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卧式水轮发电机安装工艺
第一章 混流式水轮发电机组的安装 第一节 概 述
－、概述 卧式水轮发电机组，轴线成一条水平线。通常水轮机装在轴线的一端（常称为后端）， 而发电机则装在轴线的另一端（前端），两者主轴直接连成一体并共同旋转。与立式水轮发电机组相比，卧式机组一般结构上相对简单，尺寸较小但转速更高。从电站厂房的情况看， 卧式机组占地的面积较大，但只需要一层厂房，而且水下的结构简单，工程量较小。因此 对中小型电站而言，采用卧式机组往往更为经济，中等水头的混流式水轮机，中高水头的水斗式水轮机就经常设计成卧式布置。
（一）卧式水轮发电机组的结构分类 卧式水轮发电机组由于尺寸小、转速高，其转动部分的转动惯量往往不够大，为此常在主轴上加装一个相当大的飞轮。另外，主轴是水平方向安装的，总得有两个或更多的轴承座来支撑主轴，而且其中的径向轴承（导轴承）总是分成上下两半的筒式轴承。如果是反击型水轮机，某个轴承座中还必须设有推力轴承来承受轴向水推力。但是，飞轮的位置，轴承座的个数和布置都可以有不同的情况，这就构成了卧式水轮发电机组在结构上的不同类型。最基本的分类如图 所示，按轴承座的个数不同分为：四支点机组、三支点机组和两支点机组。 四支点机组 图 ）所示的机组，水轮机和发电机各有两个轴承座支撑，飞轮设在水轮机主轴的中段，装在径向推力轴承与第一个径向轴承之间。就整个机组而言，转动部分由四个径向轴承支撑，因而称为四支点机组。 四支点机组，水轮机主轴与发电机主轴 图 卧式水轮发电机组的结构类型 轴由法兰或者联轴节连成一体。如果不连轴，则水轮机、发电机都可以单独安装定位。 ）四支点机组；）三支点机组；）两支点机组 一径向推力轴承；径向轴承 三支点机组 将飞轮设在水轮机和发电机之间，两根主轴利用飞轮连接成整体，则机组的转动部分只需要三个轴承座就能支撑，这就形成了三支点机组，正如图 所示。 不难看出，三支点机组中发电机可以单独安装定位，但水轮机主轴是不能独立定位的。 两支点机组 如果把发电机主轴延长，将水轮机转轮就安装在轴的端部，整个机组就只有一根主轴， 也就只需要两个轴承座支撑，这就形成了两支点机组，如图 （）所示。 就结构的复杂程度和主轴的长短作比较。两支点机组结构最简单，主轴长度也最短。但是推力轴承受轴的长度限制，设计和安装都比较困难，它最适合没有轴向水推力的水斗式 机组。相反，四支点机组的轴线最长，制造和安装倒比较简单，小型机组采用得最多。容量较大的机组，缩短轴线长度成了重要问题，因此往往采用三支点的形式。但三支点机组主轴要在飞轮处连接，制造和安装的难度加大。
（二）卧式水轮发电机组的安装 卧式水轮发电机组的零部件，仍然可以分成埋设件、转动部分、附属装置等部分。从安装工程看，还是先安装埋设件，再组装并吊入转动部分，同样要经过盘车调整轴线，最后装入附属装置。但是，卧式机组包括了不同水轮机、不同发电机，还包括了前述的不同结构类型，实际的安装程序和方法就可能是多种多样的。本章只能就典型机组和常用的程序、方法进行介绍。 就卧式机组安装中比较重要而又共同的问题看，以下几点应当首先明确： 安装卧式水轮发电机组的埋设件，如混流式机组的蜗壳、尾水管、轴承座、发电机底座；水斗式机组的机座、轴承座、发电机底座等，都是在厂房内成水平方向布置的。安装时除了控制高程以外，更重要的是保证平面位置正确，尤其是各部件的相对距离要符合要求。 卧式混流式机组，水轮机蜗壳、座环常作成一体，并且是安装工程的基准件；卧式水斗式机组则以水轮机机座作为基准件。当然，基准件必须首先定位并保证位置的高精度。
