水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪機(jī)坑內(nèi)部補(bǔ)氣改造焊接工藝

付康

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造工藝部

水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪機(jī)坑內(nèi)部補(bǔ)氣改造焊接工藝

付康

哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司制造工藝部

轉(zhuǎn)輪是水輪機(jī)的重要部件，它的平穩(wěn)運(yùn)行是保證水輪發(fā)電機(jī)組電能順利輸出的關(guān)鍵，轉(zhuǎn)輪如在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生較大的震動(dòng)不但影響機(jī)組的工作效率，也會(huì)產(chǎn)生極大的安全隱患，本文通過(guò)某電站轉(zhuǎn)輪運(yùn)行震動(dòng)過(guò)大進(jìn)行改造處理的實(shí)例，總結(jié)出一種對(duì)于此類問(wèn)題成熟的改造工藝方案。

轉(zhuǎn)輪；機(jī)坑；補(bǔ)氣改造；焊接

引言

在水輪發(fā)電機(jī)組中，轉(zhuǎn)輪是位于座環(huán)底部，尾水錐管上側(cè)的環(huán)形旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)件，是將水利勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能的關(guān)鍵部件，是整個(gè)發(fā)電機(jī)組的心臟，它的穩(wěn)定運(yùn)行是機(jī)組發(fā)電的重要保障。

我國(guó)某電站水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)輪在低負(fù)荷的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)震動(dòng)幅度超出設(shè)計(jì)理論值，造成機(jī)組噪音很大，影響機(jī)組的使用壽命及安全，經(jīng)水力專家現(xiàn)場(chǎng)考證其震動(dòng)來(lái)源為機(jī)組在運(yùn)行是由于補(bǔ)氣裝置長(zhǎng)度不足產(chǎn)生渦流造成的，因此決定對(duì)該機(jī)組的補(bǔ)氣裝置進(jìn)行改造，通過(guò)制定合理的返修方案，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)輪下側(cè)補(bǔ)氣管長(zhǎng)度，減少因補(bǔ)氣管過(guò)短造成的渦流對(duì)機(jī)組震動(dòng)的影響，確保機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1.轉(zhuǎn)輪補(bǔ)氣改造結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

該電站轉(zhuǎn)輪原補(bǔ)氣裝置為傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，補(bǔ)氣管位于轉(zhuǎn)輪泄水錐內(nèi)部，此次改造需將原補(bǔ)氣管進(jìn)行延長(zhǎng)，原泄水錐氣刨割除后在此位置按新的補(bǔ)氣管長(zhǎng)度裝焊新的泄水錐。

由于該電站轉(zhuǎn)輪補(bǔ)氣裝置改造工作在水輪機(jī)錐管內(nèi)進(jìn)行，錐管進(jìn)人門尺寸為800mm×800mm，根據(jù)設(shè)計(jì)給出的改造圖紙改造后的補(bǔ)氣管長(zhǎng)度將近4m；泄水錐長(zhǎng)度為2.3mm，直徑1.3m，超出錐管進(jìn)人門尺寸。施工檢修平臺(tái)總承重能力為3噸，為均勻受力結(jié)構(gòu)，每平米受力不允許大于500Kg，而泄水錐總重為3000Kg，遠(yuǎn)超出檢修平臺(tái)的承重能力，給施工帶來(lái)了極大的安全隱患。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的施工環(huán)境，需制定一套合理的工藝方案確保改造工作的順利進(jìn)行，經(jīng)多方探討，決定補(bǔ)氣管及泄水錐采取分節(jié)、分瓣的方式單節(jié)制造，運(yùn)往工地后在水輪機(jī)錐管內(nèi)進(jìn)行整體組裝焊接。

轉(zhuǎn)輪補(bǔ)氣裝置改造結(jié)構(gòu)示意圖見(jiàn)圖1：

圖1 轉(zhuǎn)輪補(bǔ)氣裝置改造結(jié)構(gòu)示意圖

2.補(bǔ)氣改造施工過(guò)程

根據(jù)補(bǔ)氣裝置的制造特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況制定可靠的施工工藝方案，方案確定后經(jīng)多方認(rèn)證該方案的可靠性及可操作性，

2.1 搭建施工腳手架。檢修平臺(tái)距水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪下環(huán)側(cè)距離為6m，超出人員施工的能力范圍，施工前需專業(yè)人員搭建施工腳手架，搭建后由安全員進(jìn)行檢查確保腳手架的安全可靠，合格后方可投入使用。

2.2 割除原泄水錐。按施工圖紙對(duì)原泄水錐氣刨位置進(jìn)行劃線，劃線后復(fù)檢劃線圓尺寸與新泄水錐上段坡口尺寸是否對(duì)應(yīng)，采用碳弧氣刨的方式割除原泄水錐。氣刨前對(duì)葉片進(jìn)行防護(hù)，用角鋼搭建支撐架，在上面用石棉布將葉片保護(hù)起來(lái)。原泄水錐氣刨掉3/4后，在泄水錐內(nèi)側(cè)均布裝焊四個(gè)吊耳，用手拉葫蘆將泄水錐拉緊，上部固定到上冠內(nèi)腔中的4個(gè)吊環(huán)上，氣刨結(jié)束后，用手拉葫蘆將泄水錐緩慢的吊放到施工腳手架上。

