丁 世 川， 張 冰 雪， 王 開 柱， 刁 楠， 張 志 新

(1.中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610016；2.中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司，四川 樂山 614013)

1 概 述

安谷水電站大機(jī)組下機(jī)架為負(fù)荷機(jī)架，承受轉(zhuǎn)動部件的所有重量、下機(jī)架自重、環(huán)形吊車、下導(dǎo)軸承和推力軸承重量、水輪發(fā)電機(jī)組軸向水推力以及各種工況下的徑向、切向負(fù)荷。推力軸承為彈簧受力結(jié)構(gòu)，要求推力軸承座安裝水平精度達(dá)到0.02 mm/m，并要求下機(jī)架組裝焊接過程中嚴(yán)格控制變形，才能滿足下機(jī)架的安裝技術(shù)要求。

下機(jī)架為輻射形焊接承重結(jié)構(gòu)，由1個中心體與12個支臂在現(xiàn)場組裝、焊接成剛性整體。下機(jī)架組裝后其最大外徑為12 800 mm，最大高度達(dá)到4 300 mm，裝配后總重約160 t；中心體重約69.9 t，每個支臂重約7.5 t。

2 新增下機(jī)架工位

根據(jù)安谷水電站進(jìn)度計劃，明確安谷水電站首臺機(jī)于2014年9月發(fā)電，后續(xù)機(jī)組間隔3個月發(fā)電，因其安裝工期短，下機(jī)架焊接及預(yù)裝后放置占用工位時間長，如按計劃實施，后續(xù)機(jī)組下機(jī)架組裝將導(dǎo)致2#和3#機(jī)組無法實現(xiàn)發(fā)電目標(biāo)。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，我們提出利用2#機(jī)和3#機(jī)調(diào)速器設(shè)備安裝位置增設(shè)一個下機(jī)架組裝工位、采用工字鋼和鋼板鋪設(shè)作為下機(jī)架拼裝工裝平臺的方案，經(jīng)設(shè)計院校核調(diào)速器部位樓板梁可滿足平臺及下機(jī)架承重要求。

根據(jù)下機(jī)架設(shè)備布置位置，下機(jī)架中心體位置平臺采用I20字鋼和50 mm厚鋼板鋪設(shè)平臺，其余孔洞(調(diào)速器油箱孔、調(diào)速器油罐孔、調(diào)速器柜孔等)用I20工字鋼和30 mm厚鋼板鋪設(shè)平臺。根據(jù)承重要求下，機(jī)架布置后有2個支臂超過2#、3#機(jī)分縫線，為保證施工作業(yè)及安全，在2#、3#機(jī)分縫線位置鋪設(shè)30 mm厚鋼板并延伸至3#機(jī)段作為支臂調(diào)整及安全平臺，在鋼板臨邊處設(shè)欄桿防護(hù)并與其它防護(hù)欄桿相連。

3 下機(jī)架安裝的主要工作內(nèi)容

下機(jī)架安裝主要有以下工作：施工準(zhǔn)備、下機(jī)架支臂組裝焊接、下機(jī)架回裝。

3.1 下機(jī)架支臂組焊

(1) 施工準(zhǔn)備。

下機(jī)架焊接場地準(zhǔn)備:場地內(nèi)應(yīng)無影響下機(jī)架拼裝、焊接、測量的雜物，采用楔子板調(diào)整中心體高程和水平。支墩布置好后將其焊于地面鋼板上；在每條支臂內(nèi)側(cè)和外側(cè)各布置兩個管式支撐，并將管式支撐焊于地面鋼板。

下機(jī)架中心體及支臂的清理：除去焊接部位的保護(hù)板、防銹劑，清理坡口50 mm范圍內(nèi)的油漆、油污、熔渣等異物，焊接部位應(yīng)打磨至有金屬光澤；清理并修整下機(jī)架基礎(chǔ)螺孔并復(fù)核下機(jī)架基礎(chǔ)螺孔至推力軸承座安裝面的垂直距離。將下機(jī)架管路連接部位及儀表安裝孔密封，防止焊接過程中融化的金屬飛濺對其造成損傷；制造廠內(nèi)未對支臂中心進(jìn)行標(biāo)記，施工現(xiàn)場利用樣沖標(biāo)記支臂各中心點以用于下機(jī)架半徑、弦距、垂直度等尺寸的測量。

(2)下機(jī)架組裝。

將中心體吊至支墩并用楔子板調(diào)整其水平，推力軸承座安裝面確認(rèn)水平度≤0.02 mm/m，下導(dǎo)軸承瓦座確認(rèn)水平度≤0.02 mm/m。

中心體水平度滿足要求后，根據(jù)制造廠內(nèi)中心體、支臂標(biāo)記進(jìn)行支臂掛裝，利用工藝定位塊對支臂進(jìn)行臨時固定，支臂掛裝時應(yīng)對稱吊入，防止支臂意外傾倒，造成連鎖反應(yīng)。

