水轮发电机组安装，黄河万家寨水利枢纽，尾水锥管安装与结构设计

1.水轮机安装

水轮机的安装分为尾水锥管、座环、蜗壳、导水机构、转动部分和调速系统的安装。

（1）尾水锥管安装。尾水锥管共分3 节，第一节材料为0Cr13Ni4Mo 是补偿段，待导水机构安装时安装。第二、三段材料为Q234B，与金属肘管相连接。尾水锥管安装分两种情况进行。例如：4 号、6 号尾水锥管是在5 号机位置搭起的临时钢平台上将第二、三节组合成整体后吊入机坑进行安装；5 号机尾水锥管的安装由于安装间没有组装工位，且钢平台已拆除，因此只能在机坑内进行组装，在肘管上口用6 根工字钢搭成临时平台将锥管3 段分瓣吊入后组合成整体，调整上、下管口圆度至合格并加上支撑，焊接两组合缝。同样的在第三段锥管上口用4 根工字钢搭成平台将第二段吊入组焊成整体后拆除4 根工字钢，将第二、三段组合成整体并焊接组合缝。将组焊成整体的二、三段锥管吊起拆去临时平台，与肘管上口进行组接，并根据预先设置好的点线调整上管口的高程、中心，合格后加固，焊接与肘管组合缝的背板，待Ⅱ期混凝土浇筑完成后进行与肘管组合环缝的焊接。

（2）座环安装。座环有HLFN235-LJ-610 和HLS217-LJ-585 两种型号。HLFN235-LJ-610 座环主要安装流程：现场清理→分瓣座环组合、调整→加设一道内支撑（Φ108mm 钢管）→分瓣座环焊接、焊后热处理→复测、加固→检查、验收；HLS217-LJ-585 座环主要安装流程：现场清理→吊装组合→高程、中心调整→加设三道内支撑（Φ219mm 钢管）→焊接→复测加固→检查验收。HLFN235-LJ-610 型座环合缝面采用带50mm 钝边的双U 型坡口的非焊透型接头，HLS217-LJ-585 型座环合缝面采用10mm 钝边的不对称双U 型坡口要求清根并打磨掉渗碳层，全部露出金属光泽并经MT 探伤合格后才能继续焊接。HLFN235-LJ-610 型座环属国内常见型结构设计，因此其安装较为顺利。HLS217-LJ-585 型座环与常规结构有很大不同，其工艺要求很严格。因其结构较单薄，焊接前需要采用3 道内支撑进行加固，支撑主材为Φ219mm 无缝钢管12 根。焊缝清根后的打磨较为困难，现场是采用Φ230mm 大型磨光机及风旋铣进行处理才满足要求。座环在焊后均有不同程度的超差变形，受制造商及业主的委托，在Ⅱ期混凝土浇筑完工后分别进行了打磨处理。

（3）蜗壳安装。蜗壳也分为HLFN235-LJ-610 和HLS217-LJ-585 两种机型。受安装间场地限制，蜗壳拼装只能在厂房外进行。施工中是厂房外搭设10.0m×10.0m 的组装平台，用五彩布搭设防风保温棚。组装后的蜗壳用拖车运进厂内挂装，HLFN235-LJ-610 型蜗壳直径略小，可以直接运进厂内，HLS217-LJ-585 型蜗壳约有十几节不能直接运进厂房内，施工时专门制作了大节蜗壳的拖运支架，用卷扬将其拖进厂内后吊装。

