大型竖井贯流水泵机组安装工法.docx
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大型竖井贯流水泵机组安装工法
大型竖井贯流水泵机组安装工法
吕庆龙王安利
一、前言
大型竖井贯流水泵机组在大型给排水工程、远距离送水以及防洪排涝、城市河道调水、灌溉等大型水利项目中已得到广泛应用。
为了确保其功能充分发挥及运行安全，现场安装工艺及施工质量起到至关重要的作用。
竖井贯流泵采用卧式高速电机通过齿轮减速箱驱动，水流先通过竖井灯泡体，再经过转轮和导叶体，其中电机与齿轮减速箱安装在进水流道中间的竖井内。
我公司在安装施工时结合设备特点、相关规范标准及多年的安装经验，形成了大型竖井贯流水泵机组安装工法。
通过在同类型机组的安装应用，缩短了安装工期，工序、资源得以合理组织安排，保证了安装质量，提高了社会效益和经济效益。
二、特点
（一）安装工法规范了大型竖井贯流水泵机组的安装方法及工艺流程,规定了各道工序间的相互关系,将复杂繁琐的安装工艺有规律地、有机地组合起来，提高了工效。
（二）采用先进的技术与科学的管理方法，使主要工序安装质量满足规范及产品技术质量要求.
（三）工艺要求的施工设备简单，施工过程对环境无污染。
三、适用范围
本工艺适用于叶轮直径较大、非整体到货的大型竖井贯流水泵安装工程。
四、工艺原理
（一）整个机组安装以水泵叶轮中心高程和水泵水平轴线为基准，先固定部件定位，后转动组件安装调整。
组装整体安装与单个部件安装和机组整体要求相结合，严格控制各部件的水平度、垂直度、同轴度及电机、水泵轴的摆度及各组件间的配合间隙，从而保证整机安装质量。
（二）采用有效的测量方法，确定部件安装调整值及位置方位，最大限度减少偏差，即用对称差法测量调整水平度；用悬挂钢琴线假定轴线法测量调整同轴度，来保证各工序质量。
（三）采用了三件整体吊装新工艺，替代竖井贯流水泵安装的单件吊装、调试的传统安装工艺。
竖井贯流水泵出口底座、伸缩节、导叶体三部件整体安装，是基于四个方面的考虑：
一是泵站厂房的混凝土已浇筑完毕，出口底座因上部混凝土的影响，已无法垂直吊装就位；二是因出口底座直径大且没有支脚，即使吊装就位也很难固定牢靠。
但三件组合在一起，组合体上有三个支点便于放稳，组合体的吊装重心正好躲过上部混凝土干扰，可直接垂直吊装。
三是三部件就位后便于叶轮体安装，因叶轮外壳本身不带支腿，如果先与导叶体连接，可能产生不稳定状况；四是三部件安装时间较单件安装的施工时间短，有效地缩短了安装工期，为总工期赢得了时间。
五、工艺流程
竖井贯流水泵由进出口底座、出口伸缩节、叶轮外壳、导叶体等固定部分和主轴、转轮体、组合轴承、导轴承、减速箱、电机等转动部分组成。
水泵结构示意图见图1。
图1水泵结构示意图
竖井贯流水泵安装方案：
水泵安装按水泵固定部分、转动部分的安装顺序进行。
水泵中心线及叶轮中心线是水泵安装的主要控制线和安装基准。
根据土建结构的特点，并考虑到吊装就位的方便，首先，将进口底座预吊放在安装位置（进口底座在叶轮外壳安装前，必须预吊装放置，否则，叶轮外壳安装完毕后，进口底座已无空间位置可吊装就位）；其次，出口底座、伸缩节、导叶体在安装间进行组装，符合要求后，整体吊装就位；第三，吊装叶轮外壳；第四，转动部分安装。
水泵固定部分安装流程见图2。
水泵转动部分流程见图3。
六、操作要点
（一）水泵安装准备工作
1、测量基准点线设置：
根据泵站测量基准点，测设出用于水泵安装的水泵中心线、叶轮中心图2水泵固定部分安装流程框图
线、电机中心线和标高测量基准点。
