兩河口水電站大型蝸殼安裝技術(shù)

周恭劍

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

1 概述

兩河口水電站蝸殼采用鋼板焊接結(jié)構(gòu)，材質(zhì)為HD610CF高強(qiáng)度鋼，整套蝸殼分為進(jìn)口延伸段和蝸殼本體兩部分。蝸殼進(jìn)口內(nèi)徑5.9 m，共25個(gè)管節(jié)組成，其中有16節(jié)由于運(yùn)輸問題，是瓦塊到貨，在工地進(jìn)行拼裝。在金結(jié)廠拼裝后運(yùn)往工地現(xiàn)場安裝。蝸殼最小板厚40 mm，最大板厚80 mm，共8種規(guī)格；每臺套蝸殼總重324.8 t。本電站蝸殼進(jìn)人門設(shè)置在蝸殼第14節(jié)。蝸殼設(shè)置1個(gè)DN400的液壓針型排水閥。在蝸殼延伸段第23節(jié)設(shè)置4個(gè)進(jìn)口壓力測點(diǎn)和2個(gè)壓力脈動(dòng)測點(diǎn)，在中間管節(jié)第5節(jié)設(shè)置4個(gè)蝸殼差壓流量測點(diǎn)，在蝸殼第20節(jié)設(shè)置2個(gè)蝸殼末端壓力測點(diǎn)，來監(jiān)測蝸殼流量及壓力。

2 施工平臺布置

為快速安裝蝸殼各管節(jié)，確保蝸殼掛裝、焊接、支撐割除、水壓試驗(yàn)等各工序的質(zhì)量和安全，在座環(huán)上下環(huán)板面搭設(shè)上下施工平臺，上平臺上放置溫控儀設(shè)備和部分焊機(jī)，下平臺主要布置焊機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、空壓機(jī)等設(shè)備。

3 蝸殼掛裝

3.1 單節(jié)蝸殼掛裝

蝸殼掛裝前將坡口及兩側(cè)50 mm范圍內(nèi)進(jìn)行打磨、除去油漆、污物、銹跡等，并標(biāo)出管節(jié)的腰線，測量其進(jìn)、出管口的周長；根據(jù)蝸殼各節(jié)方位角度計(jì)算出測量點(diǎn)線圖，在機(jī)坑內(nèi)用全站儀測放到地面上，作永久標(biāo)記，作為蝸殼掛裝測量控制點(diǎn)，并懸掛座環(huán)中心線；在座環(huán)過渡板相應(yīng)位置上焊接蝸殼管節(jié)掛裝擋塊；蝸殼掛裝設(shè)置3個(gè)定位節(jié)和2個(gè)湊合節(jié)。先掛裝定位節(jié)、再掛裝其余各節(jié)，最后掛裝2個(gè)湊合節(jié)。蝸殼掛裝要對稱進(jìn)行，確保座環(huán)受力的平衡性。掛裝順序如圖1所示。

圖1 蝸殼掛裝順序示意圖

3.2 定位節(jié)掛裝

定位節(jié)掛裝程序：檢查基礎(chǔ)環(huán)及座環(huán)上的過渡板及蝸殼管節(jié)的開口尺寸→掛裝→調(diào)整→支撐固定→驗(yàn)收；蝸殼定位節(jié)吊裝到位后，用千斤頂、拉緊器來調(diào)整其位置，用水平儀、鋼卷尺、線錘來檢測管口的方位、管口垂直度、最遠(yuǎn)點(diǎn)半徑、高程，檢測合格后，在定位節(jié)外緣用千斤頂支撐，并用拉緊器固定，在適當(dāng)位置還要增加臨時(shí)支撐（千斤頂或型鋼），每2節(jié)蝸殼加固1次。