机组的安装高程和轴线方位 卧式水轮发电机组都以机组轴线高程作为安装高程，而且水轮机、发电机在轴线长度方向布置。因此，机组安装过程中首要的问题是确定机组轴线，一般都要用标高中心架、求心架等拉出钢琴线来具体表达轴线。要确保轴线高程和平面方位
符合要求。 实际轴线的检查和调整 卧式机组的轴线在理论上是一条水平直线，安装后的实际情况仍然由盘车过程来检查和调整。但盘车时主轴由径向轴承支撑着，轴线不是自由状态，这与悬式机组盘车时的情况有根本的区别，因而盘车的方法和计算都与第四章的内容不同。另外，卧式机组又分为 四支点、三支点、两支点几种结构类型，它们的盘车又相互区别。不过，这种种不同情况下的轴线检查仍然是有规律可寻的。 本章以卧式混流式机组为主介绍安装的程序及方法，对卧式水斗式机组则只介绍其特殊问题及相应的安装方法。本章的另一个重点是介绍卧式机组的盘车，分别就四支点机组、 三支点机组、两支点机组介绍盘车方法和计算的原理。必须说明的是：本章内容是以立式机组的有关知识为基础来介绍的。实际上卧式机组的安装和盘车，都可以有别的方法，这里介绍的是编者认为比较简单而效果又好的方法。
第二节 卧式混流式机组的安装 （一）卧式混流式水轮机的结构特点和安装程序 四支点机组中的卧式混流式水轮机如图 所示，其结构上的特点如下： 图 卧式混流式水轮机 一尾水管；一真空表； 蜗壳；一活动导叶；一转轮； 主轴密封装置 一径向推力轴承；一推力盘；一飞轮； 一制动器； 一径向轴承； 一连轴节； 一排水阀； 一导叶臂； 一控制环； 一轴承座板； 一冷却器 金属蜗壳与座环作成整体，带有底座和地脚螺栓，是安装的基准件。蜗壳的进水口 通过直角弯管与压力钢管的水平段相接。 采用弯曲形尾水管。尾水管的弯管段在厂房地面以上，进口法兰与水轮机后端盖相连，而出口法兰与直立的尾水管直锥段相连。直锥段埋设在地面以下，直通尾水渠。 座环的内腔由前、后端盖封闭，形成导叶和转轮的工作空间。主轴从前端盖中间穿出，两者之间设有主轴密封装置。密封装置一般用迷宫型结构，小型机组也有用填料涵的。 转轮悬臂式地固定在主轴末端，多数机组用法兰、螺栓连接；小型机组也有用锥面配合，加上螺母锁紧固定的。 活动导叶装在座环以内，前、后端盖之间。其传动机构和控制环装在前端端盖外侧 （也有在后端盖以外的），控制环通常作摇摆运动来带动每一个导叶，只设一根推拉杆。尺寸较大的则用两根推拉杆，控制环作定轴的转动。 水轮机主轴的中部安装飞轮，主轴前端通过法兰或联轴节与发电机主轴连接。飞轮前后侧各有一个轴承座支撑，其中紧靠蜗壳的是径向推力轴承。径向轴承是上下两半的筒式结构，而推力轴承则是分块瓦式的，多数用块推力瓦承受推力盘传来的轴向力。 卧式混流式水轮机的安装程序，会因结构不同而变化，但最基本的情况如下述： 埋设尾水管直锥段。 蜗壳连同弯管、压力管水平段的埋设。 ）导水机构预装配。 ）转动部分的组合、检查。 安装轴承座、轴瓦研刮。 水轮机正式安装。 与发电机连轴，轴线检查及调整。 ）安装附属装置。 机组起动试运行。 其中转动部分的组合、检查，导水机构的预装配和正式安装，主轴密封装置等的安装都与立式机组相近。而尾水管、蜗壳、轴承底座的埋设、轴承座的安装、轴瓦间隙的调整 等项工作则与立式机组明显不同。以下只就这些部分进行介绍。