2、泵组中心线架设置：
图3水泵转动部分流程框图
竖井贯流水泵中心钢琴线的位置是至关重要的，决定着水泵的安装位置。
而钢琴线线架小孔的位置决定着钢琴线的位置，因此确定钢琴线线架小孔的位置非常关键，钢琴线线架小孔的位置是一个空间三维坐标点，位置很不容易确定。
考虑到水泵中心线在水泵安装中要安装、拆卸使用多次，因此将线架制作为刚度较强的固定式线架，每次测量中心时，将30#钢琴线从线架上的φ0.5mm孔中穿过即可，这样既保证了每次使用水泵中心线的一致性，又可节约每次设置水泵中心线的时间。
为此，将两个钢线架固定在水泵中心线上，先用水准仪标出小孔钢板的下线，再用经纬仪定出小孔钢板的位置。
叶轮中心线基准点设置在廊道地面上，测量叶轮外壳中心时，用经纬仪对准叶轮中心线基准进行测量，从而校正叶轮外壳安装位置。
3、水泵预组装和重要尺寸的测量
（1）预装叶轮与叶轮外壳
在安装间将叶轮放在叶轮工作位上，在叶轮的法兰面上装测量工具进行测量，检查各叶片的安装角和叶片伸长是否符合要求。
将叶轮外壳与叶轮进行组合：
在叶轮和叶轮外壳下面各放3只千斤顶，先调平叶轮上端面，再调整叶轮外壳水平。
测出叶轮外壳四周与每个叶片上部和下部的间隙，当上下间隙基本相等时，说明叶轮和叶轮外壳的水平中心线一致。
测出叶轮顶面（即叶轮和泵轴的连接面）到叶轮外壳上法兰面的距离，做好记录，以备确定机组安装中心线时使用。
（2）安装尺寸的测量
水泵轴长度；
电动机联轴器轴端面至中心距离；
齿轮箱中心至联轴器轴端面的距离。
（二）进口底座预装
吊装进口底座临时放置在安装位置靠内河侧100mm左右。
（三）出口底座、伸缩节与导叶体安装
安装方法：
出口底座、伸缩节与导叶体三件整体安装。
1、组装出口底座、伸缩节与导叶体
首先在安装间将分瓣的导叶体组装成整体，与叶轮外壳连接的法兰面朝下；检查测量导叶体的圆度是否符合图纸要求；吊上伸缩节放在法兰盘上面与其连接，此时伸缩节长度是设计长度，要求支撑好伸缩节；再吊上出口底座与伸缩节连接。
连接后加固伸缩节。
2、出口底座、伸缩节与导叶体安装
导叶体、出口底座与伸缩节在安装间组装成整体并检查合格后，按设计方位将其整体吊入基坑，挂钢琴线，采用电测法（详见图4）与经纬仪相结合，初步调整组合体位置。
（四）叶轮外壳吊装、调整
吊装叶轮外壳就位，与导叶体连接。
挂钢琴线测量、调整叶轮室中心及导叶体的中心，以拉紧器、千斤顶调整其圆度。
叶轮室调整以三个断面位置进行测量，所测半径与平均半径之差不超叶片与叶轮室设计间隙的±10%为合格。
导叶体与叶轮室的同轴度偏差符合设计文件或技术规范规定。
（五）轴承安装
将叶轮外壳、导叶体的上半部分吊开，将导轴承安装在导叶体内，并将推力轴承安装就位。
1、导轴承安装：
图4电测法测量中心示意图
（1）轴承装配：
泵轴与轴瓦试装，导轴瓦顶部间隙应符合技术要求，两侧间隙各为顶部间隙的一半，下部轴承与轴颈的接触角为60°。
两端间隙差不超过间隙的10％。
（2）轴瓦应无夹渣、凹坑、裂纹或脱壳等缺陷。
（3）导轴承装配：
轴承安装在导叶体内部，其结构应为水平分缝型式，安装工作分两步进行，首先将导轴承放置在导轴承体内，悬挂机组中心线，使用钢丝线、耳机和千分尺进行初步调整，第二步是在叶轮和泵轴吊装就位后，盘车检查轴线和跳动，在盘车过程中调整轴承的中心和间隙值。
（4）导轴承第一次调整后，将下部轴承固定牢靠，上半部轴承拆除以便于安装泵轴及叶轮。
2、推力轴承安装：
轴承在安装前应进行清洗检查，清洗应在专门的清洁场所进行。
测量径向轴承、推力轴承与主轴的安装位置相对制造公差，必须符合设计要求。
