趙通，王國輝，屈博興

（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽618000）

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苗尾水電站350 MW水輪機(jī)座環(huán)的安裝

趙通，王國輝，屈博興

（東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司，四川德陽618000）

本文介紹了苗尾水電站350 MW水輪機(jī)座環(huán)的結(jié)構(gòu)，詳細(xì)敘述座環(huán)的安裝工藝和焊接工藝，對座環(huán)過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié)，為后續(xù)機(jī)組安裝及同類型問題的分析處理提供參考和借鑒。

水輪機(jī)；座環(huán)；安裝；焊接；苗尾水電站

1　概述

苗尾水電站位于云南省大理白族自治州云龍縣苗尾傈僳族自治鄉(xiāng)苗尾村附近瀾滄江河段上，電站安裝4臺單機(jī)容量350MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 400MW，多年平均年發(fā)電量單獨運行時為61.23億kW·h。電站4臺套水輪機(jī)及其附屬設(shè)備由東方電氣集團(tuán)東方電機(jī)有限公司研制。在水輪機(jī)座環(huán)安裝期間，由于廠房橋機(jī)還未安裝，現(xiàn)場交叉作業(yè)較多，致使座環(huán)安裝施工難度加大。在深入分析和研究現(xiàn)有條件后，經(jīng)過不斷對座環(huán)的安裝工藝和方法進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，保證了安裝質(zhì)量和精度。

2　座環(huán)的結(jié)構(gòu)特點

苗尾水輪機(jī)座環(huán)裝配由基礎(chǔ)環(huán)、座環(huán)本體和支持環(huán)組成，座環(huán)裝配高5 674.5mm，重194 t。為滿足運輸條件，座環(huán)本體分為6瓣，支持環(huán)分4瓣，基礎(chǔ)環(huán)分2瓣?；A(chǔ)環(huán)、支持環(huán)與座環(huán)本體均采用工地焊接方式連接。座環(huán)本體、支持環(huán)分瓣面采用螺栓把合后工地焊接型式。座環(huán)用地腳螺栓固定在混凝土支墩上，機(jī)坑里襯在工地焊接到座環(huán)上，在座環(huán)下環(huán)板上設(shè)置灌漿孔和排氣孔。在座環(huán)的底環(huán)安裝面和頂蓋安裝面均留有工地加工余量，需現(xiàn)場進(jìn)行銑削加工。

圖1　水輪機(jī)座環(huán)裝配簡圖

表1　分瓣座環(huán)起吊方式選擇分析表

3　安裝工藝

3.1基礎(chǔ)環(huán)的組焊

基礎(chǔ)環(huán)在安裝間拼裝組圓，將其直徑、圓度和錯牙等調(diào)整合格后再焊接基礎(chǔ)環(huán)對接焊縫。焊接時應(yīng)先焊立向焊縫再進(jìn)行水平焊縫的焊接，并采用對稱多層窄道及分段退步焊接。由于基礎(chǔ)環(huán)立圈采用不銹鋼復(fù)合鋼板，因此在不銹鋼側(cè)應(yīng)采用不銹鋼焊條進(jìn)行焊接?；A(chǔ)環(huán)焊接完成吊入機(jī)坑，待座環(huán)本體安裝完成后再與其組焊為一體。

3.2座環(huán)的組裝

由于帶舌板的一瓣座環(huán)重約33.34 t，其余五瓣重約26.5 t，現(xiàn)場采用一臺M1500和一臺M1200塔機(jī)進(jìn)行座環(huán)吊裝，M1500塔機(jī)距離機(jī)組中心線52.72m，塔機(jī)在55m臂長時起重容量為25.49 t；M1200塔機(jī)距離機(jī)組中心線49.64m，塔機(jī)在50m臂長時起重容量為22 t。受起重設(shè)備限制，座環(huán)分瓣吊入機(jī)坑進(jìn)行拼裝組圓，分瓣座環(huán)在吊裝時還需根據(jù)起吊距離和重量采用不同的吊裝方法，六瓣座環(huán)的起吊方式如表1所示，座環(huán)編號如圖2所示。

