福建萬安溪水電站底環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000)

福建萬安溪水電站底環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)

潘曉豪

(中國水利水電第十二工程局有限公司，浙江 杭州 310000)

本文對(duì)福建萬安溪水電站3號(hào)機(jī)底環(huán)安裝中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析、總結(jié)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工的實(shí)際情況，提出優(yōu)化底環(huán)設(shè)計(jì)的方案。底環(huán)優(yōu)化設(shè)計(jì)后，使安裝工序簡(jiǎn)化并縮短了安裝工期，且能夠?qū)Φ篆h(huán)水平、高程等進(jìn)行有效控制。

底環(huán)；安裝；優(yōu)化設(shè)計(jì)；控制

福建省龍巖萬安溪水電站是福建省九龍江北溪支流萬安溪上的一級(jí)水電站，是一座混合式開發(fā)的小型水電站，電站位于龍巖市萬安鎮(zhèn)附近，容量45MW(3×15MW)，年平均發(fā)電量1.357億kW·h，自1994年投產(chǎn)發(fā)電以來，已運(yùn)行21年，設(shè)備老化嚴(yán)重，特別是轉(zhuǎn)輪存在嚴(yán)重汽蝕，給機(jī)組運(yùn)行和電廠生產(chǎn)帶來較嚴(yán)重的安全隱患。結(jié)合水利部、財(cái)政部增效擴(kuò)容改造項(xiàng)目(現(xiàn)擬改為總裝機(jī)容量3×15.5MW)，對(duì)3臺(tái)水輪發(fā)電機(jī)組更新改造，從而消除設(shè)備缺陷和隱患，提高設(shè)備健康水平，提高綜合效益。

3號(hào)機(jī)安裝過程中，底環(huán)安裝是一難點(diǎn)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，底環(huán)墊板需現(xiàn)場(chǎng)與原基礎(chǔ)環(huán)焊接，考慮到現(xiàn)場(chǎng)焊接可能發(fā)生變形且對(duì)底環(huán)的定位、高程、水平等造成影響，在安裝前以及安裝過程中針對(duì)影響安裝質(zhì)量的不同因素做了相應(yīng)的準(zhǔn)備。

1 3號(hào)機(jī)底環(huán)的安裝

1.1 3號(hào)機(jī)底環(huán)墊板的定位

底環(huán)是經(jīng)螺栓及定位銷釘與底環(huán)墊板把合的，底環(huán)墊板的定位決定了底環(huán)的定位，影響著導(dǎo)葉、頂蓋的安裝以及機(jī)組的中心。所以底環(huán)墊板的定位尤為關(guān)鍵，為了準(zhǔn)確定位底環(huán)墊板，連同導(dǎo)水機(jī)構(gòu)一起預(yù)裝。調(diào)整底環(huán)、頂蓋中心后，確保導(dǎo)葉轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，導(dǎo)葉端面間隙符合設(shè)計(jì)要求(0.2～0.7mm)后對(duì)底環(huán)墊板進(jìn)行點(diǎn)焊固定。待將頂蓋、導(dǎo)葉、底環(huán)吊出后對(duì)底環(huán)墊板進(jìn)行整體焊接。

1.2 3號(hào)機(jī)底環(huán)墊板的焊接

底環(huán)墊板與基礎(chǔ)環(huán)間焊接破口大，由于墊板位置原因，不能加溫焊接，考慮到焊接過程中會(huì)發(fā)生焊接應(yīng)力變形，影響底環(huán)的安裝精度，給焊接造成一定的困難，在焊接過程中要嚴(yán)格遵守下列工藝措施：

a. 底環(huán)墊板材料為Q235B(A3鋼)，焊條采用J427焊條，焊接前烘干焊條，用時(shí)裝入保溫筒，隨用隨取。

b. 焊接前用割槍將焊縫烘烤一遍，以去除工件表面的水汽。

c. 采用兩名焊工對(duì)稱焊接，底環(huán)內(nèi)側(cè)和外側(cè)嚴(yán)格對(duì)稱多層多道分段退步焊，每層外側(cè)先焊。兩名焊工焊接時(shí)焊接電流、焊接速度要求一致。4名焊工兩班制24小時(shí)不間斷焊接。

