几内亚苏阿皮蒂水电站座环安装调整浅析

2019-09-02刘加华黄永胜

水电与新能源 2019年8期

刘加华，黄永胜

(中国水利电力对外有限公司，北京 100120)

苏阿皮蒂水电站是西非几内亚共和国孔库雷河梯级开发的第二级，距首都科纳克里约135 km。坝址流域面积10 800 km2，总库容63.17亿m3，调节库容39.4亿m3，年均来水103.3亿m3，属多年调节水库。碾压混凝土重力坝，左岸坝后式厂房，最大坝高120 m，坝顶长1 158 m。混流式机组，装机容量4×112.5 MW=450 MW；座环上下过度段采用优质的Q235R钢板；上、下法兰材质为Q345B焊接制成。座环分二瓣到货，单瓣最大重量为24.22 t、总重44.83 t。

1 现场施工条件限制，针对性制定座环的吊装措施

施工前期，电站配备的主桥机未安装，只能利用土建施工配备的设备作为吊装手段，苏阿皮蒂水电站使用的是MQ600B尾水门机30 t吊钩；尾水门机中心线为0+029.8 m，距离座环设计位置中心尺寸为29.8 m，参照门机设备起重特性曲线参数(图1)可知，门机在23 m范围内可吊装25 t，门机不具备将单瓣座环直接吊装就位的条件。门机中心线距下游副厂房边墙距离为19.8 m，混凝土边墙伸出钢筋按照1.5 m计、座环重心位置按照1.5 m计，门机将座环吊入机坑实际距离为22.8 m，具备座环吊入机坑的能力。综上所述，现场制定了将座环单瓣吊入机坑组合，后通过运输滑道拖至设计位置的方案。

图1 MQ600B门机特性曲线

提前在机坑内部搭设座环组装平台和运输滑道，将座环分瓣吊入机坑后拼装成整体，考虑到水平运输距离较短，采用手拉葫芦牵引至设计位置；根据经验公式，钢与钢之间的滑动摩擦系数选取0.15，45 t重物的最大滑动摩擦力为：f=μN=6.75 t，选用二台5 t手拉葫芦就可以满足使用。注意座环不能和运输滑道直接摩擦，故手拉葫芦拉动的是20 mm厚铁板制作成的组装平台，为了减小摩擦，可在组装平台和运输滑道之间涂抹润滑脂。座环运输就位后，用千斤顶将座环顶起3 cm，拆除底部组装平台和滑道，再将座环降落至混凝土支墩上。

2 座环的调整

2.1 座环调整的技术参数

把合后座环合缝面间隙应满足：0.05 mm塞尺不能通过，局部间隙不得大于0.1 mm且深度小于1/3分瓣面宽度，长度不超过合缝面总长度的20%，合缝处安装面错牙小于0.10 mm。

调整参数如表1。

表1 座环调整参数表

2.2 合缝处安装面错牙和座环水平调整

1)座环整体降落在混凝土支墩前，座环固定用M42地脚螺栓16支提前放入支墩套管中，避免座环就位后无法安装。楔子板放置支墩上，调整水平，楔子板应成对使用，搭接长度在2/3以上。安装后应用0.05 mm塞尺检查接触情况，接触长度应大于70%；拆卸座环把合螺栓，调整两瓣座环合缝面错牙和水平度。

2)座环水平测点的选择。水平测量点分布如图2所示，每个合缝面两边应该各取一个点1、1-1以及5、5-5，这样方便调整两瓣座环水平和错牙，也对消除合缝面间隙有利。

3)座环上下环水平度测量的数据分析调整。

①苏阿皮蒂1号座环调整前测量的水平度数据见表2。

图2 水平测点分布

②数据的分析(按所处坐标位置，分别称为+X瓣、-X瓣，如图3所示)。上环：+Y方向“-X瓣”比“+X瓣”低0.2 mm(0.1-0.3=0.2 mm)，-Y方向“-X瓣”比“+X瓣”高0.1 mm(0.3-0.2=0.1 mm)；下环：+Y方向“-X瓣”比“+X瓣”高0.3 mm(0.5-0.2=0.3 mm)，-Y方向“-X瓣”和“+X瓣”平(0.3-0.3=0)，如图4所示。

图3 分瓣示意

图4 错位示意

③根据数据分析做调整。如图5所示，座环下环“1”-Y方向错位合格，把合“1”处螺栓；由于座环的高度约2 m，长度约为5 m，根据杠杆原理，不能调整“3”处，需先调整下环板“2”+Y方向错位0.3 mm，利用千斤顶调整(注意：千斤顶位置的选取，靠近筋板或者合缝面板立面受力牢固位置为宜，并加以保护，以免产生局部变形，损坏工件)，架百分表监控位移，直至错牙合格，把合“2”处螺栓；后利用同样的方法调整“3”和“4”处错位，在错牙调整完成后，重新测量水平，调整座环上下环水平至合格。

图5 座环上下环尺寸示意简图

2.3 座环圆度数据分析和调整

座环的圆度测量数据应在水平调整完成后测量；工件不在水平位置时，利用钢琴线挂锤球测量圆度所得的数据是有偏差的。

1)1号座环圆度测量(测量位置如图11)数据见表3。

2)整理数据后的雷达示意图，见图6，图7。

3)整理后的数据分析。从整理后的数据看：下环错位小，上环错位大，需进行调整，用千斤顶调整水平错牙的方法调整圆度错