1、轴流转叶式水轮机安装工艺综述 姓名：陈菲 学号：1015030165 西昌学院工程技术学院 2010 级 水利水电一班摘要：我国具有丰富的水能资源,据 1980 年全国水电资源普查结果 ,我国水电资源理论蕴藏量为 6.8 亿 kW,年发电量 5.9 万亿 kWh,技术可开发容量 3.78 亿 kW。20002004 年,中国水电工程顾问集团公司组织了全国水力资源复查,水电资源理论蕴藏量为 6.94 亿 kW,年发电量6.08 万亿 kWh,其中技术可开发容量为 5.42 亿 kW,年发电量 2.47 万亿 kWh;经济可开发容量为 4.02 亿 kW,年发电量 1.75 万亿 kWh1。水电作
2、为可再生能源在世界能源中占有越来越重要的位置,虽然近年来我国水电开发进程明显加快, 但总体来看,我国水能资源利用率还比较低, 开发利用潜力很大, 继续加强水电建设、合理开发利用水能资源是保障我国能源供应的重要措施 早在公元前 100 年前后，中国就出现了水轮机的雏形水轮，用于提灌和驱动粮食加工器械。水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的水力机械，它属于流体机械中的透平机械。按其转变水流能量的方式来分有反击式和冲击式两种。近来由于电力系统调峰需要，可逆式水泵水轮机也越来越多。在反击式水轮机中，根据水流通过转轮方式不同，可分为混流式、轴流式、斜流式和贯流式。在混流式水轮机中，水流径向进入导水机构，
3、轴向流出转轮；在轴流式水轮机中，水流径向进入导叶，轴向进入和流出转轮；在斜流式水轮机中，水流径向进入导叶而以倾斜于主轴某一角度的方向流进转轮，或以倾斜于主轴的方向流进导叶和转轮；在贯流式水轮机中，水流沿轴向流进导叶和转轮。轴流式水轮机按其结构还可分为定桨式和转桨式。定桨式的转轮叶片是固定的；转桨式的转轮叶片可以在运行中绕叶片轴转动，以适应水头和负荷的变化。各种类型的反击式水轮机都设有进水装置，大、中型立轴反击式水轮机的进水装置一般由蜗壳、固定导叶和活动导叶组成。蜗壳的作用是把水流均匀分布到转轮周围。当水头在40 米以下时，水轮机的蜗壳常用钢筋混凝土在现场浇注而成；水头高于 40 米时，则常采用
4、拼焊或整铸的金属蜗壳。转叶式水轮机的安装特点：由于转叶式水轮机埋设部件的安装工作量大，调整较复杂，为便于埋设部件定位调整和校核，减少中心测定的误差，可设置中心定位塔。将其固定在预先埋设在基础里的工字钢上，塔身由角钢和工字钢焊接而成，其高度可分段，根据埋设件的总高度而定。按土建单位提供的基准点标定中心定位塔的中心和高程。关键词：轴流转叶式 水轮机安装 发展 问题前言：:根据我国水力资源特点,分析总结了我国大型混流式水轮机技术的应用需求和应用现状,以及大型混流式水轮机技术的发展趋势, 并分析提出了当今国内外混流式水轮机的技术发展水平。轴流式水轮机模型的最优效率已从 20 世纪 80 年代的 92%
5、93%到 90 年代的93%94%,提高到现阶段 94%95%的水平, 部分水头段已超过 95%,空化性能和水力稳定性较过去有了相当大的改善。 轴流式水轮机适用于较低水头的电站。在相同水头下，其比转数较混流式水轮机为高。轴流定桨式水轮机的叶片固定在转轮体上，叶片安放角不能在运行中改变，效率曲线较陡，适用于负荷变化小或可以用调整机组运行台数来适应负荷变化的电站。轴流转桨式水轮机是奥地利工程师卡普兰在 1920 年发明的，故又称卡普兰水轮机。其转轮叶片一般由装在转轮体内的油压接力器操作，可按水头和负荷变化作相应转动，以保持活动导叶转角和叶片转角间的最优配合，从而提高平均效率，这类水轮机的最高效率有
6、的已超过 94。Axial flow vane type turbine installation processThe engineering and Technology College of Xichang College 2010 water conservancy and hydropower classAbstract: Turbine is the water energy is converted into rotational mechanical energy power machine, belonging to the fluid machinery in turbom
