仅节省了人工，提高了工作效率，而且还能确保盘车资料的准确性，所需功率、功率较小，传动更顺畅。另一方面，因为采用了改良的盘车技术，能够在水轮机组联动运行的条件下，根据实际状况，精确、快速地获得大轴各点的资料，并在停转过程中分别读出等测数据，从而更好地提高了可测精度。

五、结语

在实际操作中，施工方要严格按照厂家提供的施工图纸、标准、规范进行施工安装，并在安装调试期间，及时总结、改进、优化技术方案和施工技术，对各种质量指标进行严格的控制，对机组安装进行监管，以保证机组各个部分的摆度和振动都达到设计要求，从而确保机体的稳定性和机组的正常运转，推动水力发电事业的发展。

参考文献：

[1]张均臣.水轮机安装技术创新与改进分析[J].科技创业家,2014,(04):122.

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