按图纸安装方式，将径向组合轴承镶嵌在主轴上（此项工作在厂家已完成）。
安装注意事项如下：
（1）滚动轴承内圈和轴的配合应松紧适当，轴承外壳应均匀的压住滚动轴承的外圈。
（2）润滑剂和注油量符合相关规定。
（3）滚动轴承工作面光滑无裂纹，滚子和内圈接触良好，于外圈配合转动灵活；推力轴承的紧圈与活圈应互相平行并与轴线垂直。
（六）泵组结构部件整体调整
用琴线耳机法调整并找正叶轮外壳、导轴承、推力轴承三者之间的同心，偏差控制在0.1mm以内。
（七）底脚螺栓二期混凝土浇筑
浇筑底脚螺栓二期混凝土，待混凝土强度达到龄期要求后，拧紧底脚螺栓帽，并再次复查找正，直至满足要求。
（八）水泵转动部分安装
1、水泵叶轮检查与吊装
（1）清理、检测泵轴与叶轮连接的外径和内径，用细砂纸和油石注意除去叶轮上的高点及毛剌，修磨量适度，若过大将影响机组转动部分的轴线。
（2）叶轮检查合格后，利用临时吊装工具将叶轮吊入基坑，找正中心位置后，放置在叶轮外壳上，并用两个倒链适当固定。
2、主轴安装
清理主轴，拆去轴承上部，吊开推力轴承体；将泵轴部件调平吊入竖井坑内，从填料密封孔中穿过伸入泵体内（此时要用倒链的中间缓钩部位）。
此时填料盒套入主轴上,并缓缓与叶轮连接，将其放在导轴承上。
3、水泵转动部分找正
（1）在桥机的配合下，使用小楔子板和千斤顶调整叶轮中心。
用塞尺检查叶轮叶片与叶轮室之间的间隙是否均匀，叶轮室内表面与叶片外圆直径方向最大间隙为叶轮直径D的1/1000，半径方向（测量进水边、出水边和中间三处）间隙不超过直径方向最大间隙的40%为合格。
（2）叶轮中心调整到位后，装配水泵轴承、推力轴承，检查并调整水泵中心位置及轴线水平，应符合设备技术文件和技术规范的规定。
（3）安装泵轴密封的水封圈、填料压盖。
在安装过程中，泵壳密封填料环四周应均匀压紧，但不能过紧，压紧螺栓应保留一定的压紧余量。
在紧螺栓的过程中，人工盘动泵轴，转动应灵活，不得有偏重、卡涩、摩擦等现象。
填料函内侧，挡环与轴套的单侧径向间隙，一般为0.25mm～0.50mm。
填料接口应严密，两端搭接角度一般为45°，相邻两层填料接口应错开120°～180°。
（4）盘车测量摆度：
盘车前导轴承及推力轴承加润滑油，填料处加润滑水。
盘车方法：
机组盘车采用人力方法进行，首先清除转动部分上的杂物，确认无异物卡阻，并检查各连接螺栓紧固情况。
在水泵轴承及主轴联接法兰处，按水平和垂直方向对应的位置各装一只百分表，以手推动水泵叶轮，观察并记录百分表的读值，确认全部转动部分处于自由状态。
调整过程中以百分表密切监视。
转动部分定中心后，机组盘车及轴线调整需根据设计间隙、盘车摆度及主轴位置进行，轴承的调整应使其双侧间隙符合设计值。
（5）叶轮外壳上半部复位，测量叶片与外壳间隙。
符合要求后，将水泵轴承固定，然后对导轴承进行油压试验，合格后回装导叶体上半部。
（九）进口底座安装
水泵转动部分安装完毕后，将进口底座与叶轮外壳直接连接，在连接过程中调整进口底座的圆度。
圆度合格后，将底座与一期插筋连接固定。
（十）二期混凝土浇筑。
全部调整合格后，固定底座，并与一期混凝土的插筋连接加固，然后完成进出口底座的二期混凝土回填。
二期混凝土浇筑应采取以下防变形措施：
1、泵组调整完毕后，进出口底座外部用型钢加固牢靠，伸缩节和导叶体外部的两侧及下部用钢管拉紧器临时加固牢靠，以防止混凝土浇筑底座的过程中移位。
2、将出口底座与伸缩节的联接螺栓松开，以防止混凝土浇筑过程中，引起叶轮外壳发生位移。