7、achinery.In 100 BC, China appeared the turbine prototype - Hydraulic, for irrigation and driving food processing equipment. Most modern turbine installation in hydropower station, used to drive an electric power generator. In the hydropower station, the upper reaches of the reservoir water in water
8、pipe to the hydraulic turbine runner of turbine rotate, push, drive the generator. After power water through the tail water pipe to the lower reaches of. Head more and more high, larger flow, hydraulic turbine output power can be.Reaction turbine can be divided into the mixed flow, axial flow, obliq
9、ue flow and cross flow type. In Francis turbine, flow radially into the water guide mechanism, axial flow runner; in an axial flow turbine, flow radially into the guide vane, axially into and out of the runner; the inclined flow turbine, flow radially into the guide vane and is inclined to a certain
10、 angle direction of the spindle into the runner, or to tilt to the spindle direction inlet guide vane and the runner; in the tubular turbine, axial flow of water along the guide vane and the runner.Various types of reaction turbine machine is provided with a water inlet device, big, medium-sized ver
11、tical shaft impact type hydraulic turbine inlet device generally consists of spiral case, stay vane and guide vane. Volute is the role of the flow evenly to wheel around. When the water head in the 40 meters, water turbine volute of common reinforced concrete on site pouring into; head above 40 mete
12、rs, often using tailor welded or cast metal spiral case.Axial flow turbine according to its structure and also can be divided into fixed paddle-type and kaplan. Fixed paddle type turbine blade is fixed; of Kaplan runner blades can be in operation around the blade shaft to rotate, so as to adapt to t