2.3 安裝補(bǔ)氣管上段。由鉗工拆除原補(bǔ)氣管下段螺栓，為防止該處密封結(jié)構(gòu)發(fā)生移動(dòng)而影響補(bǔ)氣效果，此處20個(gè)把合螺栓拆除16個(gè)，拆除螺栓時(shí)用合金磨頭打磨焊點(diǎn)，盡量向母材方向打磨，避免損傷螺栓，打磨后噴涂螺栓松動(dòng)劑用電動(dòng)扳手將螺栓取下。在新補(bǔ)氣管上段中部軸線對(duì)稱位置裝焊2個(gè)吊耳，用上冠內(nèi)腔中的吊環(huán)采用手拉葫蘆的起吊方式將補(bǔ)氣管上段起吊至裝配位置，調(diào)整垂直度滿足要求后用螺栓把合牢固，涂抹螺紋鎖固膠后點(diǎn)焊固定。

2.4 泄水準(zhǔn)上段的裝配焊接。受檢修平臺(tái)的承重能力限制，單節(jié)泄水錐重量過(guò)大，不允許擺放在檢修平臺(tái)上，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，每節(jié)的兩瓣泄水錐需在起吊的狀態(tài)下進(jìn)行組圓，合縫面兩端不允許出現(xiàn)錯(cuò)口。組圓后在泄水錐上段的軸線的對(duì)稱位置裝焊2個(gè)吊耳，在轉(zhuǎn)輪出水邊均布焊接4個(gè)吊耳，起吊泄水錐上段至合適位置，調(diào)整尺寸合格后用搭板將泄水錐與轉(zhuǎn)輪上冠搭焊牢固。

受施工現(xiàn)場(chǎng)條件限制，焊接方法采用手工電弧焊，為控制焊接熱輸入量，減小焊接變形，焊材選用Φ3.2mm的焊條GB E309L-15，焊前預(yù)熱溫度≥80℃；層間溫度≤100℃，焊接工藝規(guī)范參照表1：

表1 焊接工藝規(guī)范

焊接時(shí)由兩名焊工在圓周對(duì)稱位置采用同向、同速、同規(guī)范、分段、多層、多道、退步焊的方式進(jìn)行焊接，使焊縫在圓周方向上均勻收縮，防止產(chǎn)生扭曲焊接變形[1]，焊接順序先焊接內(nèi)圓側(cè)焊縫，內(nèi)圓側(cè)焊縫焊滿后在外圓側(cè)進(jìn)行清根，打磨滲碳層并做PT探傷檢查，合格后將焊縫焊滿，由于該環(huán)焊縫為泄水錐及補(bǔ)氣管的唯一承重焊縫，其焊縫要求質(zhì)量極高，須專業(yè)及有多年相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)的焊接人員進(jìn)行操作。

2.5 其余泄水錐及補(bǔ)氣管的裝配焊接。按圖紙要求對(duì)余下工件采取從上到下的順序進(jìn)行裝配，裝配方法同上；泄水錐中段與上段、下段及單節(jié)泄水錐的連接結(jié)構(gòu)為合縫板把合及外部封焊的結(jié)構(gòu)，為保證總體安裝尺寸及補(bǔ)氣管中、下段的安裝順利，封焊焊縫暫不焊接，待補(bǔ)氣裝置整體裝配結(jié)束后一并焊接。

2.6 探傷及尺寸驗(yàn)收。所有焊縫焊接完成后，對(duì)焊縫進(jìn)行100%的PT探傷檢查，檢查標(biāo)準(zhǔn)按ASME-Ⅷ-APP-8執(zhí)行，并對(duì)泄水錐總體尺寸進(jìn)行檢查，合格后對(duì)焊縫外表面進(jìn)行打磨，使焊縫兩側(cè)母材光滑過(guò)渡。

3.施工過(guò)程中的難點(diǎn)

3.1 由于單件工件重量過(guò)大，運(yùn)往機(jī)坑時(shí)因無(wú)合適的起吊設(shè)備提供支持，需大量的人員采取人力的方式進(jìn)行工件的轉(zhuǎn)運(yùn)，工作效率較低。

3.2 由于單節(jié)兩瓣泄水錐的合縫板未安裝定位銷，在組圓后起吊過(guò)程中受自身重力影響在合縫處產(chǎn)生2mm～3mm錯(cuò)口，影響裝焊質(zhì)量，需采用過(guò)渡焊的方式進(jìn)行調(diào)整。

3.3 補(bǔ)氣管中段與補(bǔ)氣管上、下段的裝配方式為直口裝配，裝配間隙單側(cè)不大于0.5mm，下部法蘭板與泄水錐把合，補(bǔ)氣管法蘭板在泄水錐法蘭板下側(cè)，安裝時(shí)需先安裝泄水錐再裝配補(bǔ)氣管，受空間結(jié)構(gòu)限制，在安裝補(bǔ)氣管時(shí)因無(wú)法目測(cè)上接補(bǔ)氣管的裝配位置，因采用在泄水錐內(nèi)部裝焊導(dǎo)向條的方式輔助裝配補(bǔ)氣管。

4.結(jié)語(yǔ)

依托合理的改造工藝方案及現(xiàn)場(chǎng)施工人員的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，該電站的轉(zhuǎn)輪補(bǔ)氣改造工作順利完成，根據(jù)1個(gè)多月機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，其轉(zhuǎn)輪震動(dòng)問(wèn)題得到了改善。對(duì)于其他類似結(jié)構(gòu)，相似震動(dòng)問(wèn)題的改造處理具有積極的借鑒意義。

[1]盧昌福.溪洛渡水電站轉(zhuǎn)子支架裝焊工藝.電機(jī)技術(shù)[J].2013.04