HLFN235-LJ-610 型蜗壳的挂装由于其座环带有上、下蝶形边，因此施工较为方便。HLS217-LJ-585 型蜗壳挂装由于受其设计思想及工艺要求的影响，给施工增加了很大的困难。首先是焊接问题，其环缝坡口形式为带2mm 钝边的V 形坡口，正缝均为平焊或立焊，要求背缝清根后打磨掉渗碳层，这给现场施工增加了很大的工作量。座环为无蝶形边的平行边结构，蜗壳与座环上、下环板的焊缝形式为不对称“K”形坡口，受座环上、下筒板的影响，蜗壳与座环间纵缝焊接在背缝（外侧）清根及焊接时，焊工看不到熔池的熔化情况，因此其焊接质量得不到保证。经过仔细的分析研究，现场修改了纵缝焊接顺序，即先焊接背缝（外侧）并基本焊满，然后从正缝（内侧）清根，需要清除所有不能保证焊接质量的部分，也包括清除掉部分母材，然后从正缝继续进行焊接。这种工艺方法，增加了焊缝打磨工作量及焊接工作量，但能较好地保证焊接质量，是在现场施工条件下惟一可以保证安装质量的方法。另外HLS217-LJ-585 型机蜗壳全部焊缝均要求打磨至Ra6.3，其与座环上、下环板的纵焊缝必须圆滑过度，施工中是在焊接时基本形成圆弧过渡状并采用磨光机、模型磨具昼夜进行打磨才满足了质量和工期要求。

（4）导水机构安装。导水机构同样分HLFN235-LJ-610 和HLS217-LJ-585 两种机型。HLFN235-LJ-610 导水机构主要安装流程：底环调整用支墩制做→底环组合→尾水锥管Ⅰ段组合→底环与锥管Ⅰ段组成整体→底环吊装调整→底环与座环间垫片测量→垫片精加工→底环吊出、垫片安装及点焊→底环吊回调整加固、锥管Ⅰ段与锥管Ⅱ压缝→底环检查验收→环形廊道混凝土浇筑→锥管Ⅰ段与Ⅱ段组合缝焊接→底环清扫、导叶下端轴密封圈安装→导叶吊入→顶盖组装→顶盖吊入、端面间隙调整→顶盖与座环间垫片测量→垫片精加工→顶盖吊出、垫片安装及点焊→顶盖吊入、调整→钻铰定位销→顶盖吊出、转轮吊入→顶盖吊回正式安装→控制环组合及吊装→导叶端面间隙调整、立面间隙处理→双连臂连接→接力器及推拉杆连接、压紧行程调整。HLS217-LJ-585 型主要安装流程：底环组装→锥管Ⅰ段组装→底环与座环间垫片测量→垫片安装并点焊→底环吊入调整→钻铰定位销→锥管Ⅰ、Ⅱ段连接缝压缝→环形廊道浇筑混凝土→底环及座环清扫→吊入八个导叶→顶盖组合并吊入→导叶端部间隙调整→顶盖与座环间垫片测量→垫片精加工→顶盖吊出、垫片安装并点焊→顶盖吊入调整→钻铰定位销→顶盖吊出→转轮吊入→导叶吊入、顶盖回装→导叶端面间隙调整→导叶立面间隙检查→双连臂连接→压紧行程调整。

（5）转动部分安装。转动部分分HLFN235-LJ-610 和HLS217-LJ-585 两种机型。HLFN235-LJ-610型转轮与主轴的连接采用M140销钉螺栓，设计伸长值为0.283mm，其螺栓的紧固是在泄水锥内进行反向拉伸，为了方便拉伸的安装，制作了拉伸器安装托架，在主轴中心补气孔处处用导链可以方便地进行拉伸器的安装和拆卸，转轮吊入机坑后利用桥机、千斤顶、楔铁调整好中心高程及水平。HLS217-LJ-585 型转轮安装由于主轴上法兰直径大于顶盖内孔直径，因此在转轮与主轴一起吊入机坑后需把主轴拆出，待顶盖安装后再将主轴吊回与转轮进行连接，其主轴与转轮的连接采用止口定位，法兰连接面喷涂含硅碳化乳胶液以增大摩擦系数，连接螺栓为M170非销钉螺栓，设计伸长值为0.85mm，紧固方式也是在泄水锥内进行反向拉伸，利用带两个向心球推力轴承的托架可以方便地进行拉伸器的装卸。