支臂吊入到位后，復(fù)測中心體水平度，待其滿足要求后，采用鋼琴線找中心的方法(鋼琴線直徑為0.3 mm)測量基準(zhǔn)面為推力軸承座安裝面止口、下導(dǎo)軸承調(diào)整螺栓安裝面，將鋼琴線調(diào)整至中心體中心，用于支臂半徑測量，中心距偏差<0.05 mm。

支臂吊入到位，進(jìn)行下機(jī)架結(jié)構(gòu)件的調(diào)整工作，調(diào)整時應(yīng)注意以下幾點：

① 下機(jī)架半徑及弦距無法一次調(diào)整到位，工藝定位塊螺栓不得一次全部擰緊；

② 下機(jī)架安裝基礎(chǔ)面E4、制動器安裝座面E3為機(jī)加工面，在調(diào)整E4、E3水平度時每條支臂上的E4、E3面測點不得少于2個。測點為2個時，應(yīng)呈對角線布置，單個支臂安裝基礎(chǔ)面、制動器安裝座面水平度≤0.2 mm，整圈水平度≤2 mm；

③ 支臂半徑調(diào)整時焊接收縮量按5 mm控制；

④ 下機(jī)架基礎(chǔ)連接面至推力軸承座安裝面高度H為主控項目，焊接時支臂外沿會有上抬量，為保證下機(jī)架焊接完成后上述高度符合制造廠的技術(shù)要求，下機(jī)架基礎(chǔ)連接面至推力軸承座安裝面高度H應(yīng)按照正公差調(diào)整。

待各項數(shù)據(jù)滿足要求后，按圖1所示順序焊接周向支撐。周向支撐分為上下兩層，共計24根。周向支撐焊接完成后復(fù)測各項數(shù)據(jù)，按圖2所示順序焊接U型加強(qiáng)板，焊接時應(yīng)首先焊接中間位置U型加強(qiáng)板，焊接完后復(fù)測各項數(shù)據(jù)。

圖1 下機(jī)架俯視圖

圖2 下機(jī)架剖面圖

表1 下機(jī)架焊接后技術(shù)要求表

(3)下機(jī)架焊接。

下機(jī)架結(jié)構(gòu)件母材為Q345-B，焊接方式采用手工電弧焊，焊接材料使用制造廠提供的E507焊條。焊接后的技術(shù)要求見表1。

① 定位焊。

在焊接破口位置放置加熱器對焊接部位進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不得低于80 ℃；預(yù)熱溫度不足時，采取火焰加熱；焊條進(jìn)行烘焙處理，烘焙溫度采用廠家推薦溫度，焊條使用時應(yīng)放置于100 ℃～120 ℃保溫桶內(nèi)，隨用隨取。

定位焊接時按照以下步驟實施：先焊接腹板，再焊接下部環(huán)縫，最后焊接上部環(huán)縫。定位焊應(yīng)從焊縫中間位置開始，由內(nèi)向外施焊，每段焊縫長度約100 mm，間隔約200 mm，厚度約10 mm。定位焊過程中利用百分表監(jiān)視支臂變形量，如焊接變形量超過0.5 mm時停止焊接工作，待其冷卻后再次測量，此時變形量仍然大于0.5 mm，在與現(xiàn)場技術(shù)人員商討后，調(diào)整了焊接順序。

② 正式焊接。

定位焊完成后，松開管式支撐，間隙保證量為3～4 mm，使支臂處于自由狀態(tài)。此時再次測量下機(jī)架各項數(shù)據(jù)，滿足要求后進(jìn)行正式焊接。

由6名焊工同時、同步、同向、同速焊接。焊接時采用多層多道、分段退焊、對稱施焊的方式進(jìn)行。

首先進(jìn)行立焊。為防止焊接變形，每個支臂的正式焊接順序見圖3：按照①所示的123456順序焊接立焊，然后進(jìn)行環(huán)縫焊接，焊接順序如圖3所示②③順序焊接。在坡口的背側(cè)采用碳弧氣刨的方式清根，清根后須除去氧化層后方可進(jìn)行清根側(cè)的焊接工作。對于焊縫較大的部位(焊縫寬度超過4 mm)，于坡口兩側(cè)采取堆焊的方式以減小焊縫寬度。

焊接過程中，采用百分表監(jiān)視支臂變形量，如焊接變形量超過0.5 mm時停止焊接工作，待冷卻后再次測量，此時變形量仍然大于0.5 mm。在與現(xiàn)場技術(shù)人員商討后調(diào)整了焊接順序。同時，每天焊接開始前對下機(jī)架各項結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行檢查，特別對推力軸承座處的水平進(jìn)行監(jiān)測，如有變形量較大的情況出現(xiàn)，調(diào)整焊接順序予以調(diào)節(jié)。

