超大型水輪發(fā)電機定子機座工地制造技術

彭貴軍（中國水電十四局機電安裝分公司，云南 昆明 650032）

超大型水輪發(fā)電機定子機座工地制造技術

彭貴軍
（中國水電十四局機電安裝分公司，云南 昆明 650032）

摘要：小灣水電站定子機座為鋼板焊接結構，外形尺寸巨大，根據主廠房各機坑及組裝工位使用情況，4號、5號機定子機座可在現場制造，節(jié)省了大量制造成本。本文對定子機座工地組裝和焊接作了重點論述，以期對其他電站定子機座工地制造提供借鑒。

關鍵詞：小灣水電站；定子機座；工地制造技術

1　概述

小灣水電站地下廠房內共布置6臺單機容量為700MW的水輪發(fā)電機組，發(fā)電機為立軸半傘式，額定容量777.8MVA，額定轉速150 r/min。定子機座有12個斜立筋、7層環(huán)板，機座下環(huán)板內半徑6044mm，中、上環(huán)板內半徑6 420 mm，材質有Q235B、S355J2G3和1Cr18Ni9Ti三種，斜立筋板厚90mm，高度5 045mm，下環(huán)板板厚60mm，各層環(huán)板間距618.3mm，定子機座重量102.53 t。4號、5號機定子機座各構件由ALSTOM在廠內下料后散件運至工地，由中國水電十四局在主廠房機坑內進行現場制造。

2　制造工藝流程

定子機座下環(huán)板與筋板組焊→下環(huán)板組裝件熱處理→機座各部件坡口加工→所有部件防腐處理→各部件運至主廠房→下環(huán)板在機坑內放樣組圓、焊接→下環(huán)板劃線、斜立筋插槽切割、打磨→斜立筋組裝→各中、上環(huán)板組裝→定子機座整體加固→整體焊接→焊縫打磨處理→無損探傷檢測→機座整體補涂面漆。

3　分瓣下環(huán)板與筋板組裝、焊接

調整下環(huán)板組裝鋼平臺平面度≤3mm，將分瓣下環(huán)板吊放在平臺上，進行各筋板組裝位置劃線和組裝。為減少焊接變形，在焊接前將兩組已組裝好的下環(huán)板背靠背用專用卡具臨時點焊連接在一起，并加固在平臺上。

在焊前，用水準儀檢查下環(huán)板徑向平面度≤2mm，周向平面度≤3mm/m，采用熔化極混合氣體保護焊的焊接方法，混合氣體為20%Ar+80%CO2，焊絲H08Mn2SiA、直徑1.2mm，氣體保護焊焊接規(guī)范如表1所示。

表1　氣體保護焊焊接工藝參數（焊絲直徑1.2mm）

表1　氣體保護焊焊接工藝參數（焊絲直徑1.2mm）

焊接位置焊接電壓/V焊接電流/A焊接速度/mm/min氣體流量/L/min平焊 　19～26 　110～210 　90～160 　12～18橫焊 　19～25 　110～190 　90～140 　12～18立焊 　19～24 　110～170 　80～120 　12～18仰焊 　19～25 　110～190 　80～140 　12～20

安排2～4名焊工進行焊接，焊工應同時在兩組裝配件的對稱位置施焊，角焊縫焊腳高度為10mm，在每一分段或每一層焊接時均按分段、對稱、窄道、多層多道、退步焊的方法進行焊接。

4　分瓣下環(huán)板組合件熱處理

下環(huán)板組合件全部焊接完成，打磨飛濺和焊渣，進行10%MT檢驗，合格后進行下環(huán)板組合件的整體熱處理，熱處理工藝按廠家要求進行，熱處理溫度為580℃，保溫時間3～4h，控制升溫速度≤50℃/h，降溫速度≤30℃/h，隨爐冷卻至200℃后，就可自然降溫。分瓣下環(huán)板焊后熱處理溫控曲線如圖1所示。下環(huán)板上的卡具要待熱處理完成，溫度降至室溫后再去除，將焊疤打磨干凈，復查下環(huán)板的各項尺寸。

