第三章 机电设备安装

第一节 机组安装

一、施工单位

1号、2号机组安装施工单位为中国水电七局龙滩水电工程安装项目经理部。

3号、4号机组安装施工单位为中国水电十四局龙滩水电工程机电安装项目经理部。

5号、6号、7号机组安装施工单位为中国葛洲坝水利水电工程集团公司龙滩水电安装工程项目部。

二、设备结构特点及施工难点

（一）设备结构特点

1.水轮机结构特点

水轮机为伏伊特的传统结构，技术上成熟，有以下特点：座环进行现场加工，可确保座环良好的水平，为机组的安装打下一个良好基础；蜗壳延伸段上安装推力环，蜗壳敷弹性垫层进行混凝土浇筑，技术上是成熟可靠的，将节省投资和工期；主轴工作密封为自补偿性密封，这是经实践检验过的运行可靠的密封形式；水导轴承为分块瓦式结构并配外油循环冷却器，冷却效果好，可有效降低水导瓦温；活动导叶操作机构采用自润滑轴承。

2.发电机结构特点

上机架采用斜支臂结构，改善了机组的受力状况。斜支臂结构使混凝土围墙基础径向受力大大减小。斜支臂将吸收大部分热膨胀力，可保持上机架中心体的中心和圆度；转子为中心体及斜支臂结构，现场焊接时中心体变形小；由于斜支臂延长线不通过圆心，磁轭在热膨胀离心力作用下有较好的回弹性，可保持转子较好的圆度，斜支臂还充当了大的斜风扇叶，通风效率更高，冷却效果好。另外，斜支臂结构在转子热打键时，对加温要求更高的温升，才能顺利打键；定子机架采用斜元件结构，铁芯受热膨胀时，斜支臂与铁芯同时膨胀，铁芯变形和基础受力相应减少，改善了运行状况；推力轴承与下导轴承各自独立，可改善冷却效果；机组盘车分成3个阶段进行，并需在现场钻、铰联轴定位销钉孔，工作量大。提前准备好工装及钻、铰设备极为关键。

（二）施工难点

在地下厂房内安装目前世界上单机容量最大的空冷式水轮发电机组，这就决定了机组的安装具有大量的特殊性及相当的难度。

（1）地下厂房进厂交通洞宽仅10米，许多大件设备只能分瓣运进厂房组装，部分整体设备尺寸较大只能立放运输，进入安装间后再翻转至正常位置，运输及安装都存在一定的难度。

（2）地下厂房施工场地狭窄，机组安装场地周转紧张，部分设备没有组装场地，有的甚至成为制约后续机组安装进度的瓶颈。

（3）地下厂房内吊装设备只能采用桥式起重机。机组安装施工过程中厂房布置了2台桥式起重机并且都在同一桥机轨道上运行，必须保证兼顾土建施工与机电设备的运输安装，因而造成了设备水平运输特别是在前期土建施工过程中较大干扰。因此，做好协调工作，合理利用桥式起重机，对加快施工进度会产生较大影响。

（4）如何保证世界上最大型空冷式水轮发电机组的通风散热效果，控制机组温度特别是定转子温度在设计理论水平将是保证机组出力及机组安全运行的重要一环。

（5）水轮机及发电机分别由2个厂家制造，安装过程中如何保证水轮机轴与发电机轴的可靠连接将直接影响到机组的安全稳定运行。

（6）地下厂房施工单位较多，相互之间的工作协调及生产安排将直接影响到机电设备安装的整体进度。

（7）施工接口多、工程量大、质量要求高、施工工期短；土建施工、机电安装有多个承包队伍在同时工作，工作面的移交和施工总进度的协调工作至关重要；主厂房2台2×500吨/10吨桥式起重机由多家使用，需统一调度，处理好相关承包单位的协作配合关系，使安装工作在平行、交叉作业中有序展开，确保安装质量、安装工期和施工安全。

1号机组座环吊装

（8）现场安装工作量大。水轮机各部件体积大，座环、基础环、顶盖、底环等为分瓣到货，现场组装成整体；座环、基础环需在现场进行加工；导水机构预装阶段需对座环与顶盖及底环进行配钻孔、攻丝，并钻、铰定位销钉孔。必须投入足够的资源，精心组织施工，确保机组按期发电。

