大型混流式水轮机座环安装与焊接工艺

2014-04-06周若愚

水利技术监督 2014年1期

关键词：环板导叶水轮机

周若愚

（中国水利水电第三工程局有限公司制造安装分局，陕西西安 710032）

大型混流式水轮机座环安装与焊接工艺

周若愚

（中国水利水电第三工程局有限公司制造安装分局，陕西西安 710032）

根据金沙江鲁地拉电站座环特点，介绍了其安装、调整、焊接及机械加工等工艺，阐述了座环安装过程的质量控制难点、重点；并总结了存在的问题及处理方法，从而使其安装质量达到设计和规范的要求，以期为类似大型混流式水轮机座环现场组焊及安装提供借鉴。

鲁地拉电站；座环安装；焊接工艺；机械加工

大型混流式水轮机座环一般采用平板结构，具有外形尺寸大、重量大以及环板厚度厚等特点。一般由两块环形部件与若干片固定导叶组成，构成从蜗壳到导水机构间通道的结构部件，座环有支撑与承受上部机墩及机组重量、蜗壳内水压力及水轮机轴向水推力等的作用，并将它们传递到厂房混凝土基础。

鲁地拉水电站座环由东电制造，由上下环板、固定导叶、过渡板、导流板、底板、上法兰板组成，采用钢板焊接制成，分4瓣运输至工地，现场组合、焊接与安装。作为底环及导水机构的支承，座环设有转轮、底环与顶盖支撑平面。座环上下环板采用ASTM A516M Gr485-Z25抗撕裂优质钢板焊接制成，其厚度为 170mm，座环底板和立圈材质为 Q345C，焊缝坡口为不对称 X型坡口；固定导叶采用 ASTM A516MGr485制作，过渡板采用ADB610D制作，其中固定导叶有24个，其中心线安装高程1124.0m，座环组装后座环最大外径Φ10500mm，高度3730mm，总重量为165.7t。鲁地拉电站座环结构见图1。

蜗壳尾部及大舌板均在厂内焊在座环上，与座环一起在厂内进行退火，并在工厂整体预装。座环各分瓣件的组合面进行精加工，并配有锥形定位销和带有钻好孔的连接法兰。座环分瓣面处过渡板(上下各4块)已在车间预装配割并开好坡口，在工地待座环分瓣面焊缝焊接完成后进行安装与焊接。在座环与顶盖、底环、固定止漏环、转轮等配合面留 3～5mm的加工余量，浇注混凝土后，工地进行上述配合面的加工。

鲁地拉电站座环具有大型混流式水轮机座环的明显特征，鲁地拉电站座环的成功安装，其现场组焊、安装技术为后续大型混流式水轮机座环安装提供了有益的借鉴和指导。

1 施工准备

（1）二期混凝土浇筑完毕形成座环安装支墩，养生到70%强度。

（2）校核座环基础板水平（≤1mm/m）、方位（≤10mm）与高程（-5mm，0）合格。

（3）对压力钢管安装基准点与厂房坐标基准点进行校核，确认两者偏差在范围内。焊接座环安装用线架，用全站仪放出座环安装的基准线（X、Y轴线）；并将座环安装高程基准点放在适当位置，加以保护。

（4）编制施工技术措施、安全防护措施和质量控制措施，对所有参加座环安装的作业人员进行技术交底。熟练掌握座环的结构特点、技术要求、装配程序、质量标准等。

2 座环拼装

分瓣座环运至主厂房安装间工位后，清扫、检查各组合面焊缝坡口面及坡口两侧各 50mm范围内的铁锈、毛剌、氧化皮等杂物，直至露出金属光泽，满足焊缝焊接的要求；打磨与基础环焊缝油漆。

打磨、清扫完成后，利用厂房桥机将+Y方向的座环第一瓣体（带舌板）吊起并粗调其水平，放置于相应的座环钢支墩上。用千斤顶初步调整该座环瓣体的水平；在第一瓣座环初步调整完成以后，将第二瓣座环瓣体（+X方向）吊起并粗调其水平，吊至已准备好的钢支墩上，用千斤顶调整该瓣座环瓣体与前一瓣体对齐，调整到两瓣体分瓣面组合孔基本不错牙时，装入相应的组合螺柱M56×360、垫圈56，并拧上相应的螺母M56，对称均匀拧紧螺母M56，同时测量座环分瓣面的间隙、错牙。根据分瓣面的间隙情况、错牙情况，调整组合螺母的拧紧顺序，当调整到两瓣座环分瓣面销套孔基本不错牙时，装入相应的Ф50圆柱销。

依照上面的步骤依次顺时针吊装并组装其余的座环瓣体。座环分瓣瓣体组装完成后，按照要求把紧M56组合螺栓。测量座环水平、圆度、上下环板同轴度，满足设计要求；实测座环上、下环板过流面间的开档距离，校核标记于相应的固定导叶上来作为固定导叶的安装中心线，此中心线将确定机组的安装高程。

3 座环焊接

3.1 焊接参数

座环的焊接采用手工电弧焊，层间温度≤200℃；摆动宽度≤3倍焊条直径；E5015焊条：最大焊接线能量≤42KJ/cm；CHE62CFLH焊条：最大焊接线能量≤30KJ/cm；手工焊焊接速度：3～8cm/min。

