超大型立式水輪發電機組定子機坑組裝精準定位技術

謝 守 斌, 李 傳 法, 莫 斌 偉

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

通常,大型、超大型立式水輪發電機組定子現場裝配方式根據供貨形式的不同可以分為以下兩種:(1)分瓣定子現場裝配。其針對的是部分中小型電站(運輸尺寸、重量相對較小且道路滿足運輸條件),定子在制造廠完成機座組焊、疊片和下線,然后將定子分成盡量大的瓣體運輸至工地,施工現場僅進行分瓣定子合縫處的組裝和下線;(2)現場疊片定子裝配。定子以散件形式到貨,在現場現場進行分瓣機座的組焊、疊片和下線。根據定子組裝工位可以分為兩種:(1)在安裝間完成定子機座的組焊和疊片,然后將其整體吊入機坑安裝就位并進行下線(部分電站在安裝間下線后整體吊入機坑進行調整);(2)定子裝配的所有工序均在機坑內完成。盡管定子在機坑內裝配施工,占用機坑內的直線工期最長,但其組裝完成后無需進行吊裝,與定子在安裝間裝配后吊入機坑的工藝相比,減少了因定子吊裝變形造成的定子安裝圓度、同心度等超標問題,更有利于保證定子安裝質量,同時避免了因吊裝變形對定子線棒的擠壓帶來的安全風險,因此,定子在機坑內裝配的施工方案對設備安裝質量和后期機組投產后的安全穩定運行極為有利,應該成為追求精品機組質量,攀登“水電珠峰”的不二選擇。筆者對定子機坑內組裝中心定位采用的常規方法和精準定位技術分別進行了闡述。

2 定子機坑內組裝中心定位采用的常規方法

定子在機坑內組裝時的中心定位精準是控制和保證定子組裝質量的關鍵。在機坑內進行定子組裝時,其中心定位通常采用“反設機組中心基準點”的方法,即在定子組裝前,將機組中心由水輪機下止漏環(機組中心測量基準位置)反設至定子附近,組裝過程中將定子半徑及中心利用安裝在中心位置的定子測圓架及內徑千分尺進行測量、控制,因此,如何檢測測圓架是否位于機組中心(即測圓架中心柱與機組中心是否同心)、測圓架中心在定子施工過程中是否存在位移是控制定子組裝質量的關鍵。而一旦將定子測圓架和定子施工平臺安裝就位,自定子機座組焊至定子疊片期間,發電機層和水輪機層之間將被完全隔開,均需后視定子附近的引測控制基準點進行定位和過程中的測量監控。定子機坑內組裝中心定位采用的常規方法的主要實施步驟為:

(1)分別吊入測圓架安裝平臺、定子機坑內施工平臺,將求心梁(含求心器)吊至發電機層機坑上方,最后將鋼琴線懸掛至水輪機底環以下高度的油桶內的重錘上并確保重錘與油桶之間沒有任何接觸。同時,在定子基礎混凝土地面以上和定子下環板以下的適當位置以不影響定子就位和定子調整為原則,沿圓周方向均布4個或8個定子中心基準控制樁[1]。

(2)根據“千分尺和耳機電測法”測定的結果調整求心器,確保鋼琴線[2]與下止漏環中心基本重合。

(3)依據鋼琴線,精確測量控制樁至鋼琴線之間的距離并將測量結果予以記錄,以便在定子組裝過程中進行定位和調整。此外,若求心梁和鋼琴線未被拆除,則可以利用已調整至機組中心的鋼琴線調整定子機座,使其與機組中心處于同一直線上,最后將定子機座安裝牢固。

(4)拆除求心梁,安裝定子測圓架,以定子中心基準控制樁為基準,使用內徑千分尺測量定子測圓架中心柱至各定子中心基準控制的距離并予以記錄。根據鋼琴線與基準樁的原始測量數據計算出定子測圓架中心偏移情況,然后將定子測圓架移動到機組中心上,使其垂直度達到≤0.02 mm/m,且其全長范圍內不大于0.04 mm,確保測圓架的精度和安全可靠。重新測量測圓架中心應符合規定的標準[3]。

(5)在定子組裝過程中,通過測量基準控制樁與測圓架中心柱之間的距離并將其與初始值進行比較,以確定測圓架中心的位移情況,并根據測量結果進行相應的調整。定子機坑施工中心定位布置情況見圖1。

圖1 定子機坑施工中心定位布置圖

采用該方案存在的主要缺點有兩個:(1)所引測的中心控制基準點需要經過多次反設確定會造成累計誤差,而且測量時受涉及到所使用的長距離內徑千分尺撓度較大以及基準樁上測點的加工精度不一致等因素的影響,亦會造成反點測量誤差。(2)在實際施工過程中,由于震動、定子重力增大等因素,定子測圓架和定子都可能出現不同的移動,而根據所測量的數據無法準確判斷其是定子移動還是測圓架移動,進而影響到施工質量。