（9）地下厂房施工，环境温差较小、湿度大，必须做好设备的防潮、防霉变、防结露等措施。

三、施工布置

（一）机坑安装场地

由于机组尺寸较大，造成安装场地不足的情况。为充分保证机组安装场地的需求，只能因地制宜，就地采用机坑作为机组定子组装叠片场地，以克服场地不足的困难。

（二）主安装场场地

主安装场长60米，宽28.50米，设计布置有定子组装工位、转轮、转子组装工位和顶盖、下机架组装存放位置。在机组安装期间，工位采用灵活机动周转方针。例如，正在使用转子工位，故把3号机转子布置在副安装场。底环布置在顶盖位置组装，底环吊入安装后进行顶盖组装。上机架在转子吊入安装后在转子工位上进行组装；副安装场设计布置有转子、顶盖、转轮和主轴工位，在安装期间，3号机转子组装叠片和下机架组装在此工位，下机架组装完毕后吊至主安装场进行附件和推力部分预装；设备卸车场地考虑充分利用在主安装场与交通洞连接处，即HR0+070.000以左至下机架与顶盖工位之间的空位均可用于卸车；主安装场布置1个施工工具间，即发电机班工具间，在3～4号之间的工位布置2个施工工具间及水轮机班、起重班工具间。

（三）其余安装场地

在安装机组段发电机层只考虑布置一些小型设备，如导叶、套筒等或临时放置大型设备部件，如上机架中心体、定转子吊具的部件或平衡梁等。并保持该场地的整洁。特别是在定子下线期间避免在此处施工。在机组段227.70米母线层布置3米×2米工具房1个，用于变电班封闭母线安装、电缆敷设等。机组段221.70米高程主要布置水轮机、辅机管路配管临时加工场地，布置切割机、电焊机等小型加工设备和临时工具间。

四、安装

（一）施工内容

龙滩70万千瓦水轮发电机组安装、调试工程主要包括水轮机、发电机、调速器系统及机组辅助设备的安装和调试。

（1）水轮机。类型为HLS152-LJ-790，允许最大工作水头为179米，最小水头为97米，额定水头为140米，额定流量为554.52立方米每秒。额定转速为107.10转每分钟，额定出力为714兆瓦，俯视逆时针方向旋转。水轮机组安装包含尾水管锥管、底环、蜗壳、座环、导水机构、接力器、转轮、水导轴承等部件安装。

（2）发电机。为全空冷式立轴半伞式发电机，型号为SF700-56/16090。发电机组安装包含：定子组装及安装，转子组装及安装，上、下机架组装及安装，推力轴承及导轴承等部件安装。

（3）机组调速器。采用并联PID全数字微机电液型，型号为VDG/VGC511，其安装包含回油箱、双比例伺服阀、压力油罐、高压气罐、主配压阀、两段关闭装置等部件安装。

（二）水轮机及其附属设备安装

水轮机设备安装包括埋件、本体及辅助设备的安装。埋件安装主要包括尾水锥管、基础环的安装和座环、蜗壳、机坑里衬及相应附件的安装；本体安装主要包括转轮、导水机构水轮机主轴安装、导轴承及密封装置的安装；辅助设备安装主要包括调速系统安装及与上述安装内容相配套的油、气、水管路和相应设备的安装。

锥管安装

蜗壳安装

1.技术参数及工艺流程

（1）水轮机技术参数。

水轮机型式：立轴混流式

转轮名义直径：7.90米

最大水头：179米

最小水头：97米

额定水头：140米

额定转速：107.1转每分

飞逸转速：214转每分

比转速：188.0米千瓦

额定出力：714兆瓦

最大出力：790兆瓦

1号机组转轮吊装

额定流量：531立方米每秒

旋转方式：俯视逆时针

安装高程：215.00米（以导叶中心高程计）

蜗壳型式：金属蜗壳

台数：7台

水轮机总重：约2255吨

机组及调速器用油：L-TSA46号透平油

（2）水轮机安装工艺流程。水轮机安装总体工艺流程见图5-5。

2.调速系统安装

（1）安装调试程序。调速系统安装调试程序见图5-6。

（2）设备内容及安装过程。调速器系统设备包括调速机及回油箱、压力油罐、气罐、两段关闭装置和系统管路等。机组调速器采用并联PID全数字微机电液型，型号为VDG/VGC511，电液转换器为双比例伺服阀。

安装过程为：调整各设备水平、中心、高程、垂直度等指标均满足设计和规范要求后进行管路装配；调速器系统管路根据设备布置位置配置完毕后，拆除安装、焊接、压力试验结束的管路，进行酸洗、经检查合格后回装；进行系统充油和与机组联调试验，在无水调试阶段完成模拟低油压操作、开停机、事故停机等系列试验；机组充水后进行手动、空载挠动、自动开停机、事故停机、低油压事故停机等试验。

（三）发电机及其附属设备安装

发电机设备安装包括本体及其附属设备的安装。本体包括定子组装和调整、转子组装、主轴和上端轴吊装、上、下机架组装、推力轴承安装及上、下导轴承安装。附属设备安装包括高压油顶起油泵、推力外循环油泵、推力冷却器及与之相对应的油气管路的安装。