（二）壳及尾水管等的埋设 容量和尺寸比较大的卧式混流式水轮机，为了便于施工，总是先埋设尾水管直锥段，再安装蜗壳、直角弯管以及压力管道水平段。但必须在尾水管的弯管段与直锥段之间增加凑合节，为水轮机的完全组合提供调整的条件。容量和尺寸较小的机组，则是先安装蜗壳等进水部分，再安装尾水管；或者把尾水管与蜗壳等组合起来一次性地安装定位。以下按先安装蜗壳后安装尾水管的情况叙述。
准备工作 在机坑中设标高中心架，用钢琴线拉出轴线。如果轴线的高程调整为安装高程，它即是机组的轴线。一次性表达机组轴线将使今后的安装工作更方便，更准确。 设垫板、基础板，准备地脚螺栓及临时性支架，如图 所示。其中地脚螺栓可以有两种处理方法：一是先留地脚螺栓孔，蜗壳等安装就位后再浇注二期混凝土；二是先安装就位，将地脚螺栓点焊在前期预留的钢筋上，再一次性浇注混凝土。至于临时性支架、支撑横梁等，则视机组的具体情况准备。 清理需安装的工件，检查结合面质量以及连接螺栓配合情况，在蜗壳前、
后法兰的 端面上准备铅直及水平轴线的标记等。 吊入并组合 水轮机蜗壳、进水弯管、压力管水平段依次吊入并组合起来。压力管水平段必须与事 先安装的进水阀、伸缩节等对正，此时伸缩节不压紧，只对正方向。 位置调整 蜗壳安装的质量要求主要是三方面： 轴线的平面位置误差不大于 轴线的高程误差 图 蜗壳、弯管、压力管水平段安装 压力钢管；一伸缩节； 钢管水平段； 弯管； 蜗壳； 横梁； 楔子板； 垫板；一地脚螺栓； 一支架； 垫板； 一支架； 一可调整楔形块； 球头螺栓； 螺母； 弯管法兰 轴线的水平度误差不大于 不难理解，最简单而适用的方法是：先用标高中心架拉出钢琴线来表达机组轴线，严格控制钢琴线的位置精度，再以它为准调整蜗壳的位置。 如图 ，用内径千分尺加耳机，测量蜗壳前、后盖法兰止口的四周半径，如果每一个止口处上下左右的半径都相等，蜗壳实际轴线的平面方位和高程就必然符合要求，否则应根据实测情况对蜗壳位置进行调整。当然，在初步定位时可以用钢板尺测量。 由于前、后止口的内圆面与端面垂直，内圆面及其轴线的水平度误差，也即是端面的垂直度误差。为此可以实测端面的垂直度并加以调整，从而保证止口内圆面的水平度符合要求。粗调时如图 所示，在蜗壳以外悬挂铅垂线，用钢板尺测量法兰面上、下方到铅垂 线的距离，通过调整使上下距离相等。精调时可以用框形水平仪，将水平仪的侧边紧贴在 法兰面上，通过主水准泡读出其垂直度误差。如第一章所述，框形水平仪应原地调头，取两次读数的平均值为准。 在调整蜗壳位置的同时，应检查和调整压力管水平段与伸缩节等的对正情况，在两方面都符合要求后进行充分锚固，最后浇注混凝土。 安装尾水管 蜗壳找正并锚固以后即可安装尾水管。 如图 ，在尾水渠内用方木搭设支架，吊入尾水管直锥段并以楔子板支撑。再吊入尾水管弯管段，通过位置调整与蜗壳及直锥段连接成整体。这一过程中对尾水管位置的调整 决不能影响已调整好的蜗壳。至于混凝土的浇注，可以分两次进行，也可以装完尾水管后 一次性浇注，但都必须四周均匀、逐层上升。 图 蜗壳； 尾水管安装 尾水管弯管段；一直锥段； 图 蜗壳位置找正 楔子板；一支架； 楔子板；一方木