圖2 單節(jié)蝸殼掛裝示意圖

3.3 蝸殼其他管節(jié)掛裝

其他管節(jié)掛裝：掛裝→調(diào)整→支撐固定→驗(yàn)收；定位節(jié)掛裝合格后，按蝸殼掛裝順序依此掛裝其他蝸殼管節(jié)，每個(gè)方向掛裝的管節(jié)數(shù)量將根據(jù)所掛的蝸殼重量加以控制和調(diào)整；同時(shí)按要求支撐、調(diào)整與定位節(jié)相鄰的管節(jié)及焊縫的錯(cuò)牙與間隙。合格后，點(diǎn)焊蝸殼環(huán)縫及與過渡板之間的焊縫，點(diǎn)焊適宜在背縫側(cè)，點(diǎn)焊時(shí)采用火焰或加熱板預(yù)熱；每個(gè)掛裝方向調(diào)整好兩條環(huán)縫后開始焊接第一條環(huán)縫。采取邊掛邊焊接的方式依次安裝其他管節(jié)。

3.4 蝸殼湊合節(jié)安裝

其他管節(jié)安裝、焊接完成后，在蝸殼與座環(huán)過渡段焊接前，進(jìn)行湊合節(jié)的安裝。湊合節(jié)安裝程序：測量→配割→掛裝→預(yù)熱→焊接（先縱縫后環(huán)縫），湊合節(jié)在現(xiàn)場進(jìn)行配割，瓦塊吊裝前，測量所有瓦塊的幾何尺寸及湊合節(jié)安裝位置的尺寸，確定切割位置及余量。

先吊裝底部瓦塊、后掛腰部瓦塊、最后掛裝頂部瓦塊。根據(jù)所測量數(shù)據(jù)并考慮焊縫湊合節(jié)兩側(cè)的焊縫間隙對瓦塊進(jìn)行劃線切割，切割采用全位置切割機(jī)進(jìn)行。切割完畢后，將瓦塊坡口用角磨機(jī)打磨出金屬光澤。湊合節(jié)掛裝時(shí)，先將底部瓦塊吊裝調(diào)整到位，點(diǎn)焊瓦塊，然后吊裝腰部瓦塊進(jìn)行安裝，最后吊裝頂部瓦塊進(jìn)行安裝（或根據(jù)測量數(shù)據(jù)將各湊合瓦塊預(yù)先拼裝成管節(jié)后進(jìn)行整體掛裝，管節(jié)15湊合節(jié)為整節(jié)到貨，整體配割）。湊合節(jié)掛裝順序如圖3所示。

圖3 湊合節(jié)掛裝順序示意圖

3.5 蝸殼延伸段安裝

延伸段安裝：掛裝→壓縫→焊接→打磨→補(bǔ)焊→探傷；蝸殼延伸段掛裝時(shí)，校核壓力鋼管理論安裝中心。在壓力鋼管未安裝前以壓力鋼管理論中心和蝸殼定位節(jié)出口實(shí)際中心連線作為湊合節(jié)安裝的中心控制線，在壓力鋼管安裝后以壓力鋼管和蝸殼定位節(jié)出口實(shí)際中心線作為湊合節(jié)安裝的中心控制線。

4 蝸殼焊接

4.1 焊接要求

1）焊條必須按照焊條說明書上要求的溫度和時(shí)間進(jìn)行烘干、保溫。焊條烘干后放入100～150℃焊條保溫箱內(nèi)，隨用隨取。

2）焊前再次檢查焊接坡口及其周圍20 mm范圍內(nèi)應(yīng)無氧化層、熔渣、銹蝕、油污和油漆等可能影響焊接質(zhì)量的雜質(zhì)。

3）對焊接需要預(yù)熱的部位，焊接前采用局部預(yù)熱的辦法，局部預(yù)熱范圍為焊縫兩側(cè)150 mm，各部位焊縫焊接完成后，應(yīng)立即加熱升溫至200～250℃，后熱保溫2 h，其隨后緩慢冷卻至室溫，溫降≤50℃/h。

4）對于接頭處間隙超過3 mm的，需對坡口進(jìn)行堆焊。允許對間隙過大的接頭處在背面加墊板，但必須保證所加墊板的材質(zhì)與母材相同。墊板處的焊縫在正面焊縫完成后，將背面的墊板清除，打磨，焊縫經(jīng)目測檢查和“丁”字接頭部位經(jīng)PT或MT探傷合格后，進(jìn)行封底焊接。

5）焊接過程中除底層、表層焊縫不進(jìn)行錘擊外，對其余各層焊縫逐層進(jìn)行錘擊，減少殘余應(yīng)力。焊接過程中上下層焊縫的接頭處要錯(cuò)開30～50 mm，焊道寬度不大于焊條直徑的5倍。