3、混凝土浇筑过程中，当浇筑高度接触到前锥管时，浇筑要分层，以防止因混凝土浇筑过快，产生的浮力或压力引起底座变形。
4、在混凝土浇筑过程中，用经纬仪监测叶轮外壳法兰X、Y轴线的变化，并用水准仪监测叶轮外壳高程的变化，一旦发生变化，停止二期混凝土的浇筑，待已浇筑的混凝土终凝后，方能继续施工。
（十一）齿轮减速器安装
安装方法：
套装联轴器——吊装减速器——粗调整安装位置——精调整同心度——基础固定。
1、套装联轴器：
联轴器套装之前，分别测量联轴器内孔和输出轴的直径，如过盈量较大，可考虑将联轴器适当加温，套入轴颈，可轻轻敲入，切忌猛烈锤击。
2、减速器安装应以水泵为基准找正。
将减速器吊装到基础上预先放置好的垫铁上，按机墩上已测放出的纵横座标线和主水泵轴的实际中心粗调整减速器的位置，初步调整出轴的中心位置。
3、减速器安装后的轴向位置保证，可采用在联轴器之间加等设计间隙厚的测量块来保证轴向位置；同轴度保证，在减速器侧的联轴器齿轮箱上端安装测圆架，测量千分表指向斜轴水泵主轴，盘动减速器，进行调整。
图5同轴度测量示意图
（十二）电动机的安装
1、电动机的安装找正与减速器相同，应以减速器的输入轴为基准找正，初步调整轴孔中心位置，其同轴度偏差不应大于0.1mm，轴承座的横向水平偏差一般不超过0.2mm/m。
2、电动机与减速器联轴后，盘车检查两轴间有无折线。
调整的方法是移动电机消除折线，包括侧向和高度，再次校核同轴度，不得超过允许数值。
3、电动机与减速器联轴完成后，将电动机与机座固定。
七、劳动力组织（见表1）。
表1劳动力组织情况表
序号
人员
人数
说明
1
管理人员
1
2
技术人员
1
3
安装技工
6
其中技师2人
4
起重工
1
5
电焊工
1
协作
6
电工
1
协作
7
配合工
2
合计
13人
八、材料与设备
（一）主要材料（见表2）。
表2主要材料表
序号
材料
规格
数量
用途
1
A3钢板
δ1～10
100kg
垫铁、专用工具
2
型钢
500kg
专用工具、临时支撑
3
油脂
无水
20kg
防护、临时润滑
4
汽油
90号
20kg
清洗
5
密封胶
30支
法兰密封
6
丙酮
无水
8kg
清洗
7
电焊条
506
5kg
垫铁等焊接
8
氧气、乙炔
若干
9
其它耗材
若干
（二）机具设备（见表3）。
表3主要设备表
序号
设备
规格
数量
说明
1
桥式起重机
32/5t
1台
2
电焊机
1台
3
空压机
0.05MPa
1台
4
试压油泵
10MPa
1台
5
手拉葫芦
3t、5t
2只
6
千斤顶
5t、16t、32t
8只
7
台式钻
Φ25
1台
8
起重吊具、索具
全套
9
测量工具
全套
10
耳机、钢琴线、电池
全套
11
脚手架
若干
12
手动工具
全套
13
氧气、乙炔装置
1套
14
电机试验设备
全套
九、质量控制
（一）主要安装质量控制标准
水泵机组安装执行SL317-2004《泵站安装及验收规范》及制造厂技术要求。
1、埋件安装允许偏差见表4。
表4埋件安装允许偏差表
序号
项目
允许偏差
说明
1
中心
2mm
以机组中心线为基准
2
高程
±3mm
相对高程
3
水平
0.07mm/m
过程控制
2、固定部件安装允许偏差见表5。
表5固定部件安装允许偏差表
序号
项目
允许偏差
说明
1
导叶体法兰面与叶轮中心线的距离
±2mm
2
导叶体法兰面与X、Y基准面平行度
0.4mm/m
3
水泵轴向水平
0.1mm/m
4
水泵径向水平
0.1mm/m
5
轴承座水平轴向
0.2mm/m
6
轴承座水平径向
0.1mm/m