13、he variation of head and load.Kaplan turbine is Austria Engineer Kaplan invented in 1920, it is also called the Kaplan turbine. The runner blade mounted in the wheel body by hydraulic servomotor operation, according to the head and load changes make corresponding rotation, to keep the guide vane ang
14、le and blade angle between the optimum mixture, thereby increasing the average efficiency of this type of turbine, the highest efficiency and some have more than 94%.Axial flow turbine is suitable for low water head hydropower station. Under the same head, the specific speed Francis turbine is highe
15、r than. Propeller turbine blades are fixed on the wheel body, blade angle in operation can not change, the efficiency curve is steep, the applied load variations are small or can be used to adjust unit operation several load power station.In 80, the world s largest size Kaplan turbine is China Orien
16、tal electric machinery installed in the middle reaches of the Yangtze River, China Gezhouba Dam power station, the single power of 170 MW, head of 18.6 meters, a rotation speed of 54.6 rpm, wheel diameter is 11.3 meters, on 1981 put into operation. The head on the world highest propeller turbines in
17、stalled in Italy power station the mbia, its head is 88.4 meters, the single power of 13.5 MW, the rotational speed of 375 rpm, put into operation in 1959Key words：Axial flow impeller Installation of hydraulic turbine Development Problem1. 轴流转叶式水轮机介绍轴流式水轮机与混流式水轮一样属于反击式水轮机，由于水流进入转轮和离开转轮均是轴向的，故称为轴流式水轮
18、机。轴流式水轮机又分为轴流定桨式和轴流转桨式两种。轴流式水轮机用于开发较低水头，较大流量的水利资源。它的比转速大于混流式水轮机，属于高比转速水轮机。在低水头条件下，轴流式水轮机与混流式水轮机相比较具有较明显的优点，当它们使用水头和出力相同时，轴流式水轮机由于过流能力大（图 2-15） ，可以采用较小的转轮直径和较高的转速，从而缩小了机组尺寸，降低了投资。当两者具有相同的直径并使用在同一水头时，轴流式水轮机能发出更多的效率。特别是轴流转桨式水轮机，由于转轮叶片和导叶随着工况的变化形成最优的协联关系，提高了水轮机的平均效率，扩大了运行范围，获得了稳定的运行特性，更是值得广泛使用的一种机型。图 2-
19、15 轴流式水轮机11 1 转轮接力器活塞；2转轮体；3转臂；4叶片；5叶片枢轴；6转轮室图 2-16 所示是轴流转桨式水轮机的结构图。它的工作过程和混流式水轮机基本相同。水流经压力水管、蜗壳、座环、导叶、转轮、尾水管到下游。与混流式水轮机所不同的是负荷变化时，它不但调节导叶转动，同时还调节转轮叶片，使其与导叶转动保持某种协联关系，以保持水轮机在高效区运行。轴流式水轮机转轮位于转轮室内，轴流式水轮机转轮主要由转轮体、叶片、泄水锥等部件组成。轴流转桨式水轮机转轮还有一套叶片操作机构和密封装置。转轮体上部与主轴连接，下部连接泄水锥，在转轮体的四周放置悬臂式叶片。在转桨式水轮机的转轮体内部装有叶片转
