谈清远抽水蓄能电站水轮机座环蜗壳安装的控制

2018-03-07吕志鹏黄运福

水电与抽水蓄能 2018年1期

吕志鹏，黄运福

（1.中国南方电网调峰调频发电公司清远蓄能发电有限公司，广东省清远市 511853；2.中国水利水电第十四工程局清蓄机电安装项目部，广东省清远市 511853）

1 工程概况

清远抽水蓄能电站机组由日本东芝设计，国内（东芝水电）生产制作，单机容量为320MW。其座环蜗壳采用两瓣结构，第1瓣蜗壳重约104t，第2瓣蜗壳重约85.5t，座环法兰面内径5.61m。厂内制造后与导水机构部件预装，各项装配精度检查合格后，分解运至现场后在现场完成拼装、焊接和安装，座环各法兰面不再进行二次加工。根据设计要求在座环蜗壳现场安装、浇筑后，座环法兰面水平值应在0.05mm/m范围内，以保证座环与导水机构的装配精度。

2 工艺难点和主要控制措施

由于该电站座环蜗壳现场不再进行二次加工，必须通过有效的施工工艺，控制好焊接变形、安装精度以及混凝土浇筑时位移变化，并对各道工序严格把关。

针对主要工序存在风险，采用的主要施工措施如下：

（1）在安装间座环蜗壳拼装时，为防止座环法兰面变形，预先把合座环组合法兰面螺栓，在预紧力约束下完成座环组合缝焊接。

（2）在座环蜗壳在机坑就位调整后，临时安装底环、顶盖、导叶等部件，通过导水机构对座环蜗壳夹紧约束，减小焊接变形对座环水平的影响。

（3）在浇筑前，将底环、锥管与肘管连接，安装足量锚杆，加以蜗壳保压状态时的重量，远大于混凝土浇筑的上浮力，可防止其上浮。

（4）浇筑过程中，采用多层浇筑方式和合理的浇筑顺序，并通过有效的监控措施指导浇筑，减小混凝土浇筑对座环水平影响。

3 主要工艺流程

根据制定的控制措施，制定的工艺流程为：

施工准备→座环蜗壳拼装→座环蜗壳机坑就位→导水机构与座环蜗壳临时把合→蜗壳组合缝焊接→蜗壳延伸管焊接→座环蜗壳整体加固→水压试验套件安装→蜗壳水压试验→座环蜗壳保压浇筑→完成与数据复测。

4 施工工艺

4.1 座环蜗壳拼装

分瓣座环蜗壳运至厂房后，桥机卸车至安装间，注意用钢支墩和楔子板配合将其垫高，同时也以便座环水平度的调整工作。

清扫座环分瓣组合法兰面后，用桥机完成拼装组合，见图1。

在焊接前，对座环法兰面把合螺栓预拉伸，拉伸值为设计50%，焊接后再完成100%的拉伸。要求组合缝应无间隙，局部间隙不能大于0.05mm[1]。

为便于在组合缝焊接时对座环法兰面的水平监控，座环上法兰整体水平波浪度调整在0.20mm以内（即小于0.04mm/m），测量仪器采用高精度（0.01mm）水准仪测量。水平合格后，内径千分尺测量、记录座环镗口内径，应符合厂家设计要求。

图1 安装间座环蜗壳拼装图Fig.1 Installation of the ring casing assembly drawing

组合面长2.8m、宽约0.5m，为了减少焊接对座环水平影响，组合缝的焊接顺序定为：固定导叶区域→座环立面内侧→座环立面外侧立焊→座环平面区域平焊→座环平面区域仰焊→上下法兰面平焊、仰焊，图2为焊接顺序图。

图2 座环组合缝焊接顺序Fig.2 Sequence of welding seam welding

焊接采用手工电弧焊，4名焊工对称、分段、多层、多道焊接。

注意在填充焊接时，应用锤击法对焊缝消除应力，除打底和盖面焊接外。

打底焊的预热采用火焰加热，温度为100～120℃；填充焊接，使用加热块预热至100～120℃；焊接后进行后热处理，后热时间1h，温度控制在200～250℃，降温时温差应小于30℃/h。

焊接过程中用百分表对座环的法兰面实时监控，当天开始焊接前，再用高精度水准仪测量复测，如发现有较大变形，及时采用反变形的措施，确保座环的水平。

焊接完成后，所有焊缝外观进行100%的检查，由于是填充焊仅进行PT无损探伤检查。另外，测量座环上法兰整体水平波浪应小于0.20mm。

4.2 座环蜗壳机坑就位

座环组合缝焊接合格且机坑基础具备条件后，座环蜗壳吊装就位。按要求调整高程、水平和中心至设计要求值。

4.3 导水机构与座环蜗壳临时把合

为了防止蜗壳组合缝焊接时出现的焊接应力，造成座环水平发生变形，将安装顶盖、底环、导叶和水导轴承座，对座环蜗壳夹紧约束后，实施蜗壳组合缝的焊接，以达到控制座环水平的目的。

