大型水輪發(fā)電機(jī)組下機(jī)架組裝及焊接工藝技術(shù)

胡昌春　周若愚

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安　710032)

大型水輪發(fā)電機(jī)組下機(jī)架組裝及焊接工藝技術(shù)

胡昌春周若愚

(中國(guó)水利水電第三工程局有限公司，陜西 西安710032)

【摘要】作為承重機(jī)架，下機(jī)架組裝及焊接是水輪發(fā)電機(jī)安裝的一項(xiàng)很重要的工序，對(duì)于大容量的大型水輪發(fā)電機(jī)來(lái)說(shuō),其裝焊工藝要求更高。本文根據(jù)金沙江魯?shù)乩娬鞠聶C(jī)架結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，介紹了魯?shù)乩娬鞠聶C(jī)架組裝及焊接工藝，闡述了下機(jī)架裝焊過(guò)程中的質(zhì)量控制難點(diǎn)、重點(diǎn)。通過(guò)魯?shù)乩娬鞠聶C(jī)架組裝及焊接，總結(jié)出一套水輪發(fā)電機(jī)組下機(jī)架裝焊工藝和方法，為類似機(jī)組的安裝提供了有益的借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】魯?shù)乩娬?；水輪發(fā)電機(jī)下機(jī)架；裝焊；工藝技術(shù)

1概況

魯?shù)乩娬景惭b了6臺(tái)套額定轉(zhuǎn)速100r/min、額定功率為360MW的水輪發(fā)電機(jī)，采用立軸半傘式結(jié)構(gòu)。

發(fā)電機(jī)下機(jī)架由中心體和支臂組成。下機(jī)架為輻射形焊接承重結(jié)構(gòu)，由1個(gè)中心體與12個(gè)支臂在現(xiàn)場(chǎng)組裝、焊接成剛性整體。下機(jī)架組裝后最大外徑為13100mm，最大高度達(dá)到3090mm，裝配后總重178t。下機(jī)架為承重部件，支臂與中心體在現(xiàn)場(chǎng)焊接成整體，在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中承受整個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部分的重量及水推力。在下機(jī)架的支臂之間裝焊有環(huán)形撐管，作為水輪機(jī)環(huán)行吊車外環(huán)軌道的懸掛受力基礎(chǔ)。在每個(gè)支臂的下部設(shè)有基礎(chǔ)板，通過(guò)周向調(diào)整鍵，便于在下機(jī)架澆筑混凝土后微調(diào)下機(jī)架水平。

2組裝流程

發(fā)電機(jī)下機(jī)架組裝工藝流程如圖1所示。

圖1　下機(jī)架組裝工藝流程圖

3施工準(zhǔn)備

下機(jī)架組裝及焊接在電站安裝間進(jìn)行，組裝時(shí)應(yīng)充分保證組裝場(chǎng)地的相對(duì)濕度不大于75%、環(huán)境溫度不低于5℃，能防風(fēng)、防雨，保持清潔并有足夠的照明。

根據(jù)圖紙要求和下機(jī)架噸位，制作4個(gè)長(zhǎng)×寬×高為400mm×400mm×800mm的中心體支墩，制作12個(gè)高為800mm的小支墩，作為下機(jī)架中心體與支臂組裝時(shí)的臨時(shí)支撐。同時(shí)，準(zhǔn)備監(jiān)視測(cè)量工具，用于螺栓緊固時(shí)的變形監(jiān)測(cè)。

利用廠房安裝間現(xiàn)有的施工供氣氣源，用于下機(jī)架的清掃、焊接氣刨清根、焊接用的風(fēng)動(dòng)工具以及把合螺栓的氣動(dòng)扳手。

