浅谈JC水电站大型轴流转桨式水轮发电机组蜗壳衬板安装方法

2018-06-17张森

科学与技术 2018年25期

关键词：焊接

摘要：根据JC水电站蜗壳现场安装中的关键工艺和控制重点，整理、总结出轴流转桨式水轮发电机组蜗壳衬板安装调整质量控制要求和安装经验。

关键词：大型轴流转桨式；蜗壳；衬板；拼装；焊接；JC水电站

1.工程概况

JC水电站位于高海拔地区，共装设3台轴流转浆式机组，总装机容量360MW。由于JC水电站采用河床式地面发电厂房，蜗壳衬板安装具有以下的特点：①蜗壳衬板只能采用大坝缆机进行分块吊装，吊装和协调难度大。②蜗壳衬板安装全部为露天施工，因外形尺寸大，防风防雨难度大。③蜗壳焊缝探伤采用MT检测。④蜗壳衬板安装与土建混凝土浇筑交叉进行，对工程进度影响大。⑤蜗壳外侧衬板与边墙距离较远，加固难度大。

本电站蜗壳为不对称T形断面蜗壳，包角215°，蜗壳进口采用单中墩，蜗壳进口平面最大净宽度为19.895m（含一个宽度均为3.5m的中墩）。所有中墩的尾部均有金属护板，高度方向全衬，Q235C钢板里衬厚度为于18mm，单台机组蜗壳钢衬总重量约210.2t。

2.蜗壳衬板安装

蜗壳衬板分为底衬板、外侧衬板、顶衬板，安装时与土建二期混凝土浇筑交叉进行。部分高程钢筋网绑扎完成后，利用25t缆机将该高程段衬板吊入机坑进行调整加固，焊接完成后进行衬板位置、高程复测，加固情况检查，合格后进行该高程混凝土浇筑，按照此方式进行逐层安装。

2.1衬板安装顺序：根据土建施工进度先进行底衬安装，再进行侧衬安装，待转轮室、座环安装完成后进行底衬圆弧段安装，蜗壳内承重脚手架搭设完成后进行顶衬安装。

2.2底衬安装：底衬安装从下到上：水平段-曲面段-圆锥段-圆弧段。底衬板安装在土建钢筋网绑扎完成后进行，现场在适当位置测放出4个轴线点与2个高程点，检查钢筋网上平面与竖立筋高程，不得高于衬板底部锚杆。安装前对已标记的轴线点进行复测，无误后按照设计图纸进行底部支撑槽钢安装。再进行底衬板水平段定位节安装，水平段以图1所示的+X方向13#为定位节，调整13#板的高程、方位、水平度等符合设计规范要求后进行加固，再依次进行水平段其他衬板的安装。在衬板底部设置临时千斤顶进行高程与水平调整，利用手拉葫芦牵引进行衬板方位调整，调整到对口间隙0-3mm，错牙不大于2mm，相邻衬板间点焊牢固，第3块安装完成后进行前两块之间焊缝焊接，底衬安装同时可进行蜗形曲面段衬板的安装工作。进口处中墩护头与底衬2#、3#、8#相互影响，需现场进行衬板配割，配割时先用扁钢延护头端部进行弯曲成型，再将2#、3#、8#衬板连接，根据测量数据将扁钢准确放置于衬板上划线切割。

蜗形曲面段共21块板节，测放出蜗形曲面段第一板节上下两断面方位、高程基准点，吊装第一板节，调整板节高程、外圆端点里程偏差符合设计要求，将上游断面与水平段13#块点焊固定，吊装第二块曲面板节，调整板节高程、外圆端点里程偏差符合设计要求，与第二块曲面板节点焊，按顺时针方向依次安装剩余板节，其中凑合节段最后进行吊装配割调整。

进口曲面段、内侧圆锥段衬板与外侧衬板可同时安装。

内侧圆锥段：下衬板内侧圆锥段由21块不同板节拼装而成，如图1所示+X、-Y间与-X、-Y间45°方向板节为凑合节，进水侧预留100mm余量，工地安装时配割。先测放出定位节方位（+X偏移+Y夹角52.5°方向）与基准高程点，方位采用悬挂钢琴线方式控制，高程点布置2个，在安装过程中互相校核。首先吊装定位节（图1所示），调整方位满足图纸设计要求，根据板节尺寸与机组径向角度偏差（75°），算出定位节上端部高程，采用手拉葫芦、千斤顶调整其顶部高程满足要求，调整完成后将板节与底部预埋槽钢加固牢靠，并与钢筋网焊接。按顺时针方向吊装相邻板节，调整衬板顶部高程满足要求，同时检查相邻板节搭接处方位是否满足要求（方位与+X方向偏移30°角）；同理，测放出其余板节方位高程后进行安装（最后进行凑合节段的下料、吊装、调整），调整方位满足图纸要求，整圈高程偏差满足图纸及设计要求，上端过流面中心偏差满足图纸设计要求。