d. 第一、第二層采用直徑3.2mm焊條，電流110～130A。這兩層不能用風(fēng)鏟錘擊焊縫，只需將焊渣去除即可。第三層以后采用直徑4mm焊條，焊接電流170～180A。第三層以后焊縫焊后用風(fēng)鏟錘擊焊縫，以去除焊接過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，最后蓋面層不能用風(fēng)鏟錘擊。

e. 焊接過程中應(yīng)將焊好的焊縫用石棉布及時(shí)蓋好，保溫緩冷，以防止產(chǎn)生淬硬組織。

f. 焊接結(jié)束后24小時(shí)做滲透探傷(PT)。

g. 焊縫焊接完成，完全冷卻后對(duì)焊接區(qū)域需要進(jìn)行打磨，打磨后應(yīng)平滑過渡，各圓角部分圓弧半徑一致。如有明顯突起或凹坑，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)焊處理。

1.3 3號(hào)機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)正式預(yù)裝

待底環(huán)墊板冷卻至室溫時(shí)，吊裝底環(huán)，對(duì)底環(huán)的水平進(jìn)行測(cè)量，底環(huán)水平均在0.05mm/m以內(nèi)符合設(shè)計(jì)要求，對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行正式預(yù)裝。吊裝導(dǎo)葉、頂蓋及安裝套筒后測(cè)量導(dǎo)葉端面間隙時(shí)發(fā)現(xiàn)導(dǎo)葉間隙比較焊接前的數(shù)據(jù)整體偏大0.7mm。導(dǎo)葉端面間隙在底環(huán)墊板焊接前及焊接后的數(shù)據(jù)見下表。

底環(huán)墊板在焊接過中發(fā)生變形，使底環(huán)高程整體降低，致使導(dǎo)葉端面間隙不符合設(shè)計(jì)要求。后經(jīng)業(yè)主、廠家以及設(shè)計(jì)方，根據(jù)底環(huán)墊板焊接后導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝的導(dǎo)葉端面間隙數(shù)據(jù)，商定在底環(huán)與底環(huán)墊板間整圈加0.8mm的不銹鋼墊片來調(diào)整導(dǎo)葉端面間隙。在底環(huán)與墊板間加墊需再一次將導(dǎo)水機(jī)構(gòu)吊出，待加工不銹鋼墊片后重新對(duì)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)進(jìn)行預(yù)裝，預(yù)裝合格后鉆絞各部件的定位銷釘孔。

底環(huán)墊板焊接前和焊接后導(dǎo)葉端面間隙表 單位： 0.01mm

2 3號(hào)機(jī)設(shè)計(jì)的不足及優(yōu)化方案

2.1 3號(hào)機(jī)底環(huán)墊板現(xiàn)場(chǎng)焊接存在的不足

3號(hào)機(jī)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝過程中因墊板需現(xiàn)場(chǎng)焊接，對(duì)墊板的定位以及對(duì)導(dǎo)葉間隙加墊調(diào)整，需多次預(yù)裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，這給安裝加大了工作量，安裝過程繁瑣，且底環(huán)墊板焊接收縮變形直接影響了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝的質(zhì)量?？偨Y(jié)3號(hào)機(jī)底環(huán)安裝過程，該設(shè)計(jì)存在以下不足：

a. 底環(huán)墊板的水平、高程決定了底環(huán)的水平、高程，即直接影響了導(dǎo)葉的靈活度、導(dǎo)葉端面間隙。墊板在焊接中產(chǎn)生的變形不可控制，如焊接中發(fā)生變形可能導(dǎo)致不可逆的損失。

b. 底環(huán)墊板焊接前定位底環(huán)墊板需進(jìn)行一次導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝，焊接結(jié)束后正式預(yù)裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)，如果因焊接變形需加調(diào)整墊片則需再進(jìn)行一次預(yù)裝，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝的次數(shù)為至少兩次。

