王勝軍，董政淼

（1.國網(wǎng)新源控股有限公司，北京市 100052；2.河南天池抽水蓄能有限公司，河南省南陽市 473000）

1 工程概況

河南天池抽水蓄能電站裝機(jī)容量1200MW（4×300MW），額定轉(zhuǎn)速500r/min，轉(zhuǎn)輪直徑3920mm，水輪機(jī)工況額定水頭510m。該電站蝸殼由19個(gè)單節(jié)、進(jìn)水管3節(jié)、進(jìn)口法蘭組成，座環(huán)由19張固定導(dǎo)葉、1張鼻端導(dǎo)葉組成。其蝸殼材質(zhì)為B610CF，座環(huán)材質(zhì)為S460N-Z35。蝸殼座環(huán)設(shè)計(jì)壓力為8.618MPa，組裝后重量約 120t。

2 施工難點(diǎn)

天池抽水蓄能電站蝸殼座環(huán)為整體結(jié)構(gòu)，無分瓣，上、下法蘭面均為精加工面，沒有二次加工余量，廠家設(shè)計(jì)要求蝸殼座環(huán)混凝土澆筑前后上、下法蘭面均不大于0.15mm 。因此，如何采取有效的工藝措施，控制焊接變形、安裝精度及混凝土澆筑位移變化，是施工過程中的難點(diǎn)[1]。

3 工藝流程

依據(jù)廠家水泵水輪機(jī)安裝指導(dǎo)手冊，蝸殼座環(huán)安裝的工藝流程如下：

施工準(zhǔn)備→蝸殼座環(huán)拼裝→蝸殼座環(huán)組合縫焊接→蝸殼座環(huán)吊入機(jī)坑→蝸殼打壓工裝安裝→蝸殼水壓試驗(yàn)→蝸殼座環(huán)保壓澆筑→最終數(shù)據(jù)復(fù)測→進(jìn)入下道工序[2]。

4 施工安排

4.1 蝸殼座環(huán)拼裝

因運(yùn)輸尺寸限制，該電站蝸殼座環(huán)分4部分（見圖1）運(yùn)輸至工地拼焊為整體。蝸殼座環(huán)運(yùn)至現(xiàn)場后，用廠房250t橋機(jī)吊至預(yù)先布置的鋼支墩上，測量座環(huán)上下環(huán)板圓度及同心度、法蘭面水平及平行度，作為焊接時(shí)監(jiān)控基準(zhǔn)。

圖1 蝸殼座環(huán)示意圖Figure 1 Schematic diagram of spiral case and stay ring

蝸殼瓦片組拼時(shí)，依次吊裝蝸殼Ⅱ、蝸殼Ⅰ及進(jìn)水段，調(diào)整至裝配間隙不大于4mm、過流面錯(cuò)牙不大于1.5mm，對蝸殼本體及瓦片進(jìn)行裝配固定，對每條焊縫內(nèi)外裝配騎馬塊以減少焊接變形量，再次按照蝸殼裝配檢查表對相關(guān)尺寸進(jìn)行復(fù)測并記錄。

4.2 蝸殼座環(huán)組合縫焊接

焊前采用電加熱法進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不低于80℃，預(yù)熱范圍應(yīng)至少覆蓋從坡口邊緣起100mm或板厚的3倍（取兩者的較小值），現(xiàn)場測溫點(diǎn)設(shè)在加熱的背面且距離坡口邊緣約50mm位置處。

現(xiàn)場定位焊時(shí)，焊縫長度控制在50～80mm內(nèi)，焊縫間距控制在200～300mm內(nèi)，且焊縫厚度不大于10mm，并采用與正式焊接相同的焊接工藝。正式焊接過程中，所有仰焊和立焊必須爬坡焊接，并采取碳弧氣刨背面清根，保證坡口內(nèi)氧化物和滲碳層清理干凈，并進(jìn)行MT無損檢測。同時(shí)，所有焊縫在焊后且溫度未低于80℃前須立即進(jìn)行消氫處理，消氫溫度為250℃，保溫4h，過程中控制加熱速度和冷卻速度均不大于50℃/h。

焊接順序?yàn)橄群附游仛ぶg環(huán)縫，再焊接蝸殼瓦片與蝸殼間的橫焊縫（蝶形邊），環(huán)縫采用分四區(qū)焊接，每個(gè)區(qū)域采用分段退焊（見圖2和圖3）。

圖2 蝸殼焊接順序示意圖Figure 2 Schematic diagram for welding sequence of spiral case

圖3 蝸殼焊接順序示意圖Figure 3 Schematic diagram for welding sequence of spiral case

焊接過程中用百分表對進(jìn)水管法蘭表面和側(cè)面及座環(huán)上、下法蘭面實(shí)時(shí)監(jiān)控，每焊接兩層及時(shí)檢查并記錄百分表值，若變形超過1mm需暫停焊接，分析原因并調(diào)整焊接順序[3-5]。

焊接完成后，對所有焊縫進(jìn)行100%PT無損檢測、100%TOFD無損檢測，對無法進(jìn)行TOFD的焊接區(qū)域采用UT無損檢測替代。另外，測量座環(huán)上、下法蘭面水平度應(yīng)不大于0.15mm并記錄。

4.3 蝸殼座環(huán)吊入機(jī)坑

該電站采用半埋式底環(huán)，座環(huán)與底環(huán)通過M125×6高強(qiáng)度把合螺栓連接（見圖4），作用在座環(huán)上的頂蓋上抬力由底環(huán)及基礎(chǔ)螺栓（M72×6）傳遞到混凝土中。