7
轴承同轴度
0.1mm
3、转动部分允许值见表6。
表6转动部分允许偏差表
部位
允许偏差
说明
联轴器径向同轴度
不超过0.12mm
联轴器端面同轴度
不超过0.08mm
叶片间隙
不宜超过平均间隙值的±20%
每只叶片上中下三点测量
水泵水导轴承间隙
总间隙按设计要求
浸水和温升后的膨胀量计算在内
填料函内腔间隙
不宜超过平均间隙值的±20%
轴径处摆度
小于0.03mm
联轴器侧面摆度
小于0.1mm
（二）质量保证措施
1、严格执行ISO9001：
2000质量管理体系，明确目标，责任到人。
2、把好设备进场验收关。
技术资料齐全，关键部位配合尺寸必须符合设计，设备焊缝、设备加工面、配合面等不能有影响质量的缺陷和损伤。
3、安装使用的工具、机具应处于完好状态，测量器具、量具必须经法定部门校验合格后才能使用。
4、设备部件的吊装按规定吊点起吊，特殊部位应使用专用吊具，吊装过程中杜绝碰擦、冲击。
5、部件尺寸、同轴度、摆度、水平度、高程、间隙等测量时必须避开特殊点位置，确保数据的有效性，对质量有影响的特殊点必须处理。
6、同轴度测量时悬挂的钢琴线应无曲弯，并有防晃动措施。
钢琴线与基准轴线的偏差应控制在最小范围内，不同部件相同方位的测点应在同一垂直面上。
7、部件连接面的连接螺栓紧固时必须按对称方向逐步拧紧，有密封要求的组合面密封件选择应匹配。
8、所有安装测量数据必须做好记录，每道工序必须经三级检查并及时报验合格后才能进行下道工序的安装。
十、安全措施
（一）认真贯彻执行“安全第一、预防为主”的方针，对所有作业人员进行安全教育、安全交底，明确安全职责，严格遵守安全技术操作规程。
现场设专职安全员负责检查监督。
所有特种作业人员必须得到有效的培训，并持证上岗。
（二）施工用电必须符合《施工现场临时用电安全技术规范》，配电设备符合三级配电二级保护要求，线路采用“三相五线制”，机坑、流道中照明采用36V安全电压。
定期检查维护配电设施，漏电保护器至少每星期做一次试跳试验。
（三）起重人员必须严格遵守“十不吊”规定，机组大型部件严禁二层以上叠放，做到慢吊轻放，有规定吊点专用吊具的必须正确使用，特殊吊装应有专项方案。
（四）导叶体、叶轮外壳安装时必须搭好脚手，机坑口按要求做好围栏，挂好警示牌。
（五）安装使用的汽油、丙酮等危险品，必须按要求隔离放置，有专人保管，并设置好防火等警示标志。
（六）加强现场安全保卫工作，做好进场设备材料的防盗、防火、防雨、防撞等措施，由专人巡视保卫。
十一、环保措施
（一）严格执行ISO14001：
2004环境保护管理体系，建立环境卫生管理网络，明确各级职责。
做好环境因素的识别评价工作，对工序过程的环境影响应有监视测量措施。
（二）设备材料有计划，按顺序进场，避免积压堵塞，影响吊装、施工通道的畅通。
（三）废汽油、煤油、机油设专用桶存放，统一回收，杜绝随意倾倒。
设备包装材料回收利用，废料有专用堆放场地，并定期处理。
（四）设备材料堆放有序，有状态标识。
施工现场每天清扫，有防尘措施。
局部作业范围谁施工谁清理，不留垃圾、不留零星材料工具等物品。
（五）施工过程中的制作敲击、钻孔、鸣笛等应安排在白天进行，噪声不能影院周边人员的正常工作生活，否则要采取隔音措施。
（六）设备的各种密封应保证有效，经常检查维护，杜绝产生油料渗漏造成对水体、土壤的污染。
设备结束后，表面应清理干净，并有适当的遮盖措施，直至试运行验收移交。
十二、效益分析
（一）工法规范了大型竖井贯流水泵机组安装工艺和调整方法，明确了工序衔接顺序及要求，使安装作业程序化、模块化，增强了系统性、计划性，便于工程管理。