进口曲面段安装：下衬板进口曲面段由36块不同板节拼装而成。根据圆锥段定位节（图1所示3-1）边线方位，吊装定位进口曲面段第1节（即编号4-1板节），方位调整完成后吊装第2板节，调整2#与1#板节过流面错牙满足图纸设计要求，点焊之间焊缝，纵缝先不进行焊接，待3#板节吊装完成后调整2#与3#板节错牙，同时，调整3#板节高程、中心满足图纸设计要求，调整完成后对上端面进行固定，焊接1#-3#管节环缝与纵缝，焊接完成后复测3#板节高程、方位及中心尺寸。依次吊装剩余板节，调整24#-36#板节中心、方位及高程并可靠加固。

圆弧段安装：座环安装调整完成后进行圆弧段衬板安装。圆弧段由24块板节拼装而成，其中蜗壳大小头衔接处两块现场配割。设备到货后检查每块圆弧段弦距是否满足要求（设计弦距509mm）。安装前检查进口曲面段与圆锥段上段口高程是否满足要求，同时复查座环过流面水平度，满足要求后按照设计图纸测放出与+X方向夹角1°位置，吊装定位节第1节（如图1偏移+X夹角1°），调整高程、方位满足图紙及规范要求，根据现场安装实际情况顺序吊装剩余板节，现场可根据实际安装情况顺时针或逆时针进行圆弧段安装焊接。

2.3外侧衬板安装：外侧衬板安装根据土建混凝土浇筑高度分层安装。侧衬板总高11060mm，分5层安装。衬板最大2.2m一层，现场混凝土浇筑2.0m一层。安装顺序从上游侧开始往下游侧，先测放出第一层上游侧首节的方位高程后进行吊装调整作为定位节，依次安装其余板节，调整完成后将板节与侧面钢筋网连接加固，第一层安装焊接完成后进行底板第一层混凝土浇筑，收仓时在外侧安装适量插筋用于第二层侧衬板加固。随混凝土浇筑情况逐层安装蜗壳外侧衬板。

2.4上衬板安装：待座环安装完成验收合格，蜗壳内承重脚手架搭设完成、脚手架顶托高程与水平度调整合格后，进行蜗壳上衬板（即顶衬）安装。上衬板分水平段、外围曲面段、中间圆锥段及内圈圆弧段，其中水平段由21块14种不同型号钢板拼接而成，外围曲面段由20块不同型号钢板拼接而成，中间圆锥段由24块17种不同型号钢板拼接而成，-Y偏-X 45°方向（图3阴影部分）为凑合节；内圈圆弧段由25块3种不同型号钢板拼接而成，凑合节在进水侧一边均预留100mm余量，安装时现场配割；蜗壳大小头衔接处现场安装时配割。

顶衬板安装顺序、方法与底衬相同：水平段-曲面段-圆弧段-圆锥段。

水平段安装：由测量人员测放出水平段1#板节（图3中1-1）基准点，吊装1#板节，利用支撑脚手架顶托调整高程、手拉葫芦调整方位，符合图纸及设计要求后与侧衬板点焊，之后依次吊装剩余板节，蜗壳中墩护头前端穿过2#、3#、8#号板节，故2#、3#、8#板节最后吊装，现场配割调整。

曲面段安装：测放出曲面段第一板节2-1方位、高程基准点，吊装2-1板节，调整板节高程、外圆端点里程偏差符合设计要求，将上游进水侧断面与相邻水平段（1-19#、1-20#、1-21#板节）点焊固定，按照顺时针顺序依次安装剩余板节，调整板节高程、外圆端点里程偏差符合设计要求，2-2调整完成后点焊2-2上游断面，同时进行2-1上游断面焊缝焊接工作，减少焊缝累计收缩偏差，依次吊装调整、焊接剩余板节，其中，凑合节段最后吊装配割调整。

顶衬圆锥段安装完成后进行圆弧段安装，安装方法与底衬圆锥段、圆弧段相同。

JC水电站蜗壳衬板安装焊接与二期混凝土浇筑穿插进行，衬板安装完成后务必加固牢靠，防止浇筑变形，浇筑过程中密切监测蜗壳衬板形变程度，及时反馈，以调整浇筑位置与速度。

3.安装注意事项

此类型蜗壳设计适用于低水头电站，安装注意事项如下：

（1）尺寸控制

根据设计图纸定位安装基准点，采用高精度全站仪进行测量放点工作，安装过程中宜多增加加固支撑，防止浇筑变形；

（2）安装顺序

根据现场施工条件，蜗壳钢衬安装顺序成为一个主要控制项目，JC电站采用分层安装，分层浇筑方式，能更好的提供浇筑监测变形基准点，同时方便随时进行变形调整，能更好的对安装质量进行把控。

（3）焊接变形控制

JC水电站位于高海拔地区，早晚温差大，蜗壳钢衬厚度为18mm，热应力集中及环境温度变化易产生形变，宜采用对称分段退步焊接，采取过程变形监测，同时对焊接环境采取防风防雨措施，确保焊接质量。

4.结语

JC水电站到目前为止，已完成安装的水轮机蜗壳衬板质量全部达到优良标准，混凝土浇筑过程中蜗壳衬板位移形变未超标。在1号机蜗壳安装前，制定了切实可行的安装焊接工艺，减少了与厂房土建施工的相互干扰，确保了机坑混凝土浇筑至发电机层的节点目标。