沖擊式水輪機配水環(huán)管的安裝

蘇 征 平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

瑪依納水電站位于哈薩克斯坦共和國東南部阿拉木圖州萊姆別克區(qū)的恰倫河上游，電站距阿拉木圖市約260 km。該水電站擁有哈薩克斯坦共和國目前建成的、單機容量最大的水輪發(fā)電機組，也是亞洲目前建成的、單機容量最大的沖擊式水輪發(fā)電機組。

電站引水發(fā)電系統(tǒng)型式為“一洞一井一管兩機”。引水隧洞長4 912 m，洞徑由5.6 m漸變到4.1 m。調(diào)壓井為豎井，直徑6 m，深178.41 m；調(diào)壓井后的壓力鋼管總長度約為4 251 m，壓力鋼管主管直徑4.1 m，支管直徑2.8 m，支管長度約68 m。電站裝設(shè)2×150 MW沖擊式水輪發(fā)電機組。水輪機型號：CJ1085X-L-350/6×29，額定水頭471.1 m， 額定流量36.25 m3/s， 額定出力153.5 MW， 額定轉(zhuǎn)速250 rpm。

2 配水環(huán)管的組裝

大型多噴嘴沖擊式水輪機配水環(huán)管安裝比混流式水輪機蝸殼安裝復(fù)雜，安裝控制參數(shù)多。

瑪依納水電站水輪機配水環(huán)管進口直徑為φ2 300，配水環(huán)管出口直徑為6～1 060 mm，設(shè)計壓力為6.52 MPa，試驗壓力為9.78 MPa。

配水環(huán)管采用16 MnR鋼板焊接而成，在廠內(nèi)進行整體預(yù)裝，分7節(jié)運至工地現(xiàn)場進行組裝和節(jié)間焊縫的焊接。安裝完成后進行工地焊縫的探傷檢查，合格后進行水壓試驗和保壓澆筑混凝土。

配水環(huán)管安裝平面布置情況見圖1。

2.1 安裝準(zhǔn)備工作

安裝的準(zhǔn)備工作是否做得充分合理，是保證安裝施工質(zhì)量和安裝施工工期的關(guān)鍵一步。根據(jù)廠家裝配圖并結(jié)合該電站的特點，配水環(huán)管的組裝必須搭設(shè)安裝臨時測量平臺，此平臺必須牢靠，安裝的基準(zhǔn)點、線通過全站儀放置在平臺、尾水側(cè)壁及中心線架上。安裝基準(zhǔn)點及線放置完成后，應(yīng)對配水環(huán)管支墩預(yù)埋基礎(chǔ)板進行復(fù)查，檢查各節(jié)管的相關(guān)尺寸，清理工地焊縫等。

圖1 配水環(huán)管安裝平面布置圖

2.2 定位節(jié)安裝

根據(jù)現(xiàn)場條件及配水環(huán)管各節(jié)的到貨尺寸，確定以配水環(huán)管6號裝配節(jié)(尾端節(jié))為定位節(jié)。吊起6號裝配管節(jié)，在支墩上帶上基礎(chǔ)螺栓，按圖紙要求的高程初步調(diào)整個基礎(chǔ)螺栓的高度，再把6號裝配管節(jié)吊放在基礎(chǔ)支墩上，用水準(zhǔn)儀檢查管節(jié)的安裝高程，待高程合格后，進行軸線和控制點的調(diào)整。檢查分流管法蘭端面的垂直度及其與轉(zhuǎn)輪節(jié)圓切線的距離，要求法蘭端面垂直度不大于0.2 mm，至轉(zhuǎn)輪節(jié)圓切線的垂直距離為±2 mm。當(dāng)各控制點及相關(guān)尺寸檢查符合要求后，首先將基礎(chǔ)螺栓與基礎(chǔ)板進行焊接，再按要求焊接足夠的加固支撐。焊接過程要用百分表進行監(jiān)測，防止由于焊接而使管節(jié)產(chǎn)生位移。

1～6節(jié)組裝完成、檢查6個法蘭的相關(guān)尺寸符合要求后，在每處分節(jié)位置均布裝焊四件工藝加固板，工藝加固板尺寸為250 mm×150 mm×16 mm。每個管節(jié)的調(diào)整以法蘭中心線為基準(zhǔn)進行，每安裝完成一個管節(jié)，均應(yīng)進行加固，并在加固焊接過程中進行監(jiān)測。