特别是在多台机组同时安装的情况下，可以按工序分块采用流水作业方法施工，减少了工序间等待时间，缩短安装工期，将取得良好的经济效益。
如澹台湖竖井贯流泵施工安排上采用了三台水泵交叉安装的方案，从时间上看，3台水泵的安装只用了40天时间，比原计划2个月时间缩短了20天；从人员安排上，原计划施工人员15人，而实际施工人员只有11人，提高了工效，取得了较好的经济效益，这是因为：
其一，由于质量保证环节严密，避免了返工，可一次达到设备安装规范要求；其二，施工安全措施保障有力，避免重大人身、设备事故的发生；其三，按传统安装工艺，水泵安装是单件吊装、调试，而本泵站贯流泵安装，系施工采用了三件整体吊装新工艺。
（二）工法要求叶轮与外壳试装，应分三个或四个不同相对方位进行，这便于准确分析判断因生产厂家装配或加工原因造成叶片或外壳质量缺陷，有效防止因此引起的返工或机组安装质量缺陷等问题。
若叶轮与外壳预装仅在一个相对位置进行，由于叶片与外壳是近似球体，很难准确检查出叶片的长短误差或外壳的不圆度，往往在机组安装基本完成后，盘动泵轴测量叶片间隙时，才能检查出上述缺陷，常发生返工甚至返厂处理情况，严重影响工期和施工质量。
十三、应用实例
（一）工程概况
苏州市中心区防洪工程控制建筑物之一澹台湖泵站内安装3台2500ZGB20型竖井贯流泵，设计扬程1.5m,单机流量20m3/s，配套电机为800kW高速异步电机，电动机与水泵通过齿轮箱联接，减速齿轮箱传动比为5～6，传递功率800kW。
（二）实施情况
泵站现场在2007年4月30日具备主机泵安装条件，开始水泵埋件安装，到2007年6月20日机组安装结束，其中实际有效安装时间为40天，2009年3月顺利通过试运行验收。
在安装施工时采用分班组按工序交替作业，先固定部件后转动部件，严格按工序流程及质量标准施工。
在澹台湖水泵安装过程中，我们解决几个关键问题：
首先，严格控制叶轮体中心的安装位置，它是水泵安装的基准，水泵将以此基准位置进行安装；其次，严格控制导叶体水导轴承座和推力轴承座的同心度和中心位置，它将决定水泵主轴的水平度和叶轮与叶轮体的间隙，与水泵运行工况有着密切联系；第三，水泵导轴承置身于水流流道内，因此，导轴承的密封事关重要，一旦导轴承密封安装不好，导轴承内进水，将影响水泵本身安全运行，在安装时，每一导轴承的密封都要精心粘接，确保密封效果。
水泵壳体部件组合面的密封也非常重要，一旦密封效果不好，水泵在运行时将漏水，造成水泵效率低和水泵外观差；第四，水泵主轴从竖井内穿过预埋套管与转轮连接，中间要缓几次钩，一定要排好施工顺序，否则将影响水泵的安装工期与安全；第五，此类泵主轴密封不与泵本体连接，而是与混凝土的埋件连接，这要保证埋件与泵体同轴度；第六，电机与减速箱、减速箱与水泵的同轴度要严格控制，以降低水泵运行的噪音。
从整个安装过程看是比较顺利的，虽然在施工过程中由于其它原因耽误了较长时间，但采用了合理的施工工艺流程和方法，缩短了实际安装时间，保证工程总工期。
（三）工程监测和质量情况
本工程水泵机组安装过程中除现场监理的正常检查验收外，工程建设处另委托了一个监测单位，对安装全过程进行跟踪监督检查。
每道工序经过报验并在各方检查验收合格后才能进行下道工序安装，从而保证了机组整体安装质量。
在机组试运行中未出现安装质量问题，运行平稳，各种检测数据符合规定要求。
审核：
冯文彬王启才
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