淺談大中型水電站蝸殼快速安裝技術(shù)

毛永茂

中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部 云南 昆明 650032

1 工程概述

小灣某大型水電站共裝設(shè)6臺單機額定容量為700 MW的機組，額定水頭216 m，額定轉(zhuǎn)速150rp m。每臺機蝸殼共有28個管節(jié)組成，除尾部2節(jié)隨座環(huán)到貨外，其余26個管節(jié)在工地采用國產(chǎn)ADB610D高強鋼板制造。蝸殼除湊合節(jié)分成3塊瓦片、2節(jié)蝸殼進口延伸段為整圓管節(jié)出廠外，其余“C”型管節(jié)組焊成單節(jié)后出廠。

蝸殼平面尺寸為23225 mm×21152 mm，進口端管口直徑為Φ6500 mm，板厚從鼻端30 mm漸變70 mm。蝸殼安裝中心高程為EL980.0075 m。蝸殼管節(jié)的裝配編號從＋X軸線起沿水流方向依次為1～24節(jié)(與斷面號一致)，進口管段沿水流方向依次為A、B、C、D(見圖1)。

圖1 蝸殼體形結(jié)構(gòu)及掛裝順序圖

2 蝸殼掛裝技術(shù)實施要點

在進行蝸殼掛裝作業(yè)時，需要使用主廠房100t/32t橋機將蝸殼管節(jié)吊運到安裝位置。[1]為了確保整個吊運過程中蝸殼管節(jié)的平穩(wěn)性，需要預(yù)先對蝸殼管節(jié)的重心位置進行精準的計算。在現(xiàn)場作業(yè)中，施工單位在焊接一個吊耳吊點的情況下即實現(xiàn)了蝸殼C管節(jié)吊裝過程的平衡控制，極大的提高了蝸殼掛裝的效率。

2.1 掛裝順序 蝸殼掛裝的第一步是對定位節(jié)進行確定，本次作業(yè)中主要有D管節(jié)、6#管節(jié)、13#管節(jié)以及22#管節(jié)四個，之后基于這四個定位節(jié)確定掛裝作業(yè)的順序，即如圖1所示。

2.2 定位節(jié)掛裝 在定位節(jié)掛裝過程中，應(yīng)以機組的X、Y軸線作為參考基準，使用全站儀在座環(huán)上、下過渡板和混凝土地面上放出蝸殼各斷面掛裝的控制點，進行明顯標記。之后根據(jù)控制點將定位節(jié)調(diào)運到安裝位置，以低速與座環(huán)過渡板緩慢貼近，最后支撐在過渡板底面的焊接擋塊上。完成以上基礎(chǔ)準備后，使用掛線錘測定并調(diào)整進水邊管口的垂直平面度，使其偏差控制在5 mm以內(nèi)。進而通過調(diào)整使水邊腰線的高程與固定導(dǎo)葉的中心平面保持一致，并使用全站儀測量保證其精度符合要求。之后對進水邊最遠點與機組中心線之間的距離進行調(diào)整，將偏差控制在12 mm以內(nèi)。之后裝焊騎馬版、斜楔等調(diào)整工具對定位節(jié)與過渡板的間隙以及錯牙進行調(diào)整，前者維持在2～3mm，后者控制在2 mm以下。最后，對上過渡板進行調(diào)整，基于蝸殼的開口和高程對定位節(jié)進行起落和調(diào)整，完成和下過渡板的對接。[2]在確保各方面尺寸符合要求后，即可進行焊接定位。

2.3 其余管節(jié)掛裝 完成定位節(jié)的掛裝與驗收后，應(yīng)根據(jù)預(yù)先確定的順序依次完成進、出水便其它管節(jié)的安裝作業(yè)。為了避免座環(huán)失去平衡，應(yīng)根據(jù)掛裝后蝸殼的重量對各方向上掛裝管節(jié)的數(shù)量進行適當?shù)恼{(diào)節(jié)。一般情況下，每側(cè)必須拼對完兩條環(huán)縫后才能進行第一條環(huán)縫的焊接。為了提高安裝效率，可以采用同步進行掛裝和焊接的方式。為了保障掛裝質(zhì)量，作業(yè)人員應(yīng)注意以下要求：一，在過渡板上標記出蝸殼各管節(jié)的分度線。二，在開始安裝前，要對管節(jié)和座環(huán)過渡板兩者的開口值進行復(fù)測，通過對比確定對裝縫間隙，并據(jù)此預(yù)留出焊縫間隙。三，對管節(jié)環(huán)縫及其相鄰管節(jié)周長進行測量，確定環(huán)縫錯牙。

2.4 延伸段安裝 在開始延伸段掛裝作業(yè)之前，要對壓力鋼管的安裝尺寸進行復(fù)測。安裝時應(yīng)將壓力鋼管中心以及蝸殼C關(guān)節(jié)進水邊實際中心兩者的連線作為中心控制線。以逆水向先后完成管節(jié)C、B的安裝。在混凝土澆筑之后進行A管節(jié)和壓力鋼管湊合節(jié)的安裝。

3 焊接作業(yè)要點

在本次工程中，蝸殼安裝焊縫采用手工電弧焊接，焊接作業(yè)順序如下：管節(jié)環(huán)縫→湊合節(jié)縱縫→湊合節(jié)環(huán)縫和C、D段環(huán)縫→舌板焊縫→過渡板焊縫→延伸段環(huán)縫。在焊接作業(yè)開始前，要進行預(yù)熱，溫度為100～120℃，焊縫每側(cè)預(yù)熱寬度不僅要超出板厚的3倍，還要保持在100 mm以上。如表2所示為焊接工藝參數(shù)。

表2 焊接工藝參數(shù)一覽表

3.1 蝸殼環(huán)縫焊接 蝸殼環(huán)縫焊接作業(yè)應(yīng)按照其掛裝作業(yè)的順序開展，具體如圖2所示。首先對正縫(大坡口一側(cè))進行焊接，按分段對稱、多層多道、窄道焊的要求施焊。每層焊縫焊接前必須將上一層焊渣徹底清除干凈，層間接頭錯開30～50 mm。當正縫焊接至板厚的2/3時進行背縫碳弧氣刨清根，打磨光亮后進行干磁粉MT探傷，合格后進行背縫焊接，背縫蓋面完成后接著進行正縫的焊接直至完成蓋面。

圖2 蝸殼環(huán)縫焊接順序示意圖

3.2 過渡板焊縫焊接 蝸殼和座環(huán)上、下過渡板間焊縫的焊接作業(yè)應(yīng)設(shè)置在所有環(huán)縫焊接作業(yè)之后，在焊接過程中，上、下過渡板均應(yīng)由8名焊工同時開展作業(yè)，采用對稱分段退步焊接的方式。為了確保整個焊接作業(yè)能夠連續(xù)完成，應(yīng)組織32名焊工分兩班輪換作業(yè)。在進行上過渡板的焊接中，應(yīng)先進行非過流面的焊接，從過流面清根，下過渡板焊接則與之相反。此外，在焊接作業(yè)中還應(yīng)加強對座環(huán)水平以及圓度變動的監(jiān)測，根據(jù)實際情況對焊接順序進行靈活調(diào)整。

4 結(jié)語

本次工程中一共實施了六臺套水輪機蝸殼的安裝，相關(guān)掛裝和焊接工藝實施質(zhì)量均達到預(yù)期效果。