20、动机构，在叶片与转轮体之间安装着转轮密封装置，用来止油和止水。轴流式水轮机广泛应用于平原河流上的低水头电站，应用水头范围为 355m，目前最大应用水头不超过 70m。限制轴流式水轮机最大应用水头的原因是空化和强度两方面的条件。由于轴流式水轮机的过流能力大。单位流量 1Q和单位转速 1n都比较大，转轮中水流的相对流速比相同直径的混流式转轮中的高，所以它具有较大的空化系数 。在相同水头下，轴流式水轮机转轮由于叶片数少，叶片单位面积上所承受的压差较混流式的大，叶片正背面的平均压差较混流式的大，所以它的空化性能较混流式的差。因此，在同样水头条件下，轴流式水轮机比混流式水轮机具有更小的吸出高度和更深的开
21、挖量。随着应用水头的增加，将会使电站的投资大量增加，从而限制了轴流式水轮机的最大应用水头。另一方面是由于轴流式水轮机叶片数较少，叶片呈悬臂形式，所以强度条件较差。当使用水头增高时，为了保证足够的强度，就必须增加叶片数和叶片的厚度，为了能够方便地布置下叶片和转动机构，转轮的轮毂比 1Ddh，亦要随之增大，这些措施将减少转轮流道的过流断面面积，使得单位流量 1Q下降。当达到某一水头时，轴流式水轮机的单位流量甚至比混流式水轮机的还要小。这种情况也限制了混流式水轮机应用水头的提高。但随着科学技术的发展，相信轴流式水轮机的应用水头会进一步提高。轴 流 式 水 轮 机 转 轮 主 要 包 含 转 轮 轮
22、叶 、 转 轮 轮 毂 、 泄 水 锥 三 部 分 组 成 。1.1 转 轮 轮 叶轴流式水轮机的比转速 1045Sn，随着比转数的增高，转速流道的几何形状相应发生变化。为了适应水轮机过流量的增大，同时既要保证水轮机具有良好的能量转换能力和空化性能，又要保持叶片表面的平滑不产生扭曲，轴流式转轮取消了混流式转轮的上冠和下环，叶片数目相应减少，一般为 38 片，叶片轴线位置变为水平，使得转轮流道的过流断面面积增大，提高了轴流式水轮机的单位流量和单位转速。轴流式转轮叶片由叶片本体和枢轴两部分组成。对于尺寸较小的水轮机，一般采用整体轴，因为这样可以减少零件数目，铸造、加工、安装的困难也不大。但当水轮机
23、尺寸大时，采用分开成叶片本体和枢轴两部分就比较有利。这是因为(1)分成叶片本体和枢轴两部分，每一部分的重量和尺寸都减少了，对于铸造，加工和安装都带来方便。(2)因为叶片易受空蚀损坏，分开的结构可单独地拆卸某个叶片进行检修。(3)分开的结构有可能对两个部件采用不同的材料，例如叶片本体采用不锈钢，而枢轴采用优质铸钢。但是分开结构对转轮的强度是有所削弱的，因为为了布置叶片，枢轴和转臂的连接螺钉，分件式叶片法兰和枢轴法兰的外径都要比整体时大（见图 2-18） ，这一缺点对于高水头的转轮可能就是致命的，因为水头高，叶片数目就多，转轮上相邻叶片轴孔之间的宽度本来就很小，如果采用分开式结构，转轮体就无法满足
24、要求。图 2-18 叶片枢轴结构)(a叶片与枢轴整体； )(b叶片与枢轴用螺栓连接1叶片；2枢轴轴流式转轮的叶片一方面承受其正背面水压差所形成的弯曲力矩，另一方面承受水流作用的扭转力矩，同时还要承受离心力作用。受力最大位置在叶片根部，叶片的断面是外缘薄，逐渐增厚，根部断面最厚。叶片根部有一法兰，这是为了叶片与转轮体的配合。叶片本体末端是枢轴，枢轴上套有转臂。这样，把枢轴插在转轮体内，通过转臂，连上叶片操作机构就可以转动叶片了。叶片的材质要求与混流式相同，目前多采用 ZG30 或 ZG20MnSi 铸钢，并根据电站运行条件，在叶片正面铺焊耐磨材料，背面铺焊抗空蚀材料。许多电站运行实践表明，铺焊不
25、如堆焊效果好。有的机组采用不锈钢整铸叶片效果更理想。1.2 转轮体轴流式水轮机的转轮体上装有全部叶片和操作机构，在安放叶片处转轮体的外形有圆柱形和球形两种。大中型转桨式水轮机的转轮体多数采用球形，它能使转轮体与叶片内缘之间的间隙在各种转角下都保持不大于 25mm，达到减少漏水损失的目标。另外环形转轮体增大了放置叶片处的轮毂直径，有利于操作机构的布置。但是相同的轮毂直径下，球形转轮体减小了叶片区转轮的过水面积，水流的流速增加，使球形转轮体的空蚀性能比圆柱形差。圆柱形转轮体其形状简单，同时水力条件和空蚀性能均比球形转轮体好。但转轮体与叶片内缘之间的间隙是根据叶片在最大转角时的位置来确定的，而当转角