圖2　座環(huán)分瓣及編號示意圖

圖3　分瓣座環(huán)采用平衡梁抬吊示意圖

分瓣座環(huán)運至工地后，利用75 t汽車吊和M1500塔機(jī)進(jìn)行座環(huán)翻身。將需要抬吊的三瓣座環(huán)采用M1500塔機(jī)吊至蝸殼二期基坑內(nèi)，分別將第1瓣和第2瓣采用平衡梁由M1500和M1200兩臺塔機(jī)共同抬吊至安裝位置進(jìn)行拼裝并加固，平衡梁抬吊示意圖如圖3所示。采用M1500塔機(jī)將第3瓣直接吊裝至安裝位置進(jìn)行拼裝和加固，待第6瓣抬吊就位后再采用M1500塔機(jī)進(jìn)行第4瓣和第5瓣座環(huán)的吊裝工作。

座環(huán)拼裝組圓后，調(diào)整座環(huán)水平，掛設(shè)鋼琴線測量座環(huán)的圓度，同時還需對分瓣面兩側(cè)以及軸線兩側(cè)底環(huán)把合螺孔間弦距進(jìn)行測量，以檢查分瓣面兩側(cè)螺孔位置和軸線位置是否準(zhǔn)確。各項數(shù)據(jù)調(diào)整合格后，將座環(huán)組合螺栓把緊并點焊固定，并采用“U”型搭板對座環(huán)分瓣面組合縫搭焊固定，將座環(huán)地腳螺栓把緊，準(zhǔn)備進(jìn)行座環(huán)分瓣面對接焊縫的焊接工作。

3.3座環(huán)的焊接

座環(huán)焊接必須由持有資質(zhì)認(rèn)證的全位置手工焊合格焊工進(jìn)行，焊接前需根據(jù)規(guī)范和合同要求組織焊工進(jìn)行考試。由于苗尾電站廠房為地面廠房，水輪機(jī)座環(huán)安裝時廠房還未建成，廠房不具備遮雨、擋風(fēng)和防曬功能，因此焊接前在座環(huán)外圍搭設(shè)施焊工作平臺的同時，并用篷布等材料搭設(shè)遮雨棚，減少風(fēng)速、濕度、溫度等因素對座環(huán)焊接質(zhì)量的影響，在蝸殼焊接前也需搭設(shè)遮雨棚。座環(huán)組焊焊縫的焊接采用手工電弧焊，焊接使用的直流弧焊機(jī)需經(jīng)常維護(hù)和保養(yǎng)，定期檢查，使之處于完好狀態(tài)，對焊接設(shè)備進(jìn)行可靠接地，確保焊接工作的正常進(jìn)行。

為減小焊接變形，焊接前在座環(huán)中心架設(shè)水準(zhǔn)儀，以便焊接時運用水準(zhǔn)儀和銦鋼尺監(jiān)測座環(huán)上下環(huán)板及座環(huán)底板的水平變化情況；在座環(huán)上下環(huán)板組合縫兩側(cè)打上樣沖點，以便焊接時每焊一層均利用游標(biāo)卡尺測量焊縫的收縮情況；在座環(huán)上架設(shè)鋼琴線，使用內(nèi)徑千分尺采用電測法監(jiān)測座環(huán)上下環(huán)板的圓度和同心度；開焊后，每隔一段時間，利用全站儀對座環(huán)的方位變化進(jìn)行監(jiān)測。以上監(jiān)測數(shù)據(jù)如發(fā)現(xiàn)異常變化則應(yīng)立即停止焊接，調(diào)整焊接速度、線能量或焊接工位，直至合格為止。所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均需做詳細(xì)記錄和分析，監(jiān)測示意圖如圖4所示。