组装流程为：座环蜗壳调整合格→底环与锥管组装→底环与锥管吊入机坑与底环把合→导叶（奇数或偶数号）吊装就位→顶盖吊装就位→导轴承座安装→座环蜗壳水平整体调整。

在导水机构各部件吊装过程中，应实时对座环上兰面水平监控，如果水平超标及时调整。

4.4 蜗壳组合缝焊接

焊前检查蜗壳组合缝的错牙情况，如错牙超过5%的厚板，用压码、楔子板和千斤顶进行校正。焊工经考试合格后方可施焊[1]，然后按焊接作业指导书的要求做好预热、焊接。

焊接预热采用加热块进行，基本与座环组合缝预热试一致。

由于该电站蜗壳组合缝采用单“V形”坡口，采用焊接顺序见图3。采用4名焊工在两条组合缝的对称部位，力求以尽可能相同的焊接工艺及参数施焊——焊接电流、焊接速度、焊接方向、焊接道数和层数，进行多层、多道镶边、对称、分段（分段长度一般为100～150mm）焊接。禁止采用直通的焊接方法，焊接要连续，尽量避免中断。

图3 蜗壳环节焊接顺序Fig.3 Welding sequence of spiral case

焊接变形监控采用精度水准仪对座环上法兰水平变化监测（16个点），同时用框式水平仪测量底环抗磨板水平辅助。水平出现异常现象立刻停止焊接，并对所测得的数据进行分析，采用反方向控制焊接顺序，调整焊接速度，直至合格为止。

焊接完成后，所有焊缝外观进行100%的检查，采用TOFD无损探伤检查。

4.5 蜗壳延伸管安装

到货的蜗壳延伸管有配割余量，在蜗壳组合缝焊接完成后，应根据实际情况配割，完成后安装与蜗壳对接调整、焊接。

焊接方法与蜗壳环缝的焊接工艺、无损探伤检测一样。

4.6 座环蜗壳整体加固

蜗壳焊缝焊接完成后，按顺序拆除水导轴承座、顶盖、导叶。完成后，重新复测座环上法兰的水平波浪度，要求控制在0.20mm以内，防止后序工序使水平加大而不能满足设计要求。验收合格后，对座环蜗壳的基础板、楔子板、拉锚等紧固件按厂家要求最终焊接固定，以防止蜗壳水压试验时出现位移和水平变化。

4.7 蜗壳水压试验套件安装

按照设计图纸将打压设备（延伸管闷头、座环封水环）及管路组装完成，并将蜗壳上的法兰和测量管妥善封堵，防止水压试验时渗漏，图4为封水环固定示意图。

为便于在蜗壳水压试验时监控蜗壳的外形和水平变化，蜗壳周边布置百分表监控蜗壳的膨胀情况，测点6点，底环抗磨板处布置框式水平仪监控水平变化情况，测点4个。

4.8 蜗壳水压试验

按蜗壳水压试验程序进行蜗壳注水、增压、保压、降压。加压时，控制升压速度、压力，实时监控蜗壳各部位的变形情况，如发现漏水、蜗壳变形量太大、座环蜗壳整体位移等异常情况要第一时间停止试验，在经过处理并再次验收合格后方可进行试验。水压试验合格后，对座环上法兰面的水平重新复测，合格后方可进入下一道工序。

4.9 蜗壳保压浇筑

为防止对蜗壳浇筑混凝土时，产生座环蜗壳浮动、位移，采用全面分层方式浇筑蜗壳，分层高度为1.0～1.5m。第一层先完成锥管的浇筑，先将锥管浇筑固定。第二层浇筑至蜗壳底部位置。由于底环已与座环把合，底环浇筑后可对座环蜗壳的中心进行固定和约束，此时基本无混凝土浮力。第三层浇筑至蜗壳中间位置，以避免产生更大的浮力。第四次浇筑至蜗壳顶部40cm。

通过计算座环蜗壳以及内部的存水，再加上导水机构、封水环、锥管等的总重量，约为浇筑混凝土时的浮力的3倍，只要混凝土浇筑均衡，蜗壳不会上浮。另外，座环蜗壳周边设置大量的拉紧产生侧向下拉力，以及座环蜗壳基础螺栓等也可以保证蜗壳不产生位移。