6）蝸殼焊接前對各焊縫進(jìn)行定位焊，定位焊應(yīng)施焊于清根側(cè)，蝸殼定位焊預(yù)熱溫度比正式焊縫預(yù)熱溫度高20℃，定位焊長度為100～150 mm，間隔為300～500 mm，焊縫厚度 10～15 mm。定位焊的焊接順序與要求與正式焊接相同。

7）要求在打底焊縫焊接時(shí)使用直徑Φ3.2 mm焊條。其他各層焊縫可根據(jù)實(shí)際情況選用Φ3.2 mm焊條、Φ4.0 mm焊條。

8）去除各種拉板及附件時(shí)不應(yīng)使用錘擊的方法，應(yīng)用碳弧氣刨切割（或用氧-乙炔火焰切割），并留出約2～5 mm的余量后用手動(dòng)砂輪機(jī)打磨，其表面進(jìn)行MT或PT探傷檢查。

4.2 焊接材料、預(yù)熱溫度及層間溫度

蝸殼焊接材料為AWS E9015-G、焊縫預(yù)熱溫度為100℃～120℃，焊縫層間溫度≤220℃。焊縫預(yù)熱原則為每天施焊區(qū)域焊接前、未一次性焊接完成后再繼續(xù)焊接前。

4.3 焊接方式

現(xiàn)場焊接采用手工電弧焊。每條焊縫由4～8名焊工對稱、多層、多道焊接，每層、道均實(shí)施分段退步焊。在大坡口側(cè)焊滿坡口深度2/3后，背面清根，打磨，焊縫經(jīng)目測檢查和“丁”字接頭部位經(jīng)PT或MT探傷合格后，兩側(cè)交替對稱施焊。正面焊縫打底焊道采用φ3.2 mm焊條，其余的焊道全部采用φ4 mm的焊條焊接。環(huán)縫焊接順序如圖4所示，蝶形邊焊接順序如圖5所示。

圖4 蝸殼環(huán)縫焊接順序示意圖

圖5 蝸殼蝶形邊焊接順序示意圖

5 蝸殼焊縫質(zhì)量檢查

5.1 焊縫外觀檢查

每道焊縫焊完后，焊工應(yīng)逐層進(jìn)行自檢，發(fā)現(xiàn)缺陷或焊縫尺寸不符合要求須及時(shí)進(jìn)行處理，蝸殼焊縫外觀檢查及缺陷處理方式如表1所示。

表1 蝸殼焊縫外觀檢查及缺陷處理方式

5.2 焊縫探傷比例

現(xiàn)場焊縫打磨完成后，在焊接完成后24 h后進(jìn)行MT或PT、UT、TOFD探傷檢查，對探傷不合格部位，用碳弧氣刨清除缺陷，打磨并做MT探傷，確認(rèn)無缺陷后再施焊，焊接工藝要求同前述蝸殼焊接工藝。

蝸殼焊縫探傷比例：所有環(huán)縫10%UT、MT，所有縱縫、丁字接頭處焊縫100%TOFD。

5.3 焊縫防腐

現(xiàn)場焊縫經(jīng)無損檢測、第三方抽查合格后，對焊縫進(jìn)行清潔、打磨，使用廠家供貨的油漆和工藝要求進(jìn)行底漆、中間漆、面漆的涂刷，完成后對漆膜厚度進(jìn)行檢查。

6 結(jié)語

兩河口水電站是藏區(qū)一等大（1）型水電工程，地屬高原地區(qū)，地理環(huán)境十分復(fù)雜，對工程建設(shè)來說在施工技術(shù)上困難重重。蝸殼是水輪機(jī)的重要埋件之一，蝸殼安裝的質(zhì)量直接影響整臺水輪發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行。項(xiàng)目部根據(jù)現(xiàn)場施工實(shí)際情況對蝸殼安裝進(jìn)行精心策劃、科學(xué)管理，使得蝸殼安裝工作取得了工期短、質(zhì)量高的良好效果，為水輪發(fā)電機(jī)組進(jìn)行后續(xù)工序安裝奠定了良好的基礎(chǔ)。