（6）调速系统安装。调速系统也分HLFN235-LJ-610和HLS217-LJ-585两种机型。接力器的安装方法两种机型并不完全相同，HLFN235-LJ-610机是先预埋基础板，接力器安装时通过对接力器后端盖处的环形垫进行修磨来调整接力器水平，压紧行程的调整是采用现场加工叉头与推拉杆之间的垫片来实现的。HLS217-LJ-585 机是先予埋基础板的地脚螺栓，Ⅱ期混凝土浇筑后再将基础板吊入机坑穿入螺栓。接力器安装时首先与基础板把合，调整基础板上、下、前、后位置，使接力器经两块连板与控制环连接，然后通过调整基础板来调整接力器水平并根据每个接力器活塞的实际总行程预留压紧行程，使两接力器压紧行程之差小于0.5mm后，加固基础板，对基础板后的空腔进行微膨胀混凝土浇筑。调速器的安装均根据厂商工艺文件及国标要求进行了压力油罐、接力器及锁定的打压试验，受厂商及指挥部委托对油箱进行了全面的分解清洗。系统管路予装采用了氩弧焊打底，预装完成后进行酸洗（4 号机）及喷砂（5 号、6 号机）处理。系统管路全部回装后对主管路进行了循环冲洗及耐压试验。

2.发电机安装(www.xing528.com)

（1）定子安装。定子机座分6 瓣到货，每瓣重18t，在工地现场组焊成整体。机座外径14600mm，内径12980mm，高3200mm。机架焊接采用CO2 气体保护焊进行焊接并搭设保温棚，其放大尺寸根据每台机制造情况现场测量后确定并在焊接过程中随时监测焊接变形及收缩量。定子定位筋共135根，大跨距定位筋采用15等分。托板的安装均采用定位筋预装的进行，用“C”形夹、千斤顶等工具固定并调整定位筋垂直度小于1.0mm，将托板与定位筋焊完一道后取下进行满焊，满焊后重新进行校形。大等分区间定位筋应一般在一天内完成2、4 环的调整，第二天再进行复测并调整其他3 环。定位筋的焊接顺序需根据变化情况随时进行调整，以保证焊接工序不影响定位筋安装质量。定子铁芯由0.5mm 厚的铁片堆积而成，每张铁片含跨3 根定位筋，依顺时针方向每层错开1 根定位筋。铁芯叠装共分4 次压紧和一次热压，前3 次为预压，第四次压紧后需进行热压，热压量为4～8mm。铁损试验合格后将定子吊入机坑调整其中心、高程及水平并浇筑Ⅲ期混凝土，然后进行定子绕组的安装。定子下线平台采用环形布置以满足与导水机构予装同时进行的工期要求。其上平台搭设在定子顶环外侧，用来放置线棒和工具。

（2）转子安装。转子直径12.090m，总重655t。圆盘式转子支架由1 个中心体和8 瓣扇形支臂组成，总重106.755t，支臂直径10.120m，外圈均布16 根主立筋，焊缝主要由上、下两条环缝，16 条立缝和上、下各8 条径向缝组成，支臂尺寸根据焊接收缩量均做了适当的放大，搭设圆台式保温棚，焊缝预热温度控制在80～100℃。使用陶瓷衬垫以减少背缝清根量。正面焊缝采用CO2 气体保护焊，背缝清根后用J507 焊条进行仰焊。3 台机支架焊接由于工艺措施得当均未产生裂纹，但由于CO2 气体保护焊工艺复杂，曾出现少量未熔合现象，后通过严格控制焊接工艺消除了缺陷，保证了焊接质量。副立筋配刨工艺流程：中心体水平调整→主立筋半径、弦距测量→画线钻攻工艺螺检孔→配筋工具安装、调整→挂线、配刨尺寸测量→配刨副立筋→副立筋配钻孔→副立筋挂装、调整→副立筋焊接→焊后尺寸测量、验收。受支架焊接影响，主立筋大多呈中间凸出状，且对角存在扭曲现象，为使副立筋装焊后中间不出现凸起现象，需对副立筋进行曲面配刨，方法是：将副立筋正面下放在刨床上，将配刨尺寸写在副立筋相应测量点位置，以数值最大的一点不加垫，其余各点均以其厚度与最大厚度的差值加垫后压紧进行配刨，这样就满足了副立筋的曲面配刨要求。磁轭叠片，转子铁芯设计高程2144mm（含磁轭压板），共分8 段，铁片设计厚度3.0mm，层间相错1.5 个极距，每8 层为一个单元改变相错极距方向。定位方式为磁轭凸键和定位销共同定位。铁片清洗后按0.2kg分类堆放，并按分类情况编制铁片堆积表。每叠完一段用整形工具配合铜锤，大木锤进行整形。磁轭压紧共分三次予压，最后一次予压合格后换穿永久螺杆进行最后压紧。按设计要求磁轭须有1.3mm 的予紧量，因此需进行磁轭热加垫，由于磁轭圆度较好，因此机转子均统一加1.5mm 垫片，冷却后测量均满足规范要求。磁极挂装：磁极为双“T”尾结构，每个磁极由4 对磁极键径向固定，磁极轴向用挡块方式固定，由于是在磁轭鸠尾槽内焊接，位置偏窄，需增加焊量焊牢，磁极配重以厂商计算的配重表为准进行挂装。