圖4 座環(huán)整體結(jié)構(gòu)剖面圖Figure 4 Overall structure section view of stay ring

橋機(jī)、廠家提供的專用吊具及鋼絲繩等起吊設(shè)備檢查均無異常后，根據(jù)+X，+Y，-X，-Y軸線將蝸殼座環(huán)調(diào)整到位，以底環(huán)為基準(zhǔn)調(diào)整座環(huán)的同軸度，并記錄進(jìn)口法蘭與中心線的距離；待各項(xiàng)數(shù)據(jù)滿足廠家設(shè)計(jì)要求后安裝并對稱預(yù)緊底環(huán)與座環(huán)把合螺栓（M125×6），預(yù)緊力為5616kN。為避免一次預(yù)緊造成局部變形，底環(huán)與座環(huán)把合螺栓對稱分三步拉伸到位，每次拉伸設(shè)計(jì)值的1/3，測量并記錄螺栓的伸長量和對應(yīng)的拉伸器油壓值作為參考依據(jù)[6-8]。

4.4 座蝸殼打壓工裝安裝

按照設(shè)計(jì)圖紙逐步安裝打壓工裝（進(jìn)水段悶頭、環(huán)筒），對壓力試驗(yàn)環(huán)筒進(jìn)行調(diào)心以保證其與座環(huán)之間單邊間隙分布均勻。

為便于蝸殼水壓試驗(yàn)過程中監(jiān)控蝸殼的外形和水平變化，在座環(huán)上法蘭面及內(nèi)圓對稱4個(gè)方位架設(shè)百分表檢測座環(huán)水平及圓度變化；在蝸殼進(jìn)口法蘭水平中心內(nèi)外側(cè)各架1塊百分表、法蘭頂部架1塊百分表檢測蝸殼進(jìn)口法蘭的上浮及位移情況。

4.5 蝸殼水壓試驗(yàn)

通過排水閥對蝸殼進(jìn)行充水，嚴(yán)格按照蝸殼水壓試驗(yàn)曲線（見圖5），分段升壓至12.927MPa并保壓至30min后分段泄壓。升壓和泄壓過程中控制壓變速率不超過0.1MPa/min。

圖5 蝸殼壓力試驗(yàn)曲線Figure 5 The pressure test curve of spiral case

水壓試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)控蝸殼各部位的變形情況，若發(fā)現(xiàn)漏水、蝸殼變形量大、蝸殼座環(huán)整體位移等異常情況要立即停止試驗(yàn)，分析原因并將異常問題徹底解決后再次進(jìn)行試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)合格后，對座環(huán)上法蘭面再次復(fù)測合格并記錄后方可進(jìn)行下道工序。

4.6 蝸殼座環(huán)保壓澆筑

蝸殼座環(huán)澆筑前，在座環(huán)下環(huán)板底部及蝸殼底部埋設(shè)若干灌漿管及排氣管，確保最終座環(huán)下環(huán)板底部及蝸殼底部充分填充混凝土，為防止蝸殼座環(huán)浮動(dòng)、位移，該電站蝸殼座環(huán)澆筑采用全面分層方式（見圖6），澆筑總高度約3300mm液態(tài)混凝土，分八層進(jìn)行澆筑。

圖6 蝸殼澆筑說明Figure 6 Concrete direction of spiral case

蝸殼澆筑時(shí)需注意：

（1）混凝土禁止高處直接倒下，避免引起座環(huán)變形和混凝土斷裂；

（2）使用小功率振搗器，避免引起預(yù)埋件漂移；

（3）控制蝸殼壓力4.309MPa，水溫11～25℃，若水溫超過25 ℃，應(yīng)調(diào)整蝸殼保壓壓力，壓力調(diào)整應(yīng)按照 43.09-（T-25）bar （T 為實(shí)際水溫）進(jìn)行，從而避免由混凝土化學(xué)反應(yīng)引起的蝸殼水溫升高對蝸殼變形的影響，保證混凝土干后，蝸殼和混凝土完全接觸。

混凝土干固后，通過預(yù)埋灌漿管對座環(huán)下環(huán)板底部與蝸殼之間進(jìn)行灌漿，灌注壓力都不得超過 70kPa，灌漿工作結(jié)束后，需待混凝土養(yǎng)護(hù)合格后方可進(jìn)行蝸殼泄壓及打壓設(shè)備拆除工作。

蝸殼座環(huán)澆筑過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測座環(huán)位移及變形，超過設(shè)計(jì)值時(shí)，及時(shí)停止?jié)仓⒎治鲈?。另外，蝸殼座環(huán)澆筑前、后分別對座環(huán)的高程及水平、圓度和同軸度及蝸殼進(jìn)口法蘭的變形結(jié)果進(jìn)行檢查、記錄[9]。

5 結(jié)束語

一般情況下，由于蝸殼座環(huán)運(yùn)輸尺寸限制，大部分電站蝸殼座環(huán)分瓣運(yùn)至現(xiàn)場組裝焊接，通過后期二次加工保證座環(huán)水平度。蝸殼座環(huán)上、下法蘭面均精加工的工藝則縮短了現(xiàn)場蝸殼座環(huán)安裝直線工期，但是給廠家的設(shè)計(jì)制造，現(xiàn)場蝸殼焊接及混凝土澆筑增加了難度，需要采取有效的施工工藝進(jìn)行安裝控制。

河南天池抽水電站目前2臺(tái)機(jī)組蝸殼座環(huán)已經(jīng)澆筑完畢，在蝸殼焊接、混凝土澆筑過程中座環(huán)上、瞎法蘭面水平度變化均在0.03mm內(nèi)，實(shí)踐證明上述施工工藝控制是可行的，可供同類型電站借鑒。