4下機(jī)架組裝

4.1　中心體安裝

a.在施工區(qū)規(guī)劃一塊φ14000的組裝場(chǎng)地，要考慮橋機(jī)的吊裝范圍。

b.按照?qǐng)D紙尺寸在施工場(chǎng)地劃出下機(jī)架投影線。

c.在φ6000位置均勻布設(shè)4個(gè)中心體支墩，用4對(duì)楔子板調(diào)整接觸面的水平，平面度不大于1mm。

d.支撐支墩沿周向用∠100×100×10角鐵連接，增強(qiáng)支撐支墩的穩(wěn)定性；在每個(gè)支撐支墩上各布置1對(duì)楔子板。

e.吊中心體于支墩上，并注意其方位，利用千斤頂和楔子板調(diào)整中心體水平，測(cè)量推力基礎(chǔ)環(huán)支撐環(huán)內(nèi)環(huán)頂面水平，整體水平度不大于0.02mm/m。

f.打磨、清掃中心體及支臂焊縫，除掉焊縫坡口處的油漆，直至露出金屬光澤。

g.對(duì)中心體的加工面進(jìn)行清掃，檢查高點(diǎn)并除去毛刺，對(duì)所有組合塊螺桿孔進(jìn)行清理。

4.2　中心體調(diào)整

a.清理基礎(chǔ)板面、支臂與基礎(chǔ)板把合面及所有的零部件。

b.清理支臂焊縫后依次吊裝支臂與中心體組合，并把緊組合螺栓，支臂底部用千斤頂支撐。

注意：在下機(jī)架支臂掛裝時(shí)，支臂要對(duì)稱掛裝，以防止中心體歪斜，同時(shí)，支臂與中心體的編號(hào)要一致。

c.測(cè)量制動(dòng)器底座中心到下機(jī)架中心體中心距離，根據(jù)測(cè)量值在合縫處加鋼墊調(diào)整支臂至中心距離，要求調(diào)整的半徑值比名義尺寸長(zhǎng)2～4mm (根據(jù)焊接收縮量而定)。

d.調(diào)整支臂高度，使12個(gè)支臂在同一平面上，平面度(制動(dòng)器支墩把合面處)不大于5mm。

e.測(cè)量支臂間弦距，弦距公差為±1.0mm。

f.復(fù)測(cè)中心體水平、支臂水平、半徑及弦長(zhǎng)。

要求：中心體水平不大于0.02mm/m；支臂半徑為±5mm。

g.以上所有數(shù)據(jù)測(cè)量合格后，做好記錄報(bào)檢驗(yàn)收，轉(zhuǎn)入焊接工序。

5下機(jī)架焊接

5.1　焊接準(zhǔn)備工作

a.焊接標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行TI-IE-010A標(biāo)準(zhǔn)，焊接等級(jí)按圖紙要求的1級(jí)、2級(jí)執(zhí)行。

b.參加焊接的焊工必須具備焊接資格證，持證上崗。

c.焊材為J507，規(guī)格為φ3.2、φ4.0，并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收合格。

d.焊條在使用前按要求烘干，溫度為300~350℃，時(shí)間為1h；然后放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取。

e.點(diǎn)焊焊條牌號(hào)和使用規(guī)范與正式施焊焊條相同，點(diǎn)焊要牢固，無(wú)缺陷。

5.2　焊接工藝

現(xiàn)場(chǎng)焊接采用手工電弧焊，全位置焊；采用直流電源，極性DCEP；焊接時(shí)須用短弧操作，以窄道焊為宜。下機(jī)架焊接工藝規(guī)范見(jiàn)下表。

下機(jī)架焊接工藝規(guī)范表

根據(jù)下機(jī)架結(jié)構(gòu)，將下機(jī)架均分為4個(gè)區(qū)(每個(gè)區(qū)包含3對(duì)支臂)，安排4名焊工同時(shí)操作，每名焊工負(fù)責(zé)各區(qū)內(nèi)焊縫的焊接 (見(jiàn)圖2)。

圖2　下機(jī)架分區(qū)及焊接順序示意圖

下機(jī)架整體焊接要對(duì)稱，多層多道、對(duì)稱退步分段焊接，以控制焊接的變形。首先進(jìn)行中心體與支臂對(duì)接立焊縫的焊接，由4名焊工必須按照?qǐng)D2所示的順序在同一序號(hào)位置同時(shí)對(duì)稱施焊，該立焊縫采用分段退焊法焊接，分段退焊示意圖見(jiàn)圖3；在中心體與支臂的對(duì)接立焊縫焊接完成后，進(jìn)行支臂翼板與中心體間焊縫的焊接，由4名焊工按照?qǐng)D2所示的順序同時(shí)施焊，焊接時(shí)要雙面對(duì)稱交替進(jìn)行以控制變形；在整體焊接過(guò)程中，要隨時(shí)對(duì)工件的變形情況進(jìn)行檢查，針對(duì)變形情況調(diào)整焊接順序。