26、减小时，转轮体与叶片之间的间隙显著增大，叶片在中间位置时，一般间隙达几十毫米，增加了通过间隙的漏水量，效率下降，所以圆柱形转轮体的效率低于球形转轮体。转轮体的具体结构要根据接力器布置与操作机构的形式而定。小型水轮机转轮，定桨式水轮机转轮一般都采用圆柱形转轮体。转轮体一般用 ZG30 或 ZG20MnSi 整体铸造，为了支承叶片，转轮体开有与叶片数相等的孔，并在孔中安置叶片轴。随着工艺、材料和结构的改进，转轮体球面直径与转轮直径之比，即轮毂比 1/DdB逐步减少。转轮体和叶片的安放角位置，可以按叶片法兰面上 0标记线对照。当 0线标记与转轮体轴孔的水平线重合时，叶片安放角 0，与轴孔外圆的弦长
27、1S相对应处为 max，与 2S相对应处为 max，见图 2-17 所示，其中： 2sinmax2a1DS(2-5)图 2-16 ZZ-LH-1130 水轮机1转轮室；2底环；3固定导叶；4活动导叶；5顶盖；6支持盖；7连杆；8控制环；9轴承支架；10接力器；11安全销；12真空破坏阀；13扶梯；14排水泵；15水轮机导轴承；16冷却器；17轴承密封；18转轮体；19桨叶；20桨叶连杆；21接力器活塞；22泄水锥；23主轴；24、25操作油管图 2-17 叶片安放角位置2. 水轮机安装工艺最新发展情况三峡水电站总装机容量 18200)1 讽，是世界上装机容量最大的水电站，拥有 26 台700
28、胃水轮发电机 组（其中三峡左岸电站 14 台，右岸电站 12 台 ，年均发电量 847 亿&矶。左岸电站 14 台机组由世界著 名制造厂商组成的两大跨国集团分别承担，其中法国八1310111 和瑞士仙 8 公司联合制造 8 台机组，由中 国葛洲坝集团公司承担安装调试任务，是目前世界上单机容量最大的水轮发电机组，其转轮直径、定子 直径、推力轴承负荷及机组总重量皆为世界之最。机组主要部件均采用斜元件支撑结构，在国内是首次 采用。机组设计结构复杂，安装调试工程量大、技术难度高，代表着目前国际上大型水轮发电机组制造、 安装的最高水平。中国葛洲坝集团公司中标安装任务后，采用理论研究与实际应用相结合的方法
29、，对70011 双大型水轮 发电机组安装调试技术进行了系统深人的研究，创造性的研究并成功应用了大容量水轮发电机组轴线调 整新理论，掌握了 70011 讽大容量水轮发电机组安装的关键工艺技术，通过大型水轮发电机组安装控制技 术的研究，提出了施工管理的理论及其技术实现方法，攻克了八 131001 水轮发电机组安装调试中的一系列 重大技术难题，实现了大容量水轮发电机组安装及试运行关键技术的重大突破.水&发电机组总装调整是水轮发电机组安装的重要环节，它将直接影响到机组运行的稳定性和使用 寿命，特别是大型水轮发电机组，由于受到尺寸限制，现场调整显得尤为重要。传统的水轮发电机组总 装调整计算方法因无法克服
30、测量断面表面质量对数据测量结果的影响，从而无法准确确定测量断面真实 的技术状态。如三峡 Alstom 机组，水导中心线距镜板摩擦面高差约 8m，水导轴领直径 4m，国际 GB 8564-2003水轮发电机组安装技术规范中规定水导绝对摆度最大允许 0.35mm，Alstom 标准为水 导绝对摆度最大需控制在 0.10mm，仅相当于国标的 30%。若采用传统盘车技术进行机组轴线测量及调 整，由于轴领直径超大，表面上极小的圆周跳动都有可能影响盘车测量结果，将很难满足三峡机组安装 质量要求，必须创新研究机组轴线调整技术新理论、新工艺。 建立数学模型，推导出机组轴线摆度计算公式传统摆度计算方法为简单的对
31、称点加减法，因加工和测量误差，利用实测数据计算出来的摆度值和 摆度方位仅为近似值，当摆度标准要求高时，往往要作多次调整，费工费时。且不能反映测量断面真实 的摆度偏离状态，影响机组安装质量。基于数学最小二乘法原理，推导出机组轴线摆度计算公式，使摆 度计算更精确，摆度调整更快捷。对于机组部件的摆度测量面，当不计表面加工误差和测量误差时，其断面各点的摆度测量值应符合 正弦曲线，其表达式为 Yi=f( i)=esin（i+）+c，其中 i 为该点相对盘车起 始点的夹角，e 为该断面几何中心与旋转中心的偏心值， 为摆度方位角。C 为常量。然而，因设备加工 和数据测量时存在误差，测量值将不同程度地偏离正弦