用电加热器预热待焊区及其邻近区域，使得待焊区域及其附近100mm范围内达到120℃，并在整个焊接过程中不低于预热温度。

焊接电流、电压见表1、2、3。

3.2 焊接顺序

整个座环焊缝焊接顺序为①→②→③→④,见图 1。单条焊缝焊接顺序：正缝焊接 50%→背缝清根、打磨、探伤→背缝焊接50%→正缝焊接100%→背缝焊接100%。

3.3 焊接工艺

为减少座环在安装间工位占用时间，座环在安装间拼装完成后时，只对座环上下环板、底板及立圈进行焊接，其余焊缝在座环吊至机坑调整完成后再进行焊接。

上下环板焊接时，采用对称分段退步焊、窄道焊工艺。由4名焊工上下对称进行焊接，每层焊缝之间的接头应错开至少20mm。先进行焊缝坡口打底焊，焊接上环板正面、下环板背面坡口（坡口形式见图 2）一定量（35～45mm）后，清根，再焊接上环板背面、下环板正面坡口一定量，如此交替焊接直至坡口填满。按照上下环板工艺焊接座环底板及立圈。焊接完成并冷却至常温 24h后，按照 ASME标准对座环焊缝做UT探伤。

4 座环安装

4.1 基础环吊装

在座环吊装前，将分瓣的锥管凑合节及拼焊好的基础环整体吊入机坑就位，凑合节按安装位置分开放置于锥管支撑四周，基础环放置于锥管管口上，并用四个千斤顶对基础环对称支撑。为防止对座环的吊装造成影响，基础环的放置高程比设计高程低约50mm。

4.2 座环吊装

座环吊装前，在座环支墩均匀的方向布置四个100t千斤顶，用厂房550t桥机整体吊装座环就位于机坑已布置好的支墩上。调整千斤顶将座环整体顶起，调整楔子板的顶面高程比实际需要高程低3～5mm，调整座环千斤顶的顶面高程比实际需要高程低3～5mm。

根据校核的各固定导叶中心点确定出固定导叶中心平面。调整千斤顶，使座环固定导叶中心平面的高程与设计值的偏差应不超过±3mm。标记的座环中心线与座环上、下环板法兰面原则上相互平行的三个平面。在座环中心线的高程、水平调整合格后，复测座环上、下环板法兰面的水平。

根据预设机组基准线X、Y标点挂十字钢琴线，利用拉筋、千斤顶等工具调整座环的中心及方位。使座环上法兰面上的X、Y标记与十字钢琴线重合，单个值的偏差应不超过±4mm，平均值的偏差应不超过±3mm。

座环的高程、水平、中心及方位调整完成后，测量座环上、下密封面的圆度；测量座环上、下密封面的同轴度。座环上、下密封面的圆度应不超过2mm；座环的同轴度应不超过2mm。必要时应重新调整座环的水平。测量座环上法兰面到座环下法兰面的距离；测量座环上、下环板间的开档距离。

座环的高程、水平、中心及方位调整合格后，同时座环的同轴度检查合格后，将相应的楔子板打紧；将相应的座环千斤顶预紧。其后取出相应的调整用的千斤顶，按设计要求将相应的地脚螺栓预紧到设计值。地脚螺栓把紧后，复查座环的中心、方位及座环中心线的高程、水平，复查座环的同轴度，应满足相应的要求。并按要求将座环地脚螺栓圆螺母与相应的座环底座及基础板点焊固定。

4.3 附件安装

座环调整完成后，按照要求装配过渡板、导流板、导叶集水盒等附件，并按照要求对座环进行加固。过渡板安装时，过流面错牙应不超过 3mm，局部错牙大于3mm且不可调整的部位，对于过流面，应采用1:4的焊缝过渡；对于非过流面，应采用1:3的焊缝过渡。检查过渡板组合缝的间隙，对于间隙大于4mm的部位应采用先长焊的把法来处理直至间隙不大于4mm为止。

过渡板组合缝焊接完成后，将过渡板过流面焊缝打磨光滑。对过渡板所有焊缝做探伤检查。

5 座环加工

为保证座环安装质量，在整个机坑混凝土浇注养护合格后，将座环、机坑里衬清理干净。按相应的座环加工工具图安装座环加工工具，以座环下镗口中心为基准同时兼顾座环上镗口中心调整座环加工工具，座环加工工具的回转中心应与座环下镗口同心，偏差应小于0.10mm。调整座环加工工具回转中心垂直，座环加工工具回转一周，其转臂的高程差应不大于0.05mm。

座环加工工具安装合格后，首先对底环安装面进行加工，直至从固定导叶中心线到该加工平面距离满足图纸要求，其平面度在周向应不大于0.30mm，径向应不大于0.20mm。

加工时，每个面加工都是由最高点开始，开始进刀时不得过大，待所有座环或基础环上面都被加工有金属光泽时，便可以加大加工进刀量，但每进一次刀均应检查该面的高程、水平或圆度。加工到只剩1mm左右时，每次进刀不得大于0.20mm，同时每次仍需要检查该面的高程、水平或圆度。

对座环下镗口及上镗口进行加工，加工后的直径应满足图纸要求，上下镗口同轴度应不大于1mm。

对座环上平面进行加工，考虑到座环下沉导致导叶端面间隙减小，加工后该平面到底环安装面距离应比设计要求值大 0.30mm左右，同时该平面的平面度在周向应不大于 0.30mm，径向应不大于0.20mm。另外，该平面与底环安装面的平行度应不大于0.20mm。