在各法蘭的端面、最低點和側(cè)面各放置一塊百分表，以便在焊接過程中測量變化值。

全部管節(jié)組裝完成后，進行焊接前的數(shù)據(jù)復(fù)查。

3 配水環(huán)管節(jié)間焊接

(1)首先對焊縫進行定位焊，每段定位焊縫不小于100 mm，間距500～600 mm，焊縫厚度不小于10 mm。

(2)焊縫在焊前預(yù)熱溫度不小于80 ℃，層間溫度不大于260 ℃。

(3)焊接材料為標(biāo)號GB E5015，φ3.2、φ4的焊條。

(4)焊接工藝規(guī)范見表1。

表1 焊接工藝規(guī)范表

(5)在焊接根部焊縫時必須選用φ3.2規(guī)格焊條，使用小規(guī)范電流施焊。焊接過程中，除第一層和最后一層焊縫外均需充分錘擊以消除應(yīng)力。焊縫寬度不得大于15 mm。

(6)焊接順序：首先焊接第一節(jié)岔管的焊縫、第6節(jié)與第5節(jié)間的焊縫、第4節(jié)與第3節(jié)間的焊縫、第2節(jié)與第1節(jié)間的焊縫。

焊接過程中，根據(jù)百分表的變化作適當(dāng)調(diào)整。

(7)焊接采用多層多道退步焊接的方法，每300～400 mm為一段，層間焊接接頭至少錯開50 mm。

(8)焊后打磨焊縫表面至圖紙要求，按圖紙要求進行探傷。

(9)割除配水環(huán)管分節(jié)處的工藝加強板及臨時吊耳，進行修焊和打磨及PT探傷檢查。

焊接變形是不可避免的，如何有效地控制焊接變形在許可的范圍內(nèi)，需要在工程實際中進行總結(jié)，不斷完善焊接工藝。比如，瑪依納水電站1號機組配水環(huán)管在焊接后進行整體檢查時發(fā)現(xiàn)整體收縮了2 mm，為此，在2號機組組裝時即考慮了這些變形，取得了預(yù)想的效果。

4 配水環(huán)管整體水壓試驗

進行配水環(huán)管水壓試驗的目的：檢查配水環(huán)管焊縫的焊接質(zhì)量，消除焊接內(nèi)應(yīng)力，模擬配水環(huán)管靜壓條件下的應(yīng)變狀態(tài)。

配水環(huán)管整體水壓試驗的實施。

工地現(xiàn)場組合焊接完成并經(jīng)探傷合格后，進行水壓試驗。水壓試驗時，升壓及降壓速度應(yīng)控制在0.1 MPa/min以內(nèi)，升壓至3 MPa后，保壓10 min，詳細(xì)記錄壓力值、百分表變化情況，檢查配水環(huán)管法蘭及各部位無滲漏后繼續(xù)升壓；壓力升至4.9 MPa時，保壓10 min，詳細(xì)記錄壓力值、百分表變化情況，檢查配水環(huán)管法蘭及各部位無滲漏后繼續(xù)升壓至6.52 MPa，保壓10 min，檢查無異常后繼續(xù)升壓至9.78 MPa，穩(wěn)壓60 min，檢查無異常后，將壓力降至6.52 MPa，穩(wěn)壓4 h，將壓力降至4.52 MPa，進行保壓混凝土澆筑。

水壓試驗曲線見圖2。

圖2 水壓試驗曲線圖

5 配水環(huán)管保壓混凝土澆筑

在現(xiàn)場水壓試驗合格后，將配水環(huán)管內(nèi)的水

壓降至4.52 MPa，保持此壓力進行混凝土澆筑。

在混凝土澆筑過程中，隨時對配水環(huán)管內(nèi)的水壓進行監(jiān)視，保證水壓力在4.52±0.5 MPa范圍內(nèi)，并注意監(jiān)視配水環(huán)管各法蘭的位移情況，以便調(diào)整和控制混凝土的澆筑速度和方位。待混凝土強度達(dá)到70%后，排除水壓。

6 結(jié) 語

筆者通過對哈薩克斯坦共和國瑪依納水電站配水環(huán)管的組裝、焊接工藝、水壓試驗及保壓進行混凝土澆筑的介紹，希望能為同類機組的安裝施工提供有益的借鑒。