（3）机架安装。上机架受其尺寸限制只能在转子或定子场地组焊。

3.总装

机组总装是在导水机构及上、下机架予装完成，尾水管闷头已被割除后进行。转轮与主轴连接完，吊入机坑，并调整其高程、水平、中心，然后吊入顶盖及水轮机各部件进行正式安装。对5 号、6 号机组，由于水轮机主轴上法兰直径较顶盖内孔直径大，因此在转轮吊入机坑后需将主轴拆出，待顶盖吊入后再将主轴吊回在机坑内与转轮连接，连接完成后需重新调整中心及水平。下机架吊装前进行发电机轴连接，销钉螺栓设计伸长值为0.50mm。下机架吊入后安装推力轴承，其中心、高程在预装时已经调整合格，水平度控制在0.10mm/m 以内，因此只需对镜扳水平进行精调达到0.02mm/m 即合格。机架中心根据转轮中心及水平调整值进行复测，3 台机均未出现超差现象，说明预装质量是好的。

转子吊装前对机坑及转子进行了充分的检查、清扫，制动闸板旋起并锁定，控制转子高程在+10mm 左右，以防止口相撞。厂内桥机在全面检查后进行并车试验。转子与主轴的连结采用销钉螺栓定位，设计伸长值为0.50mm，顶轴与转子的连结采用止口定位，螺栓设计伸升值为0.38mm，顶轴安装完后将上机架吊入机坑回装，并安装支架端部12 个支撑千斤顶。

机组盘车方式是抱紧上导与水导瓦，盘车测量镜板外缘跳动值及发电机法兰处的摆度，4号机组水导瓦为分块式，可以直接抱瓦盘车。5号、6号机组水导轴承为筒式瓦，施工中制作了假瓦及瓦架，解决了筒式瓦无法抱轴的问题。将轴移至机组中心，抱紧上导及水导瓦，起落转子测量弹性油箱压缩值，合格后即可进行盘车。通过盘车检查3台机轴线均符合规范要求，多段轴折弯值不超过0.04mm/m，镜扳跳动量不超过0.20mm。

盘车结束将轴移至机组中心，在自由状态下固定转轮及上导处轴领，安装上导及水导瓦。5号、6号机组水导瓦需进行予装，即先不装转动油盆，将分瓣轴承组合后测量轴瓦上、下间隙，修磨轴承座垫片调整轴瓦与轴线的平行度，利用千斤顶调整轴承座使轴瓦间隙均匀，调整合格后钻铰8个Φ30mm定位销，然后将轴瓦拆出进行轴承的正式安装。4号机组水导瓦为分块式，依靠楔铁式后座调整每块瓦的间隙。发电机上导轴承间隙调整采用加垫片的方法，厂商提供了0.05～1.0mm厚的各种垫片用以精确调整上导瓦间隙。各部轴承安装完成后彻底清扫机组内部，油箱按设计要求注满油，准备进行充水试运行。