厄瓜多尔美纳斯水电站配水环管安装工艺

郭洪潮

【摘要】厄瓜多尔美纳斯水电站有3台立轴冲击式水轮发电机组，总装机275MW，额定水头474.51m。由哈电总承包，主机设备由哈电制造厂制造。此工艺着重解决配水环管安装过程中的重点和难点，可以为同类型电站配水环管安装提供参考。

【关键词】立轴冲击式水电站；配水环管；打压试验；保压浇筑混凝土

1、工程概述

美纳斯水电站位于厄瓜多尔第三大城市昆卡西南方向，距离昆卡公路里程90公里。电站总装机275MW，共有3台机组，主机设备由哈电生产制造。水轮机为六喷嘴立轴冲击式机组，额定水头为474.51m。转轮节圆直径为2460mm。配水环管总重116t，由哈电制造厂在厂内预装后，分为6个管节运输至工地现场拼装，首节（定位节）最大重量为40t。配水环管整体结构如图1所示。配水环管安装工艺流程如图2所示。与配水环管安装相关的水轮机埋件有稳水栅主、副梁，尾水里衬，机壳侧板、机壳斜板及机壳上端。水轮机埋件的整体布置如图3所示。

2、基础埋件安装

在尾水里衬外侧混凝土浇筑至基础板安装高程后，开始使用全站仪放设出基础板和地锚的方位点，根据样点方位和设计高程安装固定基础板，水平要求在1mm/m以内，高程偏差为-5～0m。

3、测量放样

在尾水里衬下部适当位置放置机组高程基准点，做好防护。在稳水栅主、副梁上焊接一个中心测量平台，使其能够放置精密水准仪，用于测量岔管法兰面中心高程。

在配水环管进口法兰及6个岔管法兰的正下方焊接测量样架，另外在尾水里衬6个角点处焊接测量样架，端部高程和岔管法兰中心高程一致。根据测量样架的位置，在尾水里衬内侧搭设测量行走平台。所有样架不能影响机壳侧板与尾水里衬的拼装与焊接。

使用全站仪，放设配水环管7个法兰面中心的投影点①～⑦，并在尾水里衬角点测量架上端放设出三条对角线上的6个点a～f。如图1示。

4、拼装调整

对配水环管坡口面进行清理，并打磨出金属光泽。利用主厂房桥机，依次吊放至相应的安装工位上。

首先调整定位节，通过千斤顶配合调整基础螺栓，将定位节两个法兰的中心高程及分节处的腰线调至设计高程。在进口法蘭和1#岔管法兰上各自挂设一把磁力线锤，并使垂线通过法兰中心。使用千斤顶和手拉葫芦调整定位节两个线锤分别对正样点⑦和样点①，再次调整两个法兰中心高程，保证高程公差不大于0.3mm。检查、调整分节处的腰线高程，要同时考虑对1#岔管法兰面的垂直度的影响。检查1#岔管法兰中心至转轮节圆的切线长，即检查该法兰表面过中心的水平线到样点 c 和 f 的连线Lcf 的距离为3600mm，误差为0～+3mm。使用挂钢琴线的方法测量各法兰面的垂直度，要求不大于0.2mm/m。定位节进口法兰中心坐标的偏差为±4mm。调整合格后，并按照图纸要求安装拉杆装配，旋紧拉紧器，点焊基础螺栓，并在支墩位置加焊拉杆。

第2管节通过使用千斤顶配合调整基础螺栓，将2#岔管法兰的中心高程及两个分节处的腰线调至设计高程。使用千斤顶和手拉葫芦将第2管节靠至定位节分节管口2～4mm范围内。接下来按照定位节的调整方法调整。

其它管节参照第2管节的调整方法，依次调整合格。在所有管节调整完毕后再进行一次整体的尺寸检查，整体合格后，再进行焊接工作。

5、配水环管焊接

配水环管材质为Q345R，焊接材料使用GB E5015焊条，焊接工艺规范见表1：

对配水环管的尺寸调整符合要求后，在每处分节位置装焊四件固定搭板，搭焊牢固。

在配水环管每节分节处放置加热器。焊前预热不小于90℃，层间温度不大于260℃。对于壁厚≥38mm的配水环管，需进行焊前预热与焊后热处理。定位焊采用火焰预热，预热温度控制在95～100。C；焊接预热采用温控柜控制，履带式加热片加温，对焊接区域及其附近200mm范围内进行预热，焊前加温温度控制在95～100。C；焊接最高层间温度控制：≤260。C；配水环管焊接完成后应立即进行后热保温1小时以上，后热温度控制在180～200。C。温度控制使用红外线测温仪进行监测。