焊縫待焊表面和坡口需在焊接前進(jìn)行清理和打磨，保證焊縫及其附近范圍內(nèi)不得有油污、鐵銹、油漆等有害焊接質(zhì)量的雜質(zhì)，坡口應(yīng)露出金屬光澤。在座環(huán)焊縫上鋪設(shè)加熱片，以便在焊接前進(jìn)行預(yù)熱，焊接過程中保證溫度不低于預(yù)熱溫度，在焊接完成后進(jìn)行消氫處理。座環(huán)焊接用焊條的烘焙和發(fā)放由專人負(fù)責(zé)，焊條必須按要求進(jìn)行烘焙，烘焙后的焊條應(yīng)保存在恒溫箱內(nèi)，焊條領(lǐng)用必須使用焊條保溫筒，到達(dá)焊接工位后應(yīng)及時通電，領(lǐng)出的焊條放在焊條保溫筒內(nèi)時間不能太長，否則應(yīng)重新烘焙，焊條重復(fù)烘焙次數(shù)不得超過3次。座環(huán)組合焊縫焊接前，需采用電加熱片對待焊區(qū)進(jìn)行預(yù)熱，使待焊區(qū)及其附近范圍內(nèi)達(dá)到要求溫度并保溫。

圖4　座環(huán)焊接變形監(jiān)測示意圖

座環(huán)組合焊縫焊接時，應(yīng)采用多層、窄道、分段、對稱、退步的焊接方法，打底和蓋面采用Φ3.2焊條進(jìn)行焊接，除打底和蓋面外，每層焊縫焊接完成后均需進(jìn)行錘擊消除應(yīng)力，并嚴(yán)格按照焊接工藝指導(dǎo)書要求控制焊接電流和電壓。

座環(huán)本體應(yīng)按以下順序進(jìn)行焊接：上下環(huán)板→座環(huán)立圈→座環(huán)底板→過渡板。座環(huán)上下環(huán)板由12名焊工同時對稱施焊，焊接速度盡可能一致。上下環(huán)板焊接時應(yīng)按圖5所示進(jìn)行，先焊接上環(huán)板正面、下環(huán)板背面坡口一定量后，再焊接上環(huán)板背面、下環(huán)板正面坡口，其方向均為由內(nèi)向外，如此交替焊接直至坡口填滿，清理端部并封頭。座環(huán)立圈和座環(huán)底板焊接時，均需進(jìn)行清根焊透，焊縫兩側(cè)坡口應(yīng)交替焊接。為減小座環(huán)底板焊接變形，焊接前應(yīng)采用槽鋼將座環(huán)底板與錐管搭焊在一起，座環(huán)底板的焊接由6名焊工同時對稱施焊。座環(huán)組合焊縫焊接完成后，需按圖紙要求進(jìn)行磁粉和超聲波探傷，座環(huán)上下環(huán)板均需雙面進(jìn)行超聲波探傷。座環(huán)組合焊縫探傷合格，將跨分瓣面過渡板配割、安裝和定位焊接，如圖6所示，先焊接過渡板立縫，再焊接平焊縫，過渡板焊縫焊接完成需超聲波探傷，過渡板探傷合格后裝焊導(dǎo)流板。

3.4座環(huán)和基礎(chǔ)環(huán)的安裝

座環(huán)組焊完成后，調(diào)整座環(huán)水平，使固定導(dǎo)葉中心線在規(guī)范要求以內(nèi)，復(fù)測座環(huán)的圓度、軸線和底環(huán)把合螺孔方位，均滿足要求后調(diào)整座環(huán)的水平、中心和高程，將座環(huán)地腳螺栓把緊，完成座環(huán)本體的安裝工作。