（三）轴承座及底座的安装 卧式机组的轴承座，一般都经过底座再安装在地基上。安装时先使底座定位，再装入轴承座作进一步的调整，轴承座的最后定位则是在盘车过程中完成的。底座和轴承座的初步安装定位，都是以机组轴线 即已安装的蜗壳的轴线为准来进行的。因此安装的基本程序是： 用求心架等拉出钢琴线，具体表达蜗壳的轴线。 ）安装底座。 ）安装轴承座。四支点机组一般有两个底座，水轮机的底座安装两个轴承座，以及飞轮护罩、制动器等。发电机的底座则安装发电机定子及两个轴承座。三支点机组可能只设 一个底座，将发电机和三个轴承座都装在上面。无论机组有一个或两个底座，最好一次性安装就位，有利于保证安装精度。 轴承座安装的质量要求 轴承座之间以及轴承座对机组轴线的同轴度误差，不得大于轴承座的水平度误差，在轴瓦表面测量，或者在结合平面上测量。轴线方向不大于0.02 横方向不大于0.05 轴承座在轴线方向的位置误差不大于0.02 蜗壳轴线的表达 蜗壳已经安装定位，它的实际轴线也就是机组将来的轴线。为了安装轴承座、发电机定子等，都必须把蜗壳的实际轴线测量并且表达出来。 如图 所示，在蜗壳后端法兰面上安装求心架，在发电机端的地基上竖立支架和滑 图 蜗壳轴线测量和底座的安装 基础板； 楔子板；一支架；一车床拖板； 滑轮；一重锤； 小垂球； 钢琴线；一求心架； 一内径千分尺 轮，利用重锤拉出钢琴线来。求心架和滑轮见图 ，求心架与立式机组用的求心器类似，绝缘棒中心的小孔用以穿过钢琴线，它可以在上下、左右四个方向移动以便调整钢琴线位置。 钢琴线的另一端经滑轮悬挂重锤，滑轮又由车床刀架支承在支架上，同样可以在上 下、左右作位置调整。 用内径千分尺加耳机，分别测量蜗壳 后、前两个止口内圆的四周半径，从而调整 钢琴线两端的位置，直到四周的半径相等， 则钢琴线即蜗壳的实际轴线。 安装底座 事先清理底座并在表面标注其中心 图 求心架及滑轮线，吊入后由楔子板支撑，如图 所示。 一绝缘棒；求心架底座； 滑轮；一绝缘轴套 螺钉； 在蜗壳轴线上用软线悬挂小锤球，调整
底座位置使它的中心线与垂球对正。同 时以蜗壳前端法兰面为准，用钢卷尺测量底座的轴向距离。用钢板尺测量蜗壳轴线到底座 表面的高度差。从而对底座的各方向位置进行调整。 为了今后调整方便，底座表面的高程应比设计位置略低，如低 。在底座与轴承 座之间加入两层成形的垫片，垫片形状按轴承座底面制作，以保证足够的接触面积。 底座就位后即可浇注地脚螺栓的二期混凝土，浇注前应点焊基础板、楔子板，从而固 定底座的位置。 安装轴承座 轴承座的安装及调整，仍用安装底座的方法，如图 所示。对轴承座水平度的测量应 图 轴承座安装 一求心架； 钢琴线； 滑轮；一车床刀架；一支柱； 重锤 该用框形水平仪，可以在轴承座的上下结合平面上测量，也可以在它的内圆柱面上测量，根 据实际结构决定。在底座基本水平的情况下，对轴承座水平度的调整只能用增减它与底座 之间结合面垫片的方法。 （四）轴承的安装和轴瓦间隙调整 卧式机组有一个径向推力轴承和 个径向的导轴承。径向推力轴承是由推力轴承和 导轴承组合而成的，图 就是一种常见的结构。它由分成上、下两半的筒式导轴承，分块 瓦式的正向推力轴承，以及简化的反向推力轴承构成。用 号透平油润滑，油箱下部装有 透平油冷却器。 导轴承的研刮和组装 如第一章所述，筒式导轴承必须组合成整体再在轴颈上研磨，并拆开来刮削，两半块 之间的垫片用以调整导轴瓦总间隙。但卧式机组在具体要求上有所不同： 导轴瓦与轴承体分开的结构，如图 瓦与轴承体的结合面，轴瓦背面必须有 粉再相互摩擦来检查。 所示的情况。研刮时首先要检查和修整导轴 以上面积与轴承体很好结合，这可以涂上红丹 ）上半块导轴瓦应与轴颈全面接触，要求每平方厘米2-4 点。 下半块导轴瓦只在中心附近范围内与轴颈接触，要求每平方厘米 点，如图 所示。同时，轴瓦表面的油沟、油槽、边沿都应修刮成圆滑的斜坡。 ）机组未旋转时，主轴是由下半块导轴瓦支承的，导轴瓦静止状态的间隙如图 所示。顶部为设计总间隙，两侧间隙应均匀而且是顶部间隙的一半。 由于筒式轴瓦长度大，其间隙不便于用塞尺直接测量。实践中往往用挤压保险丝的方法 图 径向推力轴承 一轴承座；一下导轴瓦；一轴承体；一推力盘； 前端盖； 一轴承箱盖；一推力瓦；一推力销；一抗重盘； 调节螺钉； 一上导轴瓦； 一后端盖； 一反向推力盘 法间接测量。如图 ，先在轴颈上部按需要摆放几段保险丝，再组装结合面垫片及上半 块导轴瓦，拧紧连接螺栓使导轴承组装到位。拆开以后用游标卡尺测量已挤扁的保险丝厚度，导轴瓦各处的实际间隙即可测得。要求轴瓦两端间隙均匀，误差不超过 推力轴承的研刮和组装 如图 所示，推力盘和反向推力盘都是紧固在 轴上的，其工作面的研磨也只能在轴上进行。推力瓦 一般分为8块，经过推力销、抗重盘、调节螺栓由轴 承体支承。由于推力瓦在轴线方向位置调整的余地很小，甚至有的机组这一位置是不能调整的，研刮推力 块轴瓦基本一致。推力轴瓦的研刮及受力调整，最终目的是保证各瓦受力均匀，主轴及推力盘在旋转时不发生轴向串动。机组盘车时用百分表检查，推力盘的轴向串动应不大于 另一方面，由于推力瓦和导轴瓦都安装在轴承体上。为了保证两者的工作表面互相垂直，细刮和精刮 阶段总是把推力瓦、导轴瓦一起组装，并同时研磨的。 图 下半轴瓦的刮削 导轴瓦端面上的巴氏合金层也就是反向推力瓦， 除了上下两半对齐之外，一般没有研刮的要求。由于机组运行时轴向水推力是指向尾水管的，将由正向推力瓦承受，反向推力轴承只在机组起动、停机等发生串动时才偶然受力。组装以后正向推力瓦与推力盘接触，反向推力瓦与反向推力盘之间应留下足够的轴向间隙，例如 图 导轴瓦间隙图示 图 导轴瓦间隙测量
第三节 卧式发电机的安装 卧式的水轮发电机，除容量很小的以外，都由底座、定子、转子、轴承座等组成。而且管道式通风冷却的占多数，其机坑与进、出风道相连。由于尺寸较小，转速较高，发电机定子和转子往往在厂内组装，经过试验后整体运到电站工地，安装工程相对简单。
（一） 安装的质量要求和基本程序 卧式发电机都是以水轮机轴线为准来安装的， 最基本的质量要求是： ）发电机主轴法兰按水轮机法兰找正时，偏心量不大于 ；倾斜不大