安康水力发电厂陕西安康725000
摘要：安康水电站位于汉江中游，装有4×200MW立式混流水轮发电机组；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，转轮为H702叶片增强结构；3#机组自投运累计运行26年，存在机组运行稳定性差、稳定运行区窄、尾水锥管汽蚀严重、噪声大等问题。本次水轮机改造，重新设计转轮、导水机构，对尾水管里衬初段更换、增加大轴中心补气装置等一系列改造。提高了机组稳定性和水轮机效率、改善运行工况、延长大修周期等方面都达到了预期目标。
关键词：水轮机；导水机构；转轮；尾水锥管更换；大轴中心补气
1概述
安康水力发电厂于1978年开工兴建，1992年全部建成投产。安装有4台200MW的混流立式水轮发电机组，总装机容量800MW，水轮机由东方电机厂设计制造，型号为HL220-LJ-550，额定出力204MW，最大水头88m，额定水头76.2m，额定流量304m3/s，额定转速107.1r/min，转轮标称直径5.5m，转轮分两瓣制造，上冠为分瓣螺栓把合结构，上冠材料为ZG20SiMn，下环分为四瓣在工地焊接和热处理，转轮下环材质为ZG20SiMn，14个叶片材质为ZGOCr13Ni6Mo，转轮与主轴用18个M140的螺栓联接。单台水轮机（含埋设部分）总重650t。
2旧水轮机设备拆除
导水机构拆卸程序是先拆除剪断信号装置，拔出叉头销，拆出叉头；拔出剪断销、拆出连接板、拔出主拐臂的分半键、拆除止推块、拔出拐臂、吊出套筒。由于部分零部件锈蚀严重，部分导水机构及附件进行破坏性拆除。
水导轴承拆除，分解水导轴承，吊出水导瓦及水导轴承附件，对水导轴领及水导瓦用毛毡和白布进行防护。接力器拆除后，将控制环吊出机坑。拆除主轴密封，拔出顶盖销钉，拆除顶盖与座环固定的螺栓。顶盖吊出机坑后，临时放在安装间顶盖工位支墩上。在安装间对顶盖进行分瓣分解运出厂房。导叶吊出后，先拔出底环与座环之间销钉，在底环外侧用套筒扳手拆除24个底环固定特殊螺栓。在起吊螺孔处上好吊环，在底环与蜗壳的环缝处，用楔铁先将底环打动。在底环对称四个方向焊接四个压马，配合千斤顶将底环顶松，底环起吊至安装间运走。
拆除下止漏环，止漏环是机组修前中心基准，拆除前用钢琴线测量底环中心，并将机组中心标记在座环上镗口。拔出下止漏环所有销钉，拆除螺栓。使用斜铁顶松后吊出下止漏环。转轮及水轮机轴吊出后，分解水轮机轴返厂加工大轴。
图1转轮竖直起吊
3尾水锥管更换
3.1尾水锥管拆除
用碳弧气刨将尾水锥管上半部分刨除（由基础环向下1.45m至里衬环缝处），割除时多个小块进行分解。水机转轮和大轴吊出机坑前重量由基础环和混凝土承重，由于工期紧，尾水锥管混凝土拆除时转轮还未吊出，为确保安全，尾水锥管拆除时先保留4段区域暂时不拆作为支撑转轮重量的支墩，只拆除间隔的4个区域的锥管和混凝土（即把尾水锥管划线均分8等份，顺序编号1～8，先割除1、3、5、7、；其余2、4、6、8暂时不割除，待主轴转轮吊出机坑后再割除）。
3.2尾水锥管外围钢筋施工
尾水锥管管路安装完成后，进行钢筋施工，在厂房外现场制作钢筋，布筋根据设计要求加工成立筋、环筋和插筋三部分，规格为Φ25螺纹钢，具体如下：
（1）立筋：沿尾水锥管里衬外壁周向布置，间距控制在200mm左右，长度1400mm，共113根。立筋底部与原钢筋搭接焊，顶部弯90度后与最上层插筋搭焊，搭焊长度100mm。
