安康水电厂水轮机泄水锥水下运输安装工艺研究

安康水电厂水轮机泄水锥水下运输安装工艺研究

马涛1熊浩2马禹晨3

（1.2安康水力发电厂陕西安康725000；3河海大学江苏省南京211100）

摘要：水轮机泄水锥是水轮机重要过流部件，一般使用螺栓连接在上冠下方，在机组运行中用以引导由叶片出来的水流顺利地变成轴向，避免水流互相撞击和旋转造成的水力损失，从而保证水轮机的效率和运行稳定性。安康水电厂水轮机泄水锥运行中脱落造成的水轮机稳定性变差，导致尾水管内产生低频涡带，引起机组振摆增大。在没有进行A级检修起吊转轮的情况下，结合安康电厂实际情况，采用泄水锥整体制造后，设计吊装工具和导送座等专用设备，由尾水管水下运输后安装就位，是一种新的思路和方法，经过一系列周密方案组织和工艺措施，达到了修复的目的。

关键词：水轮机；泄水锥；水下运输；导送座；潜水员；安装

一、概述

安康水电厂3号机组于1991年6月份投产发电，水轮机为东方电机有限公司生产的HL220-LJ-550型，转轮为H702叶片增强型。2013年2月B级检修中发现3号机水轮机泄水锥缺失，在尾水管内没有发现脱落的泄水锥，判断已冲入下游河道。经检查，泄水锥与上冠法兰紧固螺栓（M42共16个）断裂，残余4个在上冠法兰螺孔内，其余12个螺栓完全脱落。联系到此前水导轴承运行摆度超标，达0.55~0,66mm，判断由此所致。由于泄水锥外形尺寸大，而尾水管进人孔尺寸小（600×600），在B级检修不拆吊转轮出机坑的情况下，如何快速优质地恢复泄水锥，是个难题。

泄水锥基本参数：总重2.95吨，顶部直径Φ2345D4/dc4，底部直径Φ602，整体高度1438，材质16Mn。泄水锥结构见图1所示。

二、方案比选

1.方案一：经尾水管人孔运输。新泄水锥分瓣制作，从进人孔运进尾水管，然后焊接拼圆。此种方式，泄水锥分瓣制作加工需要45天，焊接需要15-20天，焊接中变形控制较为困难，焊接后无法在现场进行热处理消除应力，因工期长、施工难度大、质量无保障，故不可取。

2.方案二：水下运输，经尾水闸门进入。新泄水锥整体制造，采取水下运输，由尾水闸门经过尾水管运达转轮附近。方法是：将一个金属导送座沉入尾水闸门外水底，再将泄水锥吊放到金属导送座上，泄水锥沿导送座以自重自由滑移至尾水闸门内侧，然后落下尾水门，排空尾水管存水。人员进入尾水管内，将泄水锥沿尾水管运至转轮下，然后安装就位。

三、准备工作

泄水锥与小车装配

1.制作一个装载泄水锥的滚轮小车。小车轮径不大于150毫米，重心尽量偏低。滚轮使用四个定向车轮，泄水锥与小车装配时大头向下，小车与泄水锥法兰用螺栓把合紧密，小车前后端焊接两处吊环。泄水锥制造厂内侧筋板上部距法兰210mm处对称加工四处Φ40吊物孔，经过计算泄水锥重心位置，在下部距口沿207mm处对称加工4处Φ40吊物孔可作为垂直起吊吊点。