32、曲线，由于无法定量地得知各点实际误差，传统计算方法仅能估算摆度值和摆度方位。运用数学最小二乘法原理，通过正弦曲线拟合计算方法，推导出 了已知工程数据乂所存在的偏差值和偏差方位。由于提高了测量和计算精度，因此摆度调整相对于传统盘车工艺更精确、更快捷。三峡左岸电站 Alstom 机组安装时，直径达 4m 的水导轴颈，其绝对摆度曾调整到 0.02mm，仅相当于一根头发丝的 1/3， 若用传统盘车工艺是不可能达到的。2.2 将机组轴线摆度计算公式推广应用到圓度、水平度测量在机组组成部件中存在许多圆形部件，如水轮机座环、底环、大轴及法兰面，发电机的镜板、转子、 定子等。这些部件的闽度、水平、摆度等数据的
33、展开曲线皆成正弦分布，当移动点从起点出发沿某一旋 转圆移动一周时，其运动轨迹的展开曲线为一条标准的正弦曲线，其圆形部件的圆度、水平、摆度展开 曲线也呈正弦曲线分布。因此，可以通过与轴线摆戽计算相同的正弦拟合方法提高测量及调整精度，从 而达到更高的质量要求。首创旋转中心、旋转中心垂直度理论，完善了机组总装调整理论2.3 按照旋转中心调整转动部件与固定部件同心，解决了因转动部件摆度及固定部件不圆造成的动 态间隙不均匀问题，极大地提高了机组运行的稳定性。传统机组安装技术中，并没有旋转中心概念，对 机组转动部分与固定部分的间隙一般按静赛实测值不超过实际平均间隙的百分比来控制，国标 GB 8564 20
34、03水轮发电机组安装技术规范中规定，对应三峡 700MW，定转子空气间隙不超过 8%，转轮 间隙不超过 20%。因转动部件存在摆度，固定部分存在着圆度偏差，转动部件与固定部件的间隙在静态 下调整均匀后，在机组旋转过程将不可避免地发生变化。三峡 10 号机组因转轮止漏环加工偏差，转轮摆 度达0.9mm，因此若按传统技术调整转轮与固定止漏环同心，但在转轮转动时，转轮间隙将产生 0.9mm 以上的变化量，将影响机组运行稳定性。在实际机组安装过程中应用旋转中心理论，按照旋转中心调整 转轮中心，保证了间隙的均匀性。以考核机组旋转中心垂直度偏差替代镜板水平度。三峡机组整个转动部分重达2500t，为了避免
35、下机架挠度不均匀导致镜板不水平，转子吊装后必须测量镜板水平，但受结构限制，无法直接测量镜板 水平，在安装中创新采用测量旋转中心垂直度校核镜板水平方法，解决了无法直接测量镜板水平问题。 机组旋转中心垂直度是指机组转动部分在转动过程中，各转动部分旋转中心线的垂直度。对于刚性推力 轴承支撑结构，机组旋转中心垂直度反映镜板安装水平度。因为从理论上讲，无论机组旋转中心线是否 处于铅垂状态，它必然是垂直于镜板的一条直线。机组旋转中心垂直度的获得，可通过测量和计箅大轴 任意两个断面在 0。和 180。两个方位下的偏心值来得到。在大轴内挂钢琴线，在轴内上、下断面用内径千分 尺测量内孔至钢琴线的距离，每个断面按
36、 X、 丫方位测量 4 个值，根据测量数据计箅轴线旋转中心垂直度。3 机组安装工位及安装工艺优化研究三峡左岸电站机电设备安装技术复杂、工程量巨大、施工强度高。针对以上特点，项目组通过运用 先进的？3 项目管理软件，对机组安装的 400 多个大小工序进行了细致深入的分析研究，并根据研究成 果，制作了专用工装，开辟了新组装工位，并采取了一系列机组安装工艺优化流程，在安装质量不断提高 的情况下实现了机组提前投产发电目标。通过对机组施工工艺的研究，对原 Alstom 机组安装工艺进行了 优化，创造性地实施了 “底环一次安装法”、“顶盖三次吊装法”、“水发大轴机坑外联轴铰孔法”及“下 机架二次安装法”等
37、工艺优化技术，显著缩短了机组安装工期，为年投产 6 台 700MW 双大型水轮发电机组 世界纪录打下了坚实的基础。底环一次安装法Alstom 机组底环原安装工艺采用预装和安装两道工序，为有效地缩短安装工期，具有创造性地采用 了底环一次性安装方法，利用高精度 GPS 定位仪测定底环安装螺栓孔的位置，加工螺栓孔及沉孔，通过 精确测量沉孔高程确定垫板加工厚度并加工垫板，进而实现了底环一次性安装，取消了为确定螺栓孔位 置和垫板厚度而先预装底环的工序。经工艺改进后，使底环安装直线工期由 61 天缩短到 8 天。顶盖三次吊装法为解决转轮安装后钻铰上轴套定位销钉孔对安装直线工期的影响，采用了顶盖三次吊装新工