图5-5 水轮机安装总体工艺流程图

图5-6 调速系统安装调试程序图

1.发电机总装工艺流程

发电机总装工艺流程见图5-7。

2.发电机组安装

（1）发电机部件。发电机主要部件有基础、定子、转子、水导轴承及上机架、下导轴承及下机架、推力轴承、空气冷却系统、制动系统、制动和碳粉吸尘系统、水喷雾灭火系统、上下盖板、挡风板、推力轴承高压油顶起系统和外循环润滑系统等。发电机为立轴半伞式三相凸极同步电动机，额定容量为777.80兆伏安，额定功率为70万千瓦，空气间隙34毫米，冷却方式为全密闭循环空气冷却。发电机总重约3028吨。

（2）下机架安装。下机架由中心体和12个径向支臂组成，中心体和支臂在地下厂房安装间焊接成整体。下机架在最大负荷下，其轴向挠度不超过2.50毫米。下机架能够承受水轮发电机组所有转动部分的重量和水轮机最大水推力的轴向荷载，并能与上机架一起安全地承受作用于水轮机转轮上的不平衡水推力，以及由于绕组短路，包括半数磁极短路引起的不平衡力。下机架与轴向基础板间有垫片，通过适当增减垫片的数量可以在一定范围内调整下机架的轴向安装高程；下机架基础板与混凝土之间设有楔形板，可以在一定范围内调整单个下机架支臂水平。下机架与径向基础通过螺栓连接，将下导的径向力传递到混凝土基础上。

图5-7 发电机总装工艺流程图

（3）定子安装。

1）定子机座。定子机座的结构特点为斜立筋结构。机座共有16个斜立筋，8层环板。斜立筋结构优点是减少热应力，能阻止定子叠片翘曲对基础的破坏，具有足够的弹性允许自由膨胀，保证圆环的稳定性和同心度，用特定的切向刚度，适应静态和动态扭矩。

2）定子铁芯。定子铁芯高度3300毫米，铁芯内径15000毫米，铁芯外径16090毫米。定子铁芯沿轴向共分70个径向通风沟，通风沟高度6毫米，每段铁芯高度40.50毫米。定子冲片是0.50毫米厚的V250-50硅钢片，每张冲片有3个鸽尾槽。冲片冲后去毛刺，双面涂F级绝缘漆以减少涡流损耗。

定子铁芯采用穿心拉紧螺杆压紧。拉紧螺杆为M20，材料是42CrMo4。拉紧螺杆不包绝缘，在拉紧螺杆上、下两端至第一个通风沟处套绝缘管，然后通风沟处装设绝缘套筒。拉紧螺杆上端用一个碟形弹簧，以保持一定的压力。定子铁芯的压紧力为1.50兆帕。

定子冲片错1/3叠片。铁芯两端的冲片在齿部有2毫米的沟槽，槽内插入1.80毫米的绝缘垫片，用环氧室温固化胶粘牢，以防止端部磁场产生的涡流损耗。铁芯上、下两端各叠成6个5毫米×5毫米的台阶，用环氧室温固化胶将铁芯上、下两端粘成整体。

定子铁芯上、下齿压板均采用非磁性压指。下齿压板留10毫米的工地装配加工余量，到工地后根据机座下环板的实际情况装配加工，然后焊在机座下环板上。

3）定子绕组。定子有624个槽，8个并联支路，“Y”形连接。定子绕组采用双层条形波绕组，F级绝缘；绕组在整个定子铁芯长度上采用333°换位，以减小股线在槽部漏磁场中不同位置产生循环电流而引起的附加损耗和股线间温差。

1号机组定子吊装

定子嵌线时，定子线棒包半导体无纺带，电气自粘带和半导体硅橡胶，使线棒与槽配合紧密，消除电晕对绕组绝缘的腐蚀。槽楔下垫0.10～1.50不同厚度垫条，槽楔包括槽楔和副槽楔，在槽楔和副槽楔之间垫波纹板，在工地打紧副槽楔。

定子线棒上端有一道端箍，下端有两道端箍，端箍无支架支撑，用直径50毫米玻璃丝绳注复合树脂。

转子安装：发电机转子主要由转子支架、磁轭、磁极、刹车闸板、磁极引线等部件组成。转子在现场进行转子支架组装与焊接、副立筋配刨、磁轭叠压、磁极安装等。

主轴与顶轴安装：发电机主轴采用锻钢20SiMn下法兰与水轮机轴连接，法兰分界面高程为221.70米。主轴上部与转子支架连接。转子支架与主轴在工地同镗，用21个联轴螺栓和定位套筒连接。

顶轴由锻钢20SiMn制成，下法兰与转子支架连接，在顶轴的上部安装集电环。上导滑转子热套在顶轴上，在上导滑转子和顶轴之间设有绝缘，以防止轴电流通过。

五、施工工期

龙滩水电工程主机设备安装施工工期见表5-71。