定子在機坑內裝配完畢,為了減少定子與機組中心的誤差,通常會拆掉測圓架和定子安裝施工平臺,然后安裝求心梁和鋼琴線,并以下止漏環中心為基準重新校核定子中心。如果出現較大的誤差,必須對定子進行二次調整,勢必將增加定子調整的工程量,延長施工工期。由于定子的總體剛性較弱,在外力作用下會出現局部系統擠壓變形,而撤除外力后只會有部分回彈,從而影響到定子的圓度和同軸度。因此,如果能有效減小定子中心與水輪機中心的偏差,確保不再進行二次調整,對提高定子施工質量甚至是水輪發電機組的安裝質量具有十分重要的意義。

3 定子機坑內組裝中心精準定位技術

為了解決定子機坑內組裝中心定位不精準的問題,我公司研發出一種新的定位技術,即安裝“假軸”裝置。其與水輪機下止漏環同高,中心及水平可調整,按照先調整“假軸”與止漏環中心重合,然后以“同軸度外測法”原理測量并調整定子測圓架中心與假軸中心重合,從而實現定子機坑內組裝中心的精確定位。通過“機組中心、假軸中心、定子測圓架中心”三心重合技術,可以大大提高定子中心測量及調整的精度,從而避免定子在機坑內組裝后需要進行的二次調整。此外,“假軸”裝置可以直接在定子組裝過程中實現轉換,以止漏環中心為基準對定子測圓架進行精確檢測,以確保定子始終處于機組中心位置。定子機坑施工中心精準定位布置情況見圖2。應用上述裝置,總結形成了一種較為先進的發電機定子機坑內施工中心精準定位施工方法,并且將該方法在白鶴灘、楊房溝、金沙等水電站中成功應用,解決了工程實際中存在的難題,提高了定子安裝精度及效率。

注:①為“假軸”裝置中心柱至鋼琴線的距離;②為定子測圓架中心柱至鋼琴線的距離。

定子機坑內施工中心精準定位法的實施步驟:

(1)“假軸”裝置的同心度檢查和定位,以確?！凹佥S”裝置的準確性和可靠性。

①將“假軸”裝置的基礎安裝在水輪機層基礎環上并確保該裝置就位后“假軸”裝置的中心柱與下止漏環處于同一高程;

②使用框式水平儀對中心柱的X、Y軸線四個方向進行精確測量,并將其垂直度調整至規定的最低要求(0.02 mm/m)[4];

③“假軸”裝置的調整。

a.使用內徑千分尺精確測量上下止漏環至中心柱之間的距離。

b.同一圓環面上,如果X、Y方位的中心偏差值均不大于0.05 mm,且X、Y方位合成后的中心偏差值亦不大于0.05 mm,說明“假軸”安裝位于機組中心;若不滿足要求,則需要移動“假軸”重新安裝,以使其中心柱處于機組中心。

c.同一截面上,檢查X方向上下兩個測點至止漏環的距離差值,以確?！凹佥S”中心柱的垂直度不大于0.02 mm。若不符合要求,則需要調節“假軸”安裝的水平調節螺釘,使其處于垂直狀態。

d.重復上述步驟,直至該裝置的垂直度及中心均滿足要求。

(2)“假軸”裝置與定子測圓架之間的同心度檢查與定位。

①在定子測圓架中心柱外側,沿X、Y軸線四個方位安裝四根鋼琴線,將其懸掛在定子測圓架基礎平臺上,并將其下端連接到重錘上,最后將重錘放入油桶內完成整個安裝過程。

②基于“內徑千分尺和耳機電測法”原理,利用內徑千分尺分別測量定子測圓架中心柱和“假軸”裝置中心柱至鋼琴線[5]的距離A、B、C、D,即應用“同軸度外測法”測量定子測圓架中心柱和“假軸”裝置中心柱的同心度。

a.在同一截面上,測量X方位上二個測點A、B的比值并調節定子測圓架中心柱的垂直度,如果其誤差不大于0.02 mm,說明定子測圓架中心柱垂直;如果其誤差大于0.02 mm,則需要調節定子測圓架水平調節螺釘,使其保持垂直。

b.在同一圓環面上測量X、Y方位測點的相對偏差值,若其中心偏差不大于0.05 mm,說明定子測圓架中心柱與水輪發電機組中心同心;若其大于0.05 mm,則需要調節定子測圓架中心調節螺栓,使其中心柱處于機組中心上以確保測圓架中心的準確度。

(3) 定子機坑內組裝過程中測圓架中心的校核。在定子機坑內組裝過程中,“假軸”裝置與定子測圓架的同心度校核應按照相關規定進行,以確保測量結果準確無誤,進而準確確定定子測圓架中心是否發生位移。

4 結 語

闡述了應用立式發電機定子機坑內施工中心精準定位技術,實現了定子測圓架的精準定位及校核,提高了數據測量的準確性,保證了定子組裝及安裝的質量。經過我公司近幾年施工的幾個電站的實踐經驗證明:該項技術彌補了傳統定位裝置實施中存在的不足,大幅度提升了施工效率和安裝精度,工程應用效果良好。該定位裝置已獲得《一種發電機定子機坑施工中心定位裝置》CN202022331587.8實用新型專利。