38、艺，比 原工艺多吊装一次顶盖，前两次吊装与原工艺相同，增加一次吊装可以在转轮安装前完成上轴套定位销 钉孔加工，缩短转轮吊装以后的安装工期。经过上述工艺改进后，从顶盖安装至下机架吊装工期仅为 9 天，与原工艺相比，平均缩短工期 68 天。 13 大轴机坑外连轴铰孔法Alstom 机组原工艺采用机坑内连轴绞孔方法，工艺要求在连轴铰孔完成后，安装下机架，铰孔工作 占用机组安装直线工期。改用采用机坑外连轴较孔及大轴整体吊装方法，比原安装工艺缩短工期 20 天。 下机架二次安装法原工艺下机架采用一次安装方法，因需等候下机架基础混凝土凝固，造成转子不能及时安装，同时 由于下机架基础部位狭小，混凝土难以浇筑
39、密实，影响安装质量。本项目创新地利用座环加工时的机坑 空闲期，增加一次下机架安装，将下机架基础螺栓固定后吊出下机架，即提前浇筑基础混凝土，缩短了 机组安装间歇期，又保证了混凝土浇筑质量。此工艺可直接缩短机组安装直线工期 30 天。优化工艺的成功实施，极大地加快了机组安装进度，在 4 号机的安装中，从转轮安装到转子安装仅用 20 天，从转子吊装到机组充水试运行仅用 30 天，在机组安装进度上达到了前所未有的水平。4 重大技术问题的发现及解决4.1 转子磁轭加热紧固技术难题的研究与解决首台机转子磁轭加热紧固时，由于设计结构缺陷，磁轭键不与磁轭一起膨胀，造成磁轭键与键槽板间 隙不能满足加垫要求，给转
40、子加热紧固带来巨大的困难，险些造成整台转子报废，一旦转子报废，仅机 组投产发电工期将推迟半年以上，同时也将使后续机组安装进度造成严重滞后。针对首台机转子热加垫出现的重大技术难题，对磁轭温差、胀量、磁轭键位置情况进行了精确的分 析和计算，判定加垫困难是因为键槽板结构变形而导致磁轭键卡在键槽板中，不能随磁轭一起向外移动， 无法生成加垫间隙。刨开键槽板检查，发现磁轭键与副键之间存在较大间隙，证实了磁轭键不与磁轭一 起移动的分析结论。为了使磁轭键能与磁轭一起移动，将磁轭键与磁轭焊接成了整体。磁辄加热紧固的目的是提供磁轭与转子支架之间的预紧力，避免在机组运行时由于离心力造成磁轭 和转子支架分离，带来空气
41、间隙不稳定从而影响机组稳定运行。根据这一原理，只要达到了预紧胀量就 能够满足预紧力，分步加垫和一次加垫都能满足预紧力要求，分步加垫难度显然较一次加垫小，因此采 用了分步加垫。为解决分步加垫易造成转子支架受力不均、磁轭圆度无法控制的问题，采取等胀量加垫方法。针对 每根磁轭键要求的胀量都不同，且键在高度方向间隙不均的特点，使用了专用测隙工具测量各处间隙， 配制了波浪型垫片，保证了胀量一致。通过将磁轭键与磁轭焊接、分步等胀量加垫，最终成功完成了首台机转子加热紧固，转子冷却后测 量磁轭圆度达到标准要求。根据首台机转子加热紧固经验，项目组提出了修改键槽板结构缺陷的建议，得到了制造厂的认同， 并作出了以下
42、修改：增加键槽板焊接限位装置，控制键槽板切向扭曲变形；键槽板加工时，在键槽 板两侧开 8 个槽形口，用于磁轭与磁轭键的捍接固定；在磁轭加热紧固之前，将磁辄与磁轭键焊接在一 起； 在磁轭加热紧固过程中，在键槽板与磁轭键之间使用耐高温润滑脂；在键槽板背部钻攻“16 螺 栓孔，以便将磁轭键顶靠于磁轭；将磁轭键与键槽板的配合间隙由 0.10.15mm 皿，加大至 0.4 0.5mm，以利键槽板位移。键槽板结构修改后，改善了键槽板扭曲变形及磁轭键在键槽板中的位置变化问题，使后续机组转子 磁辄加热紧固均一次成功。 5.2 活动导叶端部间隙变化问题研究与解决在 Alstom 首台机组调试期间，发现底环及活动
43、导叶发生刮伤，严重影响到了机组的调试工作的顺利 进行。检査发现导叶端部总间隙不足，说明原来分配合格的导叶端部间隙从顶盖安装完成到机组调试網 间存在着间隙变小现象。为解决这一疑难问题，项目组对各个阶段的导叶间隙、过流面高度、顶盖及底 环变形进行了监测，对测量数据进行了细致的对比分析，发现底环设计结构、顶盖结构刚度、季节温度 变形均对导叶端部间隙产生影响。在结构设计上，底环与抗磨面采用螺栓把合结构，抗磨环与底环本体之间存在间隙，这种结构将使 得抗磨面在导叶重力释放后产生上拱，导致间隙变小。经实际测量最大间隙达 0.4mm。底环及顶盖均采用垫板支撑结构，接触面积小，局部垫板存在间隙，当其承受顶盖及导