圖1　分瓣下環(huán)板焊后熱處理溫控曲線

5　焊縫坡口加工

4號、5號機定子機座各構件散件運至工地后，在小灣工地金結加工廠內進行坡口劃線和切割，坡口型式如圖2所示。

圖2　定子機座焊縫坡口型式

6　散件去銹、涂漆

在定子機座組裝前進行各部件的噴砂去銹和涂漆。在焊縫兩側各150mm范圍內涂刷坡口漆，分瓣下環(huán)板組合件進行熱處理后才能進行去銹和涂漆。按廠家要求，定子機座表面涂裝要求如下：底漆涂TH52-39厚膜環(huán)氧富鋅底漆，鋼灰色，干膜厚度60μm；稀釋劑及代號為T1/X-7。中間層油漆涂TH06-24灰磷酸鋅環(huán)氧底漆，灰色，干膜厚度40μm；稀釋劑及代號為T1/X-7。面漆涂TB95-2丙烯酸聚氨脂磁漆，銀灰色，干膜厚度60μm；稀釋劑及代號為T3/X-11聚氨脂漆稀釋劑。干膜總厚度為160μm。

7　下環(huán)板組圓和焊接

將防腐后的機座所有部件倒運至主廠房。先在機坑內EL990.85m(定子基礎板安裝高程)布置組裝平臺，為安全和方便施工，將整個機坑進行全封閉，按機組中心和定子基礎坑的大體方位確定各分瓣下環(huán)板的擺放位置，并在相應位置擺放鋼支墩和千斤頂作為下環(huán)板的支撐。將分瓣下環(huán)板組合件按編號和安裝位置依次吊裝到位，平放在平臺上，每瓣下環(huán)板下料時在周向均預留有20mm余量，在考慮焊縫收縮量和焊縫間隙后進行割除處理。

在分瓣組圓時考慮反變形措施，下環(huán)板內半徑公差控制如下：組圓后為6 044（+6/+3）mm，對接縫焊接后為6 044（+4/+1）mm，機座整體焊接完成后最終驗收內半徑為6 044（+3/-2）mm。用內徑千分尺和中心柱（或在中心懸掛鋼琴線）測量內半徑，每分瓣測3個點，用水準儀測量下環(huán)板平面度，徑向平面度控制在2mm以內，周向平面度控制在3 mm/m，整圓周向平面度控制在8mm范圍內。各尺寸測量合格后進行點焊。組裝時嚴格控制焊縫的錯牙值(盡量消除正面錯牙值)。

下環(huán)板整圓有6條對接縫，安排6名焊工分別在6個位置同時進行焊接，焊接時按從內向外、從外向內交替進行焊接，采用多層、多道、分段、退步、窄道焊、小電流的焊接方法，以控制焊接變形。

焊前須進行預熱，預熱溫度控制在80℃～100℃范圍內，層間溫度控制在80℃～200℃范圍內。采用履帶式加熱板配自動加熱溫控柜進行焊縫的預熱和層間保溫。

當正面焊縫焊接至坡口深度的2/3后，進行背縫清根和高溫MT檢查，合格后進行背縫的焊接，根據變形情況可進行正縫、背縫的交替焊接，直到全部焊接完成。為確保下環(huán)板兩端頭的焊接質量，在下環(huán)板正、反面焊縫全部焊接完成后，用碳弧氣刨將兩端頭的焊縫刨除，重新焊接，以減少焊縫兩端的焊接缺陷。

8　下環(huán)板上各部件位置確定

下環(huán)板對接縫焊接完成后，打磨飛濺和焊渣，并將焊縫打磨平滑。在下環(huán)板上按設計位置劃線確定斜立筋的位置線，用樣沖眼清楚標識。用半自動切割機切割，開槽寬度為63mm，坡口為90°。同時劃出各小立筋組裝位置線。

9　斜立筋及其余部件組裝

下環(huán)板上的斜立筋槽切割、打磨光滑后，按順序依次吊裝斜立筋，將斜立筋沿下環(huán)板已切割好的斜槽慢慢插入，盡量不要與下環(huán)板碰撞，以防下環(huán)板移位，將斜立筋基礎板落放在臨時支墩的成對楔子板上。將12個斜立筋全部吊放到位后，用NA2水準儀配GPM3測微計、內徑千分尺和吊線錘的方法等進行斜立筋各項尺寸的測量。由于焊縫收縮會使斜立筋產生傾斜和扭曲現象，在組裝時必須考慮采用反變形措施，組裝時將斜立筋往徑向方向增大約6mm，往周向方向增大約4mm，頂部連接板的徑向垂直度調整為比公差大4mm（向外調整）。以便在機座整體焊接完成后，斜立筋各項尺寸偏差控制在合格范圍內。

