冲击式机组采用无模型转轮测量喷嘴与转轮数据及喷嘴调整法兰配割方法

摘要：六喷嘴冲击式水轮发电机组由于厂家未提供模型转轮，故对实际情况中喷嘴射流中心到转轮切圆数据测量成为一大难点。文章介绍了一种在调节法兰配割中具有较好现实性的方法，能达到安装要求的方式。

关键词：无模型转轮；数据测量；双面止口法兰；配割方法

中图分类号：TM312 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）26-0027-02

1 工程概况

烟岗、跑马坪水电站位于四川省凉山州木里县境内的鸭嘴河下游，为梯级开发的第二、三级电站，烟岗、跑马坪电站各装机两台60MW、额定水头600m、额定转速600r/min的水斗式立轴水轮发电机组，本电站具有额定水头高、六喷嘴、转轮水斗数量多等特点。

转轮外径为Φ2124.3mm，转轮切圆为Φ1650mm，喷嘴折向器与转轮处径最小距离为22.32mm，厂供测杆长度为1086mm，调节法兰厚度为35mm、直径880mm，测杆离配水环管距离2481mm，规程规范要求喷嘴射流中心与转轮分水刃切圆距离与高程偏差值均为±2mm，如图1：

图1

在以往其他冲击式机组中，测量喷嘴与转轮间距离均采用专用测杆与模型转轮配套方式进行测量，但在该电站中厂家仅提供专用测杆而无模型转轮，故给数据测量带来了很大难度（主要体现在测量方法的正确性与数据的精确度方面），但同时也给其测量带来了新的方法，该方法更简单、操作更灵活、更实用、更具有技术经济价值；同时由于厂供调节法兰采用双面止口，如何测量调节法兰的实际偏差，如何计算配割中心线及最大配割量、如何配割双面止口又是一大难点。

2 无模型转轮喷嘴测量数据测量

2.1 中心轴线及高程确定

冲击式机组机壳相当于混流式机组的座环，是整个机组的安装基准，故机壳中心即转轮中心，机壳精加工面高程与转轮切圆中心高差相对值不变，故用0.2mm钢琴线模拟转轮中心，并通过机壳精加工部位用水准仪测出转轮的切圆中心高程，该高程即为转轮安装中心高程，并将该高程分别反测至钢琴线及转轮室里衬上，并做好标记，以便后续使用，该高程为所有喷嘴安装后的理想高程，也是喷嘴安装控制的基准高程。

2.2 喷嘴及测杆连接

全面清理配水环管法兰面、螺孔、喷嘴及调节法兰的组合面、螺孔及止口，然后对称地穿入螺栓，并用白布将法兰组合面上部遮盖，以免在施工过程中其他杂物进入组合面，从而使法兰组合面不能充分接触，影响其测量精度，以致造成后序调节法兰配割数据有误，然后对称打紧组合螺栓，组合螺栓的打紧力矩要求基本一致，拆出喷嘴折向器，将测杆安装在喷嘴折向器法兰处，并对称打紧组合螺栓，打紧力矩值相差不大，以备测量所用。

考虑六个喷嘴安装具有对称性，故在测量的过程中应尽量对称测量，如14、25、36两组法兰对称测量（因为两组喷嘴的安装位置是相互平行的），这样可减少基准线的设置次数，从而提高测量数据的精度及缩短测量时间。

2.3 数据测量

2.3.1 高程值测量：用水准仪测量已安装测杆端处中心高程，然后与转轮安装基准高程比较，两者之间的差值即为喷嘴射流中心到转轮分水刃切圆的高程偏差，此时应注意偏差值的正负。

2.3.2 左右偏差值测量：首先在测杆处找出喷嘴与测杆的总长值2481mm，做上标记（此处2481mm数值，需参考配水环管浇筑完成后实测与转轮切线中心的数据，如测得数值大于2481mm，则在测杆处作相应的减少量，如测得数值小于2481mm，则在测杆处作相应的增加量），然后通过轴线中心高程及测杆2481mm处的相对标记，用卷尺实测两者之间的距离，如大于转轮切圆半径825mm，则说明喷嘴射流中心向外偏移转轮切圆，需通过调节法兰调整喷嘴射流中心，使之向转轮切圆偏移，如实测为829mm，则需通过调节法兰使测杆2481mm处向转轮切圆内偏移4mm，如小于转轮切圆半径825mm，则说明喷嘴射流中心向内偏移转轮切圆，需通过调节法兰调整喷嘴射流中心，使之向转轮切圆反方向偏移，如实测为823mm，则需通过调节法兰使测杆2481mm处向转轮切圆外偏移2mm，同时需注意数据正负之分，按此方式依次测出六个喷嘴的尺寸偏差，其中XY数据为测杆实测数据， X'Y'数据为测杆实测数据折算到调节法兰处的数据，其数据如表1：

