水轮机改造方案分析

苗亚旭 周 娅

(葛洲坝集团机电建设有限公司，云南 丽江 674100)

1 前言

某水电站分两期开发建设，一期工程采用低坝引水式开发，正常蓄水位515m，死水位508m，电站装机容量2×50MW，额定水头221.5m，额定转速428.6r/min。主厂房内装设2台50MW混流式水轮发电机组及其附属设备，电站由坝前引水，通过引水隧洞及压力钢管输水，厂房前分叉供两台混流式水轮发电机组发电，在每台水轮机蜗壳进口前设有球阀装置。

二期工程为高坝方案，正常蓄水位627m，死水位555m。二期大坝建成蓄水后，一期工程首部枢纽将被淹没，一期工程额定水头提高到320m，电站机电设备需进行改造。机电设备改造的原则是仅改造水轮机，不改造发电机及电气设备，机组的额定转速和单机容量保持不变。

2 水轮机改造项目

水轮机是立轴金属蜗壳的混流式水轮机型，其更换、改造情况如下:

1)蜗壳、座环:一期工程蜗壳和座环已按后期承压的要求设计，在不考虑混凝土联合受力或任何支撑的条件下，能承受在二建成后最大水头下产生的最大水压450m水柱所产生的各种应力，不需要改造。由于二期工程选用的C型转轮座环开口高度比一期工程的座环开口高度低，所以需要对座环进行改造。改造后座环在原座环的上、下环板上采用焊接的方式各加一层垫板以满足流道要求。

2)锁锭装置由原装装置按照新接力器的全关位置进行修割改造而成。

3)由于座环开口高度发生改变，导叶开口、水流情况变化。转轮、顶盖、底环、控制环、接力器、导叶、导叶摩擦装置、尾水锥管均需要进行更换。

3 座环改造施工工艺

水轮机座环改造是本次改造的工作重点，也是难点。原座环固定导叶开口为330mm，在上下各加一层垫板后，开口由外侧向内侧逐渐过渡到230mm(见图1)。

图1 座环改造示意图

垫板为整圆环板，需要根据提供的样板切割成若干小块，然后逐块进行修配、安装、焊接、打磨，最终满足开口要求。由于是高水头下的过水部件，此过程要严格控制焊接的质量和监控焊接变形。其主要施工工艺过程如下:

3.1 座环垫板配制

彻底清理座环，将待焊部位的油漆、铁锈彻底清理干净，将16个固定导叶按照一定顺序进行编号。由于固定导叶内外两侧比中间宽，直接切割成16块无法塞到空档中，需要利用垫板切割模板，将座环垫板切割成32块，先焊接每个固定导叶与其两侧垫板，然后再将两块垫板焊接起来。

由于上环垫板配制时需要用千斤顶撑起固定，考虑到开口空间有限，先配制上环垫板。配制时将配割好的小块垫板与座环进行预装，装配的焊接间隙不得大于2mm，否则需要先进行堆焊 (堆焊的部位PT检查)，打磨处理，同时检查垫板与座环之间的间隙不得大于0.2mm，否则需要校正，以满足装配要求。

3.2 座环垫板焊接

1)先焊接上环垫板，全部完成后再配制、焊接下环垫板。

2)每次对称同时安装调整两固定导叶之间的两块垫板，每一块垫板用一只千斤顶将其定位;垫板调整固定完毕后，将其四周进行临时点焊固定。

3)对垫板进行定位焊，首先焊接垫板与固定导叶之间的焊缝，其次再焊垫板内外向焊缝，最后焊接两垫板之间的径向焊缝，焊缝长度一般为50mm。

4)首先焊接垫板与固定导叶之间的焊缝，然后再进行塞焊，再其次焊垫板内外环向焊缝，最后焊两垫板之间的径向焊缝，

5)正式焊接垫板焊缝前，需用火焰对焊缝进行加温，加温到80℃左右时方可开始焊接;在进行焊接时，由2名焊工在座环圆周方向同速、同规范、多道多层、对称、分段、退步焊接;除第一层和最后一层不进行锤击外，其余各层均需逐层进行锤击，以便消除焊接残余应力和控制焊接变形;焊接完成后方可松开千斤顶。

6)在整个焊接过程中，应监控座环安装平面的变形情况，同时根据实际情况调整焊接方向。

7)根据两块垫板之间的实际间隙配制圆钢以减少径向焊缝填充量，然后采用上述正式焊接的方法进行焊接。

3.3 焊后检查与处理

焊接完成后对焊缝进行100%PT探伤检查，对有缺陷的位置进行返修。

对开口高度进行检查，应符合230(0～+2)mm要求。

按原座环内孔打磨垫板内圆，使其不得突出于原座环内圆。

对座环上下环平面水平进行检查，必要时进行修磨，最终应满足GB/T8565－2003对座环水平的要求。

3.4 改造后回装

回装过程的质量控制与正式安装时相同，且需对机组轴线重新进行检查。

4 结束语

水轮机改造的重点是座环改造，对座环在焊接过程中的变形监控是改造工作的一个难点，因此需要在配制、焊接、监控的各个工序都需要严格按工艺执行，严格控制焊接速度，限制焊条摆动幅度，控制焊接线能量。通过一系列工序的精细施工，改造取得良好效果，改造后投产运行一切正常。

［1］设计图纸和相关设备厂家技术资料［Z］.

［2］GB8564－2003.水轮发电机安装技术规范 ［S］.