所有焊縫完成后，對焊縫及焊縫周圍的區(qū)域進(jìn)行打磨處理，焊后冷卻24 h后進(jìn)行MT、UT探傷檢驗，待檢驗合格后，按照下機(jī)架圖紙尺寸進(jìn)行檢驗，合格后進(jìn)行焊縫刷漆，至此，下機(jī)架組裝工作正式結(jié)束。

圖3 下機(jī)架焊接順序圖

3.2 下機(jī)架預(yù)裝

(1)準(zhǔn)備工作。

① 清掃下機(jī)架預(yù)埋基礎(chǔ)方鋼，在基礎(chǔ)板上布置好下機(jī)架基礎(chǔ)專用楔子板，并將其高程調(diào)整至設(shè)計高程，楔子板整體水平度≤1 mm，以減少下機(jī)架吊入后的調(diào)整工作量。將基礎(chǔ)板地腳螺栓吊入預(yù)留二期混凝土孔中。

② 準(zhǔn)備好水平橫梁，于轉(zhuǎn)輪室內(nèi)搭設(shè)好轉(zhuǎn)輪室測量平臺。

③ 檢查推力軸承安裝面的水平，檢查、清掃與下機(jī)架基礎(chǔ)板連接的接觸面和螺栓用孔、銷孔，確認(rèn)各連接面上無毛刺、高點。

④ 安裝下機(jī)架蓋板，下機(jī)架吊入機(jī)坑后可起到與水輪機(jī)作業(yè)面的隔離作用，并可用作施工平臺。

(2)調(diào)整工作。

安谷水電站大機(jī)為軸流轉(zhuǎn)槳式機(jī)組，機(jī)組中心以轉(zhuǎn)輪室中心為基準(zhǔn)，機(jī)組安裝高程以座環(huán)高程為基準(zhǔn)，下機(jī)架為推力軸承不可調(diào)式承重機(jī)架，油槽蓋無軸向密封，下機(jī)架支臂基礎(chǔ)連接面下部設(shè)計有5 mm的設(shè)計調(diào)整量，用于消除下機(jī)架基礎(chǔ)方鋼預(yù)埋和下機(jī)架支臂焊接時因焊接變形造成的尺寸偏差。

下機(jī)架吊入機(jī)坑后，在發(fā)電機(jī)層安放好水平橫梁懸掛鋼琴線，鋼琴線直徑為0.5 mm，以轉(zhuǎn)輪室中心為基準(zhǔn)將鋼琴線調(diào)整至中心，中心偏差不得大于0.05 mm，然后開始下機(jī)架的正式調(diào)整工作。

《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 5113.3-2012)上、下機(jī)架安裝質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)見表2。

表2 下機(jī)架安裝質(zhì)量評定標(biāo)準(zhǔn)表

由表2可見：針對機(jī)架中心偏差、機(jī)架高程偏差，制造廠安裝質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)高于《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》(DL/T 5113.3-2012)。因此，在高程調(diào)整過程中，應(yīng)將高程偏差調(diào)整至正偏差，即實際高程高于設(shè)計高程，以便于二期混凝土澆筑后進(jìn)行水平、中心的微調(diào)工作。 下機(jī)架安裝數(shù)據(jù)滿足要求后可進(jìn)行二期混凝土澆筑。

(3)配鉆銷孔。

混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，復(fù)核安裝數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)合格后，開始配鉆下機(jī)架銷孔。銷孔配鉆完成后，吊出下機(jī)架，此時應(yīng)注意將基礎(chǔ)板上的調(diào)整墊做好標(biāo)記，以免下機(jī)架回裝時造成二次調(diào)整、增加工作量。

3.3 下機(jī)架回裝

下機(jī)架吊出機(jī)坑、放置在組裝工位、進(jìn)行下機(jī)架附件的安裝工作，待下機(jī)架以下水輪機(jī)設(shè)備安裝完成后，將下機(jī)架吊入機(jī)坑回裝，檢查下機(jī)架高程、水平安裝數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)合格后進(jìn)行下一步工作。

4 結(jié) 語

安谷水電站下機(jī)架安裝精度高，需要在組裝、焊接過程中嚴(yán)格控制組裝尺寸及焊接變形，特別是推力軸承座的水平度控制是整個下機(jī)架安裝的重點，關(guān)系到推力軸承受力是否均勻和機(jī)組穩(wěn)定運行。所增設(shè)的下機(jī)架組裝工位順利地解決了兩臺機(jī)下機(jī)架同時占有工位的難題，也實現(xiàn)了2#、3#機(jī)組按期發(fā)電的目標(biāo)。通過對下機(jī)架組裝及安裝的質(zhì)量控制，下機(jī)架組裝焊接及安裝滿足廠家圖紙技術(shù)要求，在機(jī)組運行過程中推力瓦受力均勻，瓦溫偏差為3℃左右，運行情況良好。