2.制作一个钢质导送座。呈三棱体，其一面为导送座，坡面斜度5°，光滑平整，长宽3×3m，结构强度地面试验能承受泄水锥重量，检验装置整体滑行稳定。

四、水下运输

1.尾水管充水，平压后提升闸门至门槽顶部，锁定闸门。

2.以尾水门机将金属导送座吊入尾水管出口附近，潜水员水下观察并指挥尾水门机调整导送座位置，合适后摘钩。导送座应朝向尾水管，方向必须与机组水流排出方向一致，距离尾水门机中心线略大于1/2泄水锥最大直径，以便泄水锥在落下时刚好落放在导送座最高端。导送座不能太过靠前，也不能太靠后。太靠前则泄水锥放下后将会向后倒翻，太靠后则重力加速度不足，不能完成利用导送座重力下滑到目标位置。导送座位置不佳时，潜水员水下配合起重机机，反复调整直至达到要求。如发现水下地面有物品，影响导送座放置后水平度，应清理平整后方可施行。

四、尾水管内的运输

1.泄水锥进入尾水管后，在尾水管内的锚点上挂装手拉葫芦，人工牵引泄水锥，运至转轮正下方的尾水管底部。

2.在转轮上冠叶片偏心位置焊接吊攀，泄水锥垂直起升时，在此吊点挂手拉葫芦，起升至尾水管检修平台上方。为了尽量减少泄水锥通过检修平台空间，泄水锥提升至尾水管检修平台之前，应侧向起吊。待泄水锥通过检修平台后，泄水锥空中翻身，大头向上，然后安装。

3.当泄水锥起升至最高位置时，将吊点设在泄水锥下部，以利于泄水锥上部尽量升高。

五、泄水锥安装

1.水轮机上冠适当位置焊接新吊攀。将6根导向丝杠M42对称安装在泄水锥法兰上。其余10个双头螺杆全部拧紧在螺孔内。

2.在泄水锥起升最后阶段，葫芦不能起升时，旋转螺纹顶升泄水锥。最后起升时由于吊点中心偏下，依靠导向杆进行侧向防倾倒作用。由于泄水锥内部空间限制，导向丝杆分为3段制作，中间使用M24螺纹连接。使用时，泄水锥每上升330毫米（泄水锥法兰至下部最大轴向空间尺寸，超过此尺寸后，导向杆将会被泄水锥下段锥段顶住），拆卸一段，逐步将泄水锥起升到位。

3.新泄水锥安装前，应测量复核机组和泄水锥对应尺寸，法兰螺栓孔定位尺寸是否准确，偏差是否在规定范围内。

4.清扫检查上冠处泄水锥法兰面。旋紧丝杠螺母，将泄水锥法兰面贴实。旋紧过程中，应对称小幅平稳上升。如有卡阻，应检查调整。上冠止口局部位置卡阻时，可适当打磨止口或泄水锥法兰侧面。止口进入前，涂抹少量黄油以减少摩擦阻力。

5.分别对称打紧其余12处法兰螺母，将丝杠旋出。对称紧固剩余4处螺母，参考锁紧力矩3826n.m。所有内螺纹涂抹螺纹锁固剂，以防松动。以塞尺检查泄水锥法兰内端面间隙结合情况，如有间隙大于0.3毫米以上，重新打紧其法兰螺栓。反复紧固后，保证泄水锥锁固可靠，法兰贴合紧密，受力对称一致。螺母锁紧后在其后面增加双螺母锁锭。

六、结论

安康水电厂3号机泄水锥水下运输恢复后，机组试验运行将近两年时间，水导轴承摆渡瓦温运行正常。泄水锥水下运输方案，设计制作了金属导送座、滚轮小车、泄水锥安装工具、翻身工艺等一系列工艺工装。装置结构紧凑，使用方便，安全高效，保证了泄水锥安装质量和检修工期进度。工艺方案科学合理，有创新性。在水轮机转轮不吊出机坑状况下，水下运输是解决泄水锥安装复位的理想方案，具有一定的借鉴应用价值。

参考文献：

1.GB/T8564-2003水轮发电机组安装导则〔P〕

2.王玲花，水轮发电机组振动及分析〔M〕；河南郑州，黄河水利出版社，2011.7

3.林亚一，水轮发电机组安装与检修〔M〕；北京，中国水利水电出版社，2000.9