圖3　中心體與支臂對(duì)接立焊縫分段退焊示意圖

5.3　焊接要求

焊接前需根據(jù)工藝要求在焊縫旁標(biāo)示出分段退焊順序編號(hào)以及方向。

對(duì)于中心體與支臂的對(duì)接立焊縫焊前應(yīng)將焊縫坡口及兩側(cè)不小于100mm的區(qū)域進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度不小于80℃。

中心體與支臂的對(duì)接立焊縫焊接過(guò)程中應(yīng)嚴(yán)格控制層間溫度不大于250℃。

多層多道焊時(shí)，每焊一道，清渣一次并做檢查，如發(fā)現(xiàn)缺陷及時(shí)清除、修補(bǔ)，焊層之間的接頭應(yīng)錯(cuò)開30~50mm。

中心體與支臂間的立焊縫除打底和蓋面外，其余每焊一層都要用風(fēng)錘進(jìn)行錘擊振動(dòng)消應(yīng)。

焊后清除臨時(shí)工藝支撐后，應(yīng)對(duì)該處修磨并做PT檢查。

依據(jù)圖紙要求清除吊耳等部件，并對(duì)該處修磨并做PT檢查。

5.4　變形監(jiān)測(cè)及焊接檢驗(yàn)

在支臂下層軸向、徑向方向采用剛性支架固定多個(gè)百分表，并在各焊縫打底及填充過(guò)程中連續(xù)監(jiān)測(cè)半徑、弦距的變化量。

焊接收縮的監(jiān)測(cè):焊前，在焊縫的底層、中間層和表層3個(gè)階段填寫檢驗(yàn)紀(jì)錄，如出現(xiàn)異常變形，隨時(shí)調(diào)整焊接順序，在焊口兩端做出相應(yīng)的標(biāo)記，焊接時(shí)記錄數(shù)據(jù)，用以檢查焊接過(guò)程中收縮量的變化。

對(duì)全部焊縫按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行無(wú)損檢驗(yàn)并做記錄，如有超標(biāo)缺陷，必須按工藝要求修復(fù)至合格。

焊接完成后，冷卻到常溫，分別對(duì)下機(jī)架的各主要尺寸和要求進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量結(jié)果應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求：中心體水平不大于0.02mm/m，支臂半徑為±5mm，支臂弦距±8mm，支臂水平8mm。

6下機(jī)架預(yù)裝及安裝

6.1　下機(jī)架預(yù)裝

對(duì)下機(jī)架基礎(chǔ)預(yù)留坑進(jìn)行清理和檢查；對(duì)下機(jī)架基礎(chǔ)螺栓進(jìn)行清理、檢查，對(duì)損壞的螺紋進(jìn)行處理；在基礎(chǔ)螺栓端部點(diǎn)焊螺母并穿入鋼絲后放在下機(jī)架基礎(chǔ)預(yù)留坑內(nèi)。

安裝下機(jī)架吊具，將下機(jī)架吊入機(jī)坑并落放在下機(jī)架基礎(chǔ)預(yù)留坑混凝土上。在下機(jī)架接近基礎(chǔ)預(yù)留坑時(shí)應(yīng)暫時(shí)停止下落，將基礎(chǔ)螺栓鋼絲從基礎(chǔ)板孔中穿出，提起基礎(chǔ)螺栓并旋入基礎(chǔ)螺母。

拆除下機(jī)架吊具。

調(diào)整下機(jī)架中心體的水平：以水輪機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝的中心和高程為基準(zhǔn)，調(diào)整下機(jī)架預(yù)裝的高程及其與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的同心度，下機(jī)架中心、高程和水平調(diào)整好后，把緊下機(jī)架基礎(chǔ)板的螺栓。

下機(jī)架高程、中心、水平調(diào)整合格后，對(duì)下機(jī)架基礎(chǔ)進(jìn)行加固，再次復(fù)測(cè)所有數(shù)據(jù)。要求中心體水平度不大于0.02mm/m，測(cè)量下導(dǎo)瓦座與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的同心度不大于0.5mm，下機(jī)架中心體高程偏差±0.5mm。