圖5　座環(huán)上下環(huán)板焊接示意圖

圖6　過渡板焊接示意圖

將吊裝就位的基礎(chǔ)環(huán)頂起，調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)下環(huán)板的水平、方位和高程，掛設(shè)鋼琴線測量和調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)間的同軸度，調(diào)整合格后對基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)間環(huán)縫進(jìn)行定位焊接，并采用槽鋼將基礎(chǔ)環(huán)與錐管搭焊在一起，以減小座環(huán)底板的焊接變形。由于基礎(chǔ)環(huán)立圈采用不銹鋼復(fù)合鋼板，基礎(chǔ)環(huán)內(nèi)側(cè)焊縫采用不銹鋼焊條焊接?；A(chǔ)環(huán)與座環(huán)間環(huán)縫由6名焊工同時焊接，應(yīng)采用多層、多道、分段、對稱、退步的焊接方法，焊接完成后需進(jìn)行探傷。基礎(chǔ)環(huán)裝焊探傷合格，配割和裝焊錐管湊合節(jié)，安裝集水盒等座環(huán)本體附件。

3.5支持環(huán)的安裝和焊接

為保證蝸殼焊接時有足夠的焊接空間，防止焊接支持環(huán)與座環(huán)間焊縫時造成已調(diào)整好的座環(huán)變形，支持環(huán)的安裝應(yīng)在蝸殼裝焊完成后進(jìn)行。受起重設(shè)備限制，支持環(huán)分瓣吊入機(jī)坑拼裝組圓。支持環(huán)組圓時，調(diào)整支持環(huán)的水平和錯牙，掛設(shè)鋼琴線測量支持環(huán)的圓度，采用游標(biāo)卡尺測量分瓣面兩側(cè)頂蓋把合螺孔的弦距以及軸線到軸線兩側(cè)頂蓋把合螺孔的弦距，以上參數(shù)均調(diào)整滿足要求后，將支持環(huán)分瓣面把合螺栓把緊并點焊固定。支持環(huán)與座環(huán)間通過止口配合，為便于支持環(huán)圓度的調(diào)整，應(yīng)在支持環(huán)與座環(huán)間加墊，使支持環(huán)在座環(huán)止口外，在支持環(huán)組合焊縫焊接探傷合格后再裝入座環(huán)止口。

支持環(huán)焊接前需先采用“U”型搭板進(jìn)行加固，并使用型鋼在支持環(huán)內(nèi)側(cè)裝焊兩層支撐加固，以減小焊接變形，焊接前需在焊縫清根側(cè)進(jìn)行定位焊接。支持環(huán)組合焊縫焊接時，先焊接縱縫再焊接上環(huán)板對接焊縫。支持環(huán)縱縫為X型對稱焊接坡口，焊接時由4名焊工從內(nèi)側(cè)由下到上進(jìn)行焊接，焊接時應(yīng)采用多層、窄道焊接，支持環(huán)兩側(cè)坡口交替焊接至焊縫焊接完成。在焊接過程中，需對支持環(huán)的圓度、水平等實時監(jiān)測，并根據(jù)監(jiān)測結(jié)果隨時調(diào)整焊接的順序和速度，以實現(xiàn)對支持環(huán)圓度、水平度的矯正。支持環(huán)縱縫及上環(huán)板對接焊縫焊接完成并探傷合格后，復(fù)測支持環(huán)的圓度、水平等數(shù)據(jù)。支持環(huán)分瓣面兩側(cè)頂蓋把合螺孔堵板在組合焊縫探傷合格后裝焊。

將支持環(huán)與座環(huán)間的墊塊取出，將拼焊組圓的支持環(huán)落入座環(huán)止口內(nèi)。再次通過測量底環(huán)把合螺孔與座環(huán)軸線間的弦距、頂蓋把合螺孔與支持環(huán)軸線間的弦距，以復(fù)核座環(huán)與支持環(huán)軸線的準(zhǔn)確性，將支持環(huán)與座環(huán)間軸線調(diào)整重合；掛設(shè)鋼琴線，測量和調(diào)整支持環(huán)與座環(huán)的同軸度；測量支持環(huán)上法蘭面至導(dǎo)水機(jī)構(gòu)中心線的距離，調(diào)整支持環(huán)上法蘭面的高度和水平。以上測量數(shù)據(jù)均滿足要求后，將支持環(huán)與座環(huán)間螺柱把緊并點焊固定，裝焊“U”型搭板進(jìn)行加固。