c. 底環(huán)墊板與原基礎(chǔ)環(huán)間坡口大，焊接工作量大；因墊板位置原因，不能加溫焊及焊接工藝要求高，整體焊接難度大。

2.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案

總結(jié)3號(hào)機(jī)底環(huán)安裝中存在的問題，究其原因?yàn)榈篆h(huán)墊板現(xiàn)場(chǎng)焊接造成，若能改變?cè)O(shè)計(jì)方案，沒有現(xiàn)場(chǎng)焊接工序，則可避免由焊接變形帶來的不可控因素，避免影響安裝質(zhì)量，以及多次預(yù)裝導(dǎo)水機(jī)構(gòu)的情況。

底環(huán)墊板可使用焊接固定，也可采用螺栓把合固定。采用螺栓固定的方式在安裝時(shí)不會(huì)產(chǎn)生焊接帶來的不可控變形，可提高安裝質(zhì)量和簡(jiǎn)化安裝程序。所以底環(huán)墊板采用螺栓把合為宜，底環(huán)墊板現(xiàn)場(chǎng)與基礎(chǔ)環(huán)配鉆螺栓孔把合。

底環(huán)墊板與基礎(chǔ)環(huán)采用螺栓把合，為了減少累積誤差影響底環(huán)安裝的精度，底環(huán)不宜再使用螺栓與墊板把合固定，應(yīng)采取底環(huán)墊板與底環(huán)在廠內(nèi)整體鑄造或焊接，整體鑄造或焊接進(jìn)行精加工后運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)安裝。

將該方案報(bào)設(shè)計(jì)單位判定，認(rèn)為可有效避免底環(huán)墊板與基礎(chǔ)環(huán)焊接時(shí)發(fā)生變形影響安裝質(zhì)量等缺點(diǎn)。并采用該方案，對(duì)2號(hào)機(jī)、1號(hào)機(jī)底環(huán)，采用底環(huán)墊板與底環(huán)在廠內(nèi)整體鑄造精加工后，運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，與基礎(chǔ)環(huán)配鉆螺栓孔用螺栓把合的方式進(jìn)行安裝。

3 優(yōu)化成果

經(jīng)過2號(hào)機(jī)、1號(hào)機(jī)安裝，底環(huán)與墊板整體鑄造，現(xiàn)場(chǎng)與原基礎(chǔ)環(huán)配鉆螺栓孔把緊的方式，使導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝過程簡(jiǎn)化(導(dǎo)水機(jī)構(gòu)只需一次預(yù)裝)，且安裝過程中沒有焊接帶來的變形影響，安裝質(zhì)量可以控制。底環(huán)采用螺栓把合的方式，減少了導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝次數(shù)，降低了安裝成本，節(jié)省了安裝時(shí)間。機(jī)組已經(jīng)過一年多的運(yùn)行，運(yùn)行工況良好。

[1] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局. GB/T 8564—2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[2] 王玲花. 水輪發(fā)電機(jī)組安裝與檢修[M]. 北京：中國水利水電出版社，2012.

[3] 劉大愷. 水輪機(jī)[M]. 北京：中國水利水電出版社，1996.

[4] 鄭源，陳德新. 水輪機(jī)[M]. 北京：中國水利水電出版社，2011.

OptimizationdesignofbottomringinFujianWan’anxiHydropowerStation

PAN Xiaohao

(SinohydroBureau12Co.,Ltd.,Hangzhou310000,China)

In the paper, the problems in Fnjian Wan’anxi Hydropower Station No. 3 machine bottom ring installation are analyzed and summarized. A plan of optimizing the bottom ring design is proposed according to practical condition during site construction. The installation procedures are simplified, the construction term is shortened, the bottom ring level, elevation, etc. can be controlled effectively after bottom ring optimization design.

bottom ring; installation; optimization design; control

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.012.010

TV735

B

1005-4774(2017)012-0039-03