混流式水轮发电机组重要部件安装高程控制方法及措施研究

刘攀 贾利涛 陶吉全 罗前林 谢伟成

摘要：以850 MW巨型水轮发电机组为例，概述了混流式水轮发电机组整体结构及其装机流程。介绍了下机架预装高程及转子磁极中心线安装高程的控制公式，以及尺寸链和高程差的高程控制方法。同时，重点分析了机组安装过程中在机坑测定、下机架高程和转子磁极中心线高程确定时出现误差的原因及其管控措施。应用结果表明，控制方法及措施取得了较好的效果。研究成果对类似千万兆瓦级水轮发电机组的安装高程控制具有一定的借鉴意义。

关键词：混流式水轮发电机组;安装高程;尺寸鏈;高程差

1 概 述

水轮发电机组的安装质量控制有着极其重要的作用，在检验校核设备设计、制造质量的同时，又可通过现场跟踪装机质量有效指导机组后续的安全稳定运行。

在设计阶段，要保证当机组处于额定工况运行时，转轮上冠与顶盖形成的上止漏环下端平行，否则会影响转轮的水力效率;其次，机组的定、转子中心线高程应重合，若定子中心线高程与转子中心线高程偏差较大，则会加重下机架或定子机座的轴向载荷[1]。在机组安装过程中，下机架高程的确定主要综合考虑整个机组的转动部件与固定部件的高程差分配;同时，转子磁极中心线的高程可以有效弥补下机架实际安装过程中的高程误差[2]。

本文主要介绍机组的安装流程、下机架和转子磁极中心线高程的确定方法，以及在安装过程中的高程控制措施和相关误差的原因分析。

2 高程确定方法

水轮发电机组的整体安装流程如图1所示。地下厂房装有装机850 MW的水轮机组，左右岸各安装6台。水轮机型式为立轴金属蜗壳混流式水轮机，水轮机设计安装高程为803.00 m;发电机为立轴半伞式结构，冷却方式为空气冷却，下机架设计安装高程为815.245 m，定、转子中心线设计安装高程为818.265 m。机组结构如图2所示。

下机架高程主要根据水轮机安装高程以及下机架推导轴承安装法兰面至导水机构中心线距离来确定，其中要考虑轴的实测长度、下机架挠度等因素[3]。在下机架进行预装前，现场测量或采用厂家提供的水轮机轴、发电机轴长度以及推力头镜板实际厚度等相关数据。下机架实际高程计算公式为

式中：δ为转轮自身挠度值;β为下机架承受机组转动部件重量和最大轴向水推力的挠度值。为了确保下机架实际安装高程的准确性，在预装过程中测量下机架推导轴承安装法兰面与定子中心线的高程差，与设计高程差进行对比，分析差值产生的原因。

转子磁极中心线高程的确定原则是机组在静止状态下定、转子中心线重合，在实际安装过程中主要控制转子中心体下法兰面与转子磁极中心线的距离。转子磁极中心线与下法兰面距离计算公式为

在转子吊装前，应将定子中心线高程、转子磁极中心线高程分别返点，待转子吊入机坑后核实定、转子中心线高程差值。若存在较小偏差，可以微调推导轴承的抗重螺栓或弹簧垫片。

3高程误差控制措施

3.1 机坑测定

机坑测定中各高程样点是后续重要部件安装的基准点。大致操作流程为：首先确定固定导叶的中点，将该中心线作为水轮机导水机构安装中心线，其对应的高程是水轮机设计安装高程;然后分别向基础环、座环上法兰面、风洞等处返高程样点，每处样点各2个，互为备用。在返点的过程中需要注意卷尺本身存在的误差，在尺寸链的计算中须考虑此误差值。

3.2 下机架高程

下机架的高程关系到整个转动部件与固定部件的配合。水轮发电机组安装过程中对下机架实际安装高程偏差值与理论高程计算值控制在±0.5 mm范围内。

（1）下机架预装中，高程是以正式安装的底环高程为基准，前期导水机构开档尺寸、座环加工的精度等务必精确。在开档尺寸的确定中需要考虑环境温度的影响，活动导叶的长度应以现场实测值为判断依据。

（2）预装过程中应考虑使用的测量工具（如卷尺等）本身存在的误差。经检验部门校核，存在误差的卷尺对高程的确定有1 mm左右的影响，不可忽略。 另外，应与厂家沟通确定是否考虑水轮发电机轴在运行工况下的伸长值。

（3）在下机架预装过程中，应测量下机架与定子中心线的高程差，将其与设计高程差进行比较。其中差值分为两部分：下机架预装高程与设计高程的差值;定子中心线高程与设计高程的差值。因此在进行定子线棒下线过程中，要加强对定子中心线高程的复核。

3.3 转子磁极中心线高程

在850 MW水轮发电机组安装标准中转子磁极中心线与定子铁心中心高差控制在-3～0 mm范围内。转子磁极中心线高程的确定需要注意两个变量：下机架只承受机组转动部件重量时的挠度值[τ]和转子本身的挠度值[Δ]。首台机组的高程确定只能根据厂家提供的计算报告和以往安装经验。在首台机组安装中，架设百分表监测相关变形量，便于后续机组的高程确定。

待转子正式吊装、连接主轴和转轮后，应及时测量转轮上、下止漏环高差以及定转子中心线的高差。若出现一定的偏差，可以通过调整下机架推导轴承的抗重螺栓或弹簧垫片来纠正偏差。

4 结 语

现场水轮发电机组安装过程中，使用尺寸链、高程差的方法控制下机架、转子磁极中心线，取得了较好效果。在控制过程中对机组高程产生的误差进行了简要分析并提出了相应的控制措施。本文探讨的方法对后续巨型水轮发电机组的高程控制具有借鉴意义。

参考文献：

[1] 熊中博. 亭子口电站机组固定部件与转动部件安装高程的确定[J]. 水力发电， 2014，40（9）：58-59.

[2] 吴建洪， 吕桂英. 立式水轮发电机组部件安装高程控制技术[J]. 安装， 2015（10）：25-26.

[3] 田大学， 陈长友. 水轮发电机组安装监理质量控制实践[J]. 人民长江，2012，43（6）：85-87.

（编辑：李晓濛）