支持環(huán)與座環(huán)間焊縫由8名焊工同時焊接，需采用多層、窄道、對稱焊接的焊接方式，每班開焊前需測量支持環(huán)的圓度，以便及時根據(jù)測量數(shù)據(jù)調(diào)整焊接順序。支持環(huán)裝焊完成后采用全站儀對座環(huán)軸線、底環(huán)把合螺孔和頂蓋把合螺孔的方位進(jìn)行測量，將測量數(shù)據(jù)與底環(huán)和頂蓋相應(yīng)通孔的方位尺寸進(jìn)行比較分析，以確定是否需要對頂蓋上相應(yīng)通孔進(jìn)行處理。

4　優(yōu)化建議

支持環(huán)與座環(huán)采用螺柱把合后焊接的型式，焊接前支持環(huán)與座環(huán)主要依靠止口定位。由于座環(huán)和支持環(huán)均需在工地現(xiàn)場進(jìn)行拼裝和焊接，受運輸、安裝和焊接等綜合因素影響，支持環(huán)與座環(huán)均存在不同程度的變形，而支持環(huán)與座環(huán)間止口配合間隙較小，在調(diào)整支持環(huán)與座環(huán)間同軸度和方位時，該配合止口將成為約束條件。同時，支持環(huán)上的頂蓋把合螺孔已在廠內(nèi)加工完成，為保證導(dǎo)水機(jī)構(gòu)各零部件順利安裝，現(xiàn)場需將支持環(huán)與座環(huán)的同軸度和軸線偏差調(diào)整到盡可能小，現(xiàn)場在調(diào)整支持環(huán)與座環(huán)間同軸度時，不得不對座環(huán)上的止口進(jìn)行修磨。為保證支持環(huán)的安裝質(zhì)量，并且便于施工，建議取消該止口配合。另外，還可在取消止口配合后，在支持環(huán)與座環(huán)相臨的兩個把合法蘭中間增加1件法蘭，現(xiàn)場將支持環(huán)與座環(huán)間相對位置調(diào)整完成后，鉆鉸錐銷孔，安裝定位銷，實現(xiàn)支持環(huán)與座環(huán)間定位，避免支持環(huán)與座環(huán)間組合焊縫焊接時發(fā)生位移或變形，即采用12件圓錐銷替代止口配合。

5　結(jié)語

水輪機(jī)座環(huán)是水輪機(jī)重要的承重和引水部件，是機(jī)組長期安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵部位。在苗尾水電站水輪機(jī)座環(huán)安裝過程中，通過合理安排安裝工序，嚴(yán)格控制安裝質(zhì)量，目前已順利完成所有座環(huán)的安裝和焊接工作，各項驗收參數(shù)均優(yōu)于合同和規(guī)范要求，各部件安裝質(zhì)量和安裝效率均保持在較高水平。隨著我國水電設(shè)備不斷走向國外，合理有效的提升水輪機(jī)座環(huán)的安裝質(zhì)量和效率已成為機(jī)組安裝質(zhì)量和提高施工效率的重要工藝。在此對水輪機(jī)座環(huán)安裝過程中積累的一些經(jīng)驗進(jìn)行淺述，希望能夠為其他電站機(jī)組的設(shè)計和安裝提供一些參考。

[1]王國輝.龍灘水電站座環(huán)現(xiàn)場焊接[J].東方電機(jī)，2007，35（2）:18-22.

[2]王國輝，屈博興，趙通.官地水電站座環(huán)現(xiàn)場焊接[C]//雅礱江下游水電站機(jī)電設(shè)備安裝技術(shù)論文集,2013.

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TK730.3

B

1672-5387（2016）02-0060-04

10.13599/j.cnki.11-5130.2016.02.018

2015-05-29

趙通（1989-），男，助理工程師，從事水輪機(jī)安裝技術(shù)指導(dǎo)工作。