44、叶重量时引 起垫板处间隙变化，经实际测量最大变化达 0.3mm。导水机构预装时顶盖不承重，机组启动前，顶盖将承受全部导叶、操作机构、水导轴承及主轴密封 重量，总承重达 410t，顶盖下沉造成导叶端部间隙变化，经实测变化量为0.1mm。随着季节温度的变化，使得导叶实际长度发生变化，同时造成蜗壳与座环等结构件产生不同程度的 变形，温度升高时，导叶端部间隙将会变小，经实测变化量 0.005mm/针对影响导叶端部间隙的各种因素，采取了以下技术改进，保证了导叶端部间隙。 (工）在导水机构预装时；选取 8 个最高导叶作为预装基准，并根据导叶长度与底环抗磨板面水平情况 决定导叶位置，将长导叶放在低处，短导叶
45、放在髙处，然后逐个测量导叶上下端部间隙值，取其平均值 作为导水机构安装时永久垫板厚度计算的依据。在顶盖垫板厚度计算时，预留 0.300.50mm 皿厚度裕量作为顶盖安装后下沉量以及温度变化影 响量。上述技术改进后，活动导叶端部间隙变化始终处于控制范围内。 5.3 水轮机关机抵动问题研究与解决为适应三峡电站运行水头变幅大的特点，Alstom 开发了 X 叶型转轮，其转轮叶片区别于传统叶片， 其明显特征是出水边与进水边不在同一轴截面上，出水边立面为扭曲曲面，在投影图上进水边与出水边 交叉成 X 形。Alstom 的 X 叶型转轮解决了水头变幅大的问题，但因水力设计的原因，带来了运行稳定性 的问题。
46、首台机在进行 145%过速试验时，机组发生剧烈振动，紧急关闭进水口快速闸门才避免了更大的事故 发生。停机后，检查发现水轮机活动导叶拉断销被拉断 8 根，占总数的1/3。一度使机组启动试运行陷人 僵局-针对机组过速试验出现的异常振动，项目组与制造商一起进行了研究和试验，通过监测调速环跳动、 接力器关闭油压、顶盖振动等方法，先后解决了接力器厂内加工油路不通、调速环压板间隙过大、导叶 拉断销破断直径不足、拉断销安装结构不合理等干扰因素，并对接力器分段关闭时间进行了优化设计， 解决了过速试验时水轮机异常振动问题。上述改进方案，已在 Alstom 机组中成功运用，在当前水头下均未发生关机异常振动现象。5
47、 ，研究制作无尘、恒温、恒湿定子下线装置三峡发电机定子绕组结构复杂，绕组冷却采用水内冷结构。定子线棒共计 1080 根，绕组安装工艺要 求严格，定子线棒的交流耐压试验电压高达 60kv，超过了国标要求，任何导电杂质和灰尘都会影响到线 棒的试验结果，在定子绕组安装环境内必须保持清洁、无尘，环境温度需保证高于室温 351，安装现 场湿度控制在 80%。为了保证发电机定子绕组安装质量，改善定子下线作业环境，保证定子绕组安装切实做到无尘、恒 温、恒湿的作业条件，以满足定子绕组安装温度及湿度要求，专门研制了定子下线无尘、恒温、恒湿装 置，在三峡左岸电站成功应用，效果良好，并被我国多个在建大中型电站借鉴运
48、用。 定子下线无尘、恒温、恒湿装置主要设施及作用如下。定子下线作业平台定子下线作业平台设施主要由风洞行人平台、风洞扶梯、过人拱桥和下线平台组成。各设施均采用 型钢材料制作，构件总重 12t。风洞行人平台、扶梯和过人拱桥可以保证施工人员和施工设备从发电机层 地面到达定子下线作业任意部位，下线平台可以完成定子绕组组成部件的安装和调整。在定子绕组安装 期间，下线设施满足水轮机部件、发电机下机架及推力部件的安装作业要求。 定子线棒运榆装置发电机定子线棒单重 90kg，为保证定子线棒顺利安全地运达安装部位，提高下线效率，设置了定子 线棒运输台车和环形吊车，运输台车安装在运输轨道上，可以将线棒从存放或试验
49、部位，运输到定子下 线防尘棚内，通过防尘棚内设置的两台环形吊车将线棒运输到安装部位。除尘、保温、除湿设备为保证进入定午下线环境的人员及设备的清洁无尘，在定子下线防尘棚人口，安装了清洁风除尘设 备，经过除尘处理的工作人员，进人定子下线区域后，更换专用的工作服、工作鞋和工作帽，保证了下 线环境的清洁无尘。为了保证防尘棚内的温度和湿度满足要求，在机坑 67.8m！高程设置 8 台除湿机和 6 84台空调器，用于控制机坑内湿度和温差，并在定子下线环境内设置温度和湿度监测设备，保证了定子下 线在恒温、恒湿的良好状况下进行。定子下线无尘设施定子下线无尘设施由透明阳光板和防火布及支撑结构组成。阳光板共计 20 块，安装在支撑支架上， 具有拆卸方便、采光良好的特点。防火防尘布置在定子下线平台内圆，整圆密闭布置，将定子下线环境 围成独立的作业环境。可以阻止灰尘及来自机坑的潮气进入定子下线环境。防尘棚支撑结构除支撑防尘 阳光板外，还作为线棒吊装环形吊车的轨道支撑。 6 结语：通过三峡机组技术引进和自主创新,国内在大型混流式水轮