為方便調整尺寸，在斜立筋頂部的螺孔內旋入臨時螺栓，在臨時螺栓上焊接拉緊器與機坑四周的上機架基礎預埋板進行焊接連接，以方便調整斜立筋之間的弦距和垂直度。斜立筋的各項尺寸調整合格后，用型鋼或鋼管在斜立筋上、下兩端進行相鄰斜立筋之間的加固，將12根斜立筋連接成整體，防止在組裝和焊接中產生變形和移位。12根斜立筋全部組裝完成，斜立筋間的弦距和垂直度全部調整合格后，按從下往上的順序組裝小立筋、中間環(huán)板和上環(huán)板。

按下環(huán)板上已劃好的位置線組裝小立筋，第一層小立筋組裝完成后，進行第一層中環(huán)板的組裝，考慮焊縫收縮變形量，在組裝時將其內半徑值增大4 mm，各層環(huán)板內半徑公差控制如下：第一層中環(huán)板組圓后為6 420（+6/+2）mm，依次往上組裝，每往上組裝一層環(huán)板，內半徑偏差約加大0.5mm，上環(huán)板組圓后為6 420（+9/+3）mm，上環(huán)板和中環(huán)板焊后最終驗收尺寸為6 420（±5）mm。

10　定子機座整體焊接工藝

定子機座整體焊接流程：斜立筋與各環(huán)板的角焊縫焊接→288塊立筋焊接→48塊壁板焊接→72塊立板焊接→其余附件焊接。焊接順序如圖3所示。

圖3　定子機座整體焊接順序

（1）斜立筋與各環(huán)板間角焊縫的焊接順序為：下環(huán)板→中間一層環(huán)板→上環(huán)板→中間各層環(huán)板。嚴格按圖3中的“1～7”的順序焊接。根據定子機座結構在周向安排6名焊工，分別在6個位置同時進行焊接。焊接時按從內向外、從外向內交替進行焊接，采用多層、多道、分段、退步、窄道焊、小電流的焊接方法。

（2）小立筋焊接：安排6名焊工同時進行焊接，采用平焊、仰焊對稱交替、窄道焊、小電流的方法。按圖3中的順序焊接立筋的第一層焊縫后，再按相同的順序進行第二層焊縫的焊接。

（3）壁板焊接：壁板板厚均為15mm，對接焊縫坡口均為90°型式，組裝時預留3mm間隙。全部為立向焊縫，采用分段、對稱、退步焊的方法。

11　焊縫無損檢測

①下環(huán)板焊縫背面清根后進行打磨處理，并作高溫MT檢查，確認表面無缺陷后進行背縫的焊接；②所有焊縫進行100%焊縫外觀檢查；③所有環(huán)板的對接焊縫均進行100%MT、100%UT檢查；④下環(huán)板與斜立筋的角焊縫進行25%MT檢查；⑤其余的所有焊縫進行10%MT檢查；⑥焊后清除臨時工藝支撐和拉板后，應進行修磨并作PT檢查。合格后清掃整個定子機座并對全部焊接部位按廠家工藝要求補漆。

12　結論

小灣電站定子機座的現場制造，在國內外尚屬首次，隨著大型和巨型電站的不斷開工和建設，超大型定子機座在工地現場制造已成為可能，根據現場實際情況，可選擇在機坑內組裝（組裝成整體），也可以選擇在金屬結構制造廠組裝（可分三瓣或者兩瓣出廠），這樣一方面節(jié)約了設備廠家定子機座分瓣運輸的費用，另一方面也為施工單位贏得了利潤，而且由于定子機座分瓣數量明顯減少，對接焊縫也相應減少，有利于減少焊接變形量，這對提高定子機座的制造質量是一個有力的保證。經過4號、5號機定子機座在小灣電站現場的成功制造，其各項尺寸均滿足要求，證明其施工方法是可行的，其成功的施工工藝和方法可為同類型工程提供借鑒。

中圖分類號：TK730.6

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）02-0064-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.018

收稿日期：2014-09-03

作者簡介：彭貴軍（1966-），男，高級工程師，從事機電設備安裝管理工作。