（2）环筋：沿尾水锥管里衬外壁布置，上下共5层环筋，并与立筋绑扎固定。
（3）插筋：插筋总长度400mm，插筋孔深度200mm，外露200mm。沿圆周方向间距控制在200mm左右，上下共5层，每层周向113根。焊接固定：最上层插筋打孔灌注锚固剂固定；凝固后进行拉力试验，试验拉力2吨。下面4层插筋弯90度后直接焊接在原立筋上，焊接长度100mm。
4新水轮机设备预装
4.1导水机构安装
新导水机构取消单独的止漏环，底环和止漏环一体结构。导叶分布直径由原Φ6400mm改为Φ6572mm；增加底环基础过渡板，其设计目的是由于座环下镗口原底环和下止漏环固定内螺纹孔与新底环分布直径不同，且分布有一定的误差，因此用过渡板在新底环与座环之间联接。座环下镗口原下止漏环固定螺栓内螺纹孔共56个，新底环过渡基础板配合使用其中24个，过渡基础板外侧钻铰24处Φ30mm定位锥销。底环导叶轴孔底部设计24个螺栓及Φ30mm定位锥销。
4.2转轮、主轴组装及整体吊装
新改造的转轮整体制造，13个“X”型叶片，上冠下环叶片均为为ZG05Cr13Ni5MO材质，上冠外径5110mm，下环最大直径5980mm，高2947mm，总重104吨。转轮泄水锥长度略高于水轮机下环底面，采用不锈钢制造，泄水锥现场焊接于上冠底部。转轮上冠采用迷宫式止漏环，下环处为间隙式止漏环，止漏环密封上部间隙1.9-2.3mm下部止漏环间隙2.0-2.4mm。
4.3大轴中心孔补气装置安装
安康水电厂3号机大轴中心补气管路通径Φ300mm，设计一台串联的双浮球阀布置在发电机组上段轴顶部，通过固定在上机架支臂上的管路出机坑至操作廊道。转轮与主轴联轴完成后，在转轮整体吊装之前安装下补气管及相关密封，在发电机相关部件安装结束后，进行中补气管、上补气管及其螺栓安装。机组盘车之前，将补气阀安装在上端轴，补气外部管路由发电机上机架-y与+x之间第一个支臂向下弯出后在基坑壁开挖1个Φ400mm孔，布置补气管与排水管合一的管路。
5改造效果
安康水电站3号机组水轮机改造项目于2016年11月4日开工，主要进行旧设备无损坏拆除、尾水锥管更换、新水轮机设备安装调试等，2017年5月28-29日对安康水电厂3号机组进行了大修后稳定性试验，试验对机组在变转速、变励磁、变负荷等不同运行工况下的稳定性状况进行了详细测试，具体测点包括：上导、推力、水导轴承处的大轴摆度；上机架水平振动、垂直振动、下机架水平，定子铁芯水平振动、顶盖水平、垂直振动；蜗壳压力等。经过静态、动态、试运行、设备消缺后，于2017年5月30日3号机组投入运行。机组投运后，水导瓦温平均33.8℃。振动、摆度、噪音等较改造前均有明显好转，机组各项运行指标良好，符合国标及安康水力发电厂企业标准要求。3号机组改造前后大轴摆度和振动测试结果记录。
6结束语
安康水电站3#机组水轮机更新改造项目，改造施工工期7个月，改造后水轮机运行平稳，在提高机组稳定性和水轮机效率、改善运行工况、延长大修周期等方面都取得了显著成绩，70MW以上负荷区运行时各轴承相对均比较稳定。稳定负荷区较改造前增大明显。达到了预期目标。
参考文献
[1]于兰阶.水轮发电机组的安装与检修.中国水利水电出版社.1995-09-01.
[2]GB/T8564-2003“水轮发电机组安装技术规范”.