表1 跑马坪2#机喷嘴实测数据

X Y X' Y'

1#喷嘴偏差 -9 -2 -3.19 -0.71

2#喷嘴偏差 -11 0 -3.9 0

3#喷嘴偏差 3.7 -6.0 1.31 -2.13

4#喷嘴偏差 11 -6.0 3.9 -2.13

5#喷嘴偏差 13.7 -2 4.86 -0.71

6#喷嘴偏差 -7 0 -2.48 0

备注：正向法兰而（正对喷嘴），上为+Y，右为+X；X、Y方向大于基准值均为正值。

2.4 调节法兰配割中心线角度及配割量计算

以下就2#机4#喷嘴偏差值为例进行配割中心线角度及配割量计算，由于以上数据是实测测杆与转轮切线的数据，故将该数据折算至调节法兰处值为：

X'：11×880÷2481=3.90mm

Y'： -6×880÷2481=-2.13mm

2.4.1 角度计算：作一辅助圆，圆的直径为调节法兰直径（即Φ=880 mm），为使喷嘴射流中心与转轮切圆数据符合规范，配割中心线必处于2、4象限，且配割最大值处于第2象限，故分别在-X轴上取3.9mm，在Y轴上取2.13mm，为直观起见，分别将其数值扩大100倍，即-X轴上取390mm，在Y轴上取213mm，分别在该两点做垂直于轴的垂线，两垂线相交于A点，经A点及中心圆点作直线，交圆周于B、C两点，如图2：

图2

故∠α=atan（x/y）=1.07091弧度≈61.39度

根据现场实际情况，为更好更方便地作出配割中心线，需将弧长值求出，然后用卷尺可直接量出最高点位置，且通过中心点直线即为配割中心线，此处不具体

阐述。

2.4.2 最大值计算：由图2可知，配割最大值为B点，且C点为最小配割值，配割量为0mm，故最大配割量B点的值为：

hB=√（x2+y2） ≈4.44 mm

2.4.3 调节法兰止口配割：由于调节法兰经上述配割后，调节法兰安装方位角度发生变化，故原调节法兰止口不能与喷嘴或配水环管法兰止口相吻合，因此配割面止口也应进行相应配割，根据现场实际情况，在止口侧面与配割法兰面垂直 （止口宽度不变）的情况能满足安装要求，故将止口内侧面配割至与法兰面垂直，此时两法兰面止口相吻合。

3 结语

该测量方法实用于冲击式机组无模型转轮的数据测量，摒弃了以往必须采用模型转轮与测杆相配合的测量方式，是一种更简便、更适用的测量方法，可予以推广。

该测量方法由于仅采用专用测杆进行测量，故避免了模型转轮的加工制作，节约制作成本，同时节约了精加工件的管护成本。

以往调节法兰的配割都采用经验值进行配割，具有反复测试且工作量较大、运输成本高、工期时间长、所需费用高等特点，本文根据现场实际情况及施工经验所提出的调节法兰中心线及最高值的测量方法及简便计算，改变了以往一成不变的安装理念，避免了喷嘴配割后的往复安装、拆卸，使得安装喷嘴工作一步到位，节约时间。

以往电站中调节法兰均采用带盘根槽的平板法兰，在法兰配割时可以不考虑盘根槽的情况，但如果存在有止口的问题时，则必须在法兰配割完成后对止口进行配割处理，使止口侧面必须与法兰配割面相互垂直。

烟岗与跑马坪两个电站共计四台水轮机，共计24个调节法兰，其所有调节法兰均按此方法进行测量、计算、配割，配割后的所有调节法兰与喷嘴安装后测量数据一次性达到设备控制精度要求，一次合格率达到100%。

作者简介：唐进文（1982—），男，中国水利水电第十工程局有限公司机电安装分局烟岗、跑马坪电站机电设备安装工程项目总工，助理工程师。