安排专人记录焊缝开始加温时间及开始焊接时间，在预热及焊接过程中每小时检查一次焊缝层间温度并记录。开焊前需要在配水环管各法兰上架设百分表，通过百分表的变化值调整配水环管焊接顺序，控制配水管法兰焊接变形量。

首先对焊缝进行定位焊，每段定位焊长度约为60mm～80mm，间距200mm～400mm，焊缝厚度8mm～12mm。定位焊的焊接要求与正式焊缝一样。

在焊接过程中除第一层和最后一层外，其余各层均需采用锤击的方式降低焊缝残余应力。焊道宽度不得大于16mm。

焊接顺序如下：

一、首先焊接配水环管第1节与第2节，第3节与第4节，第5节与第6节间的环焊缝；二、焊接配水环管第2节与第3节间环缝，焊接第4节与第5节间环缝。三、采用多层多道分段退步焊，每300mm～400mm分一段，层间焊接接头至少错开50mm。

由1～2名焊工按照以上顺序对一处环缝进行焊接。依次焊接5处环缝。

在大坡口侧焊满坡口深度的2/3后，用碳棒气刨进行背面清根，打磨清根部位至露出全部金属光泽，对整个焊接根部进行PT探伤检测。经PT探伤检测探伤无裂纹及缺陷后，交替焊接两侧焊缝，焊接完毕整体再进行一次PT探伤。

焊后打磨焊缝表面，使内表面沿着过流的方向平滑过渡，没有高点及局部凸起。然后进行UT探伤检测。探伤不合格部位，用碳弧气刨清除缺陷，打磨并做PT和UT探伤，确认无缺陷后，再次进行补焊。

焊接完成后，复测配水环管安装尺寸。要求各法兰中心线高程误差为±2mm；各法兰到转轮节圆切线长为3600±2mm；各法兰面垂直度≤1mm。

割掉配水环管分节处的搭板和定位销组合块，并仔细打磨、修焊局部切割处，对伤及母材的部位进行补焊处理，并打磨做PT检查。

焊接配水环管测压管路，所有焊缝进行PT检查，并制作临时支撑，固定测压管路。此测压管将与配水环管一起进行打压试验。

6、机壳侧板及斜板安装

由于机壳侧板上端口高程低于配水环管最高点，保压浇筑混凝土需要全部覆盖配水环管，所以需要安装机壳斜板。关于机壳上端不予安装，是考虑其重量超过20t，在配水环管混凝土澆筑前安装后，难以支撑稳固，另外考虑机壳上端N面法兰内圆直径只有1660mm，打压工具难以出入。

7、配水环管打压试验

配水环管设计压力为6.15MPa，整体试验压力为9.22MPa，混凝土浇筑时需要保持压力为3.75MPa。

打压试验前，在其外壁及各法兰处架设百分表，以作观察在配水环管压力逐步上升的过程中数值变化，监测配水环管膨胀、位移和扭曲变形。

首先找出配水环管内腔所有高点，通过磁铁固定硬质胶管，将高点连通至附近的测压管内，并插入测压管内，使其出口高于内腔高点。

按照图纸安装打压工具。然后灌水，等到所有测压管路都冒水后，封堵测压管路，对封堵头焊缝进行PT检查。

检查配水环管和测压管路无渗漏后，启动打压泵，按压力试验表的要求进行配水环管压力试验。

具体压力试验表如图4所示：

在配水环管打压过程中，应检查配水环管及测压管路所有焊缝、闷板、接头等是否渗漏水，如果发现有渗漏，立即停止试验，释放压力，处理缺陷。

在试验压力9.22MPa和保压压力6.15MPa都顺利结束后，将压力逐部降至0 MPa。交由土建单位进行混凝土浇筑前的准备工作。

8、保压浇注混凝土

首先将配水环管加压至3.75MPa，然后开始对称均匀浇筑混凝土。在混凝土的浇筑过程中，根据实际情况，随时调整压力，使其维持在3.75MPa。混凝土浇至腰线位置时，割断拉杆。混凝土浇筑完全覆盖配水环管后，并且等强结束后，按照打压曲线降压至零，排水，拆除闷头等打压工具。

9、结语

配水环管安装是冲击式水轮机埋件安装中的重点和难点，对于美纳斯水电站这种大型冲击式机组来说，其安装精度和质量要求都很高。以美纳斯水电站配水环管安装及打压试验的情况来看，本安装工艺能够很好地保证其安装精度和质量要求。