對(duì)下機(jī)架基礎(chǔ)板進(jìn)行澆筑，澆筑過(guò)程中，對(duì)每個(gè)基礎(chǔ)板部固定的定位千斤頂不能松開。

混凝土完全凝固后，對(duì)下機(jī)架基礎(chǔ)螺桿進(jìn)行把緊；吊出下機(jī)架，放置在下機(jī)架的組裝場(chǎng)地進(jìn)行下一步工作。

6.2　下機(jī)架吊裝及調(diào)整

安裝下機(jī)架專用吊具，并對(duì)下機(jī)架本體及機(jī)坑內(nèi)各設(shè)備的安裝情況進(jìn)行檢查，要求具備吊裝條件。

按照下機(jī)架預(yù)裝的方位，將下機(jī)架吊裝就位；根據(jù)下機(jī)架基礎(chǔ)裝配圖，在下機(jī)架完全落下之前，清理好基礎(chǔ)板面及楔子板等附件，除去表面毛刺，吊裝就位后把合基礎(chǔ)連接螺栓。

以安裝就位的發(fā)電機(jī)主軸為中心，測(cè)量、調(diào)整下機(jī)架中心、高程、水平，利用千斤頂和螺栓調(diào)整下機(jī)架與發(fā)電機(jī)軸的同心度在0.5mm以內(nèi)；利用調(diào)節(jié)螺栓和調(diào)整鍵調(diào)整下機(jī)架的高程和水平。要求中心體水平度不大于0.02mm/m，測(cè)量下導(dǎo)瓦座與導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的同心度不大于0.5mm，下機(jī)架中心體高程偏差±0.5mm(要考慮下機(jī)架的撓度)。

調(diào)整、驗(yàn)收合格后，把緊下機(jī)架基礎(chǔ)板的螺栓，打緊基礎(chǔ)板與下機(jī)架座板間的調(diào)整鍵，按照下機(jī)架基礎(chǔ)裝配圖紙要求，安裝基礎(chǔ)所有附件。

7下機(jī)架裝焊重點(diǎn)、難點(diǎn)控制

水輪發(fā)電機(jī)下機(jī)架為負(fù)荷機(jī)架，承受所有轉(zhuǎn)動(dòng)部件重量、水輪機(jī)軸向水推力、下機(jī)架自重和推力軸承，以及各種工況下作用在下機(jī)架上

8結(jié)語(yǔ)

大型水輪發(fā)電機(jī)下機(jī)架部件受運(yùn)輸條件限制，需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組裝，因此下機(jī)架安裝質(zhì)量控制是整個(gè)水輪發(fā)電機(jī)安裝過(guò)程控制的重中之重。魯?shù)乩娬竟こ淘谙聶C(jī)架組裝及焊接過(guò)程中，重點(diǎn)對(duì)中心體調(diào)整、支臂掛裝及焊接、下機(jī)架安裝調(diào)整等關(guān)鍵工藝和技術(shù)，進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)量控制，尤其在裝焊的每一步工序中，反復(fù)測(cè)量驗(yàn)證下機(jī)架中心體同軸度，保證了下機(jī)架的組裝焊接質(zhì)量，為后期機(jī)組安全運(yùn)行奠定了良好基礎(chǔ)。

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Lower bracket assembly and welding process technology of large-scale

turbine generator unit

HU Changchun, ZHOU Ruoyu

(SinohydroBureau3Co.,Ltd.,Xi’an710032,China)

Abstract:Lower bracket assembly and welding are very important procedures for turbine generator installation as bearing bracket. The requirements of assembly and welding process are higher to the large-scale turbine generator. In the paper, the lower bracket assembly and welding process of Ludila Power Plant are introduced according to the lower bracket structure features of Jinshajiang Ludila Power Plant. Quality control difficulties and keys in the lower bracket assembly and welding process are described. A set of lower bracket assembly welding process and method is summarized through lower bracket assembly and welding of Ludila Power Plant. Beneficial reference is provided for installing similar units.

Key words:Ludila Power Plant; lower bracket of turbine generater; assembly and welding; process technology

中圖分類號(hào)：TV734.2

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1673-8241(2015)12-0042-04

DOI:10.16617/j.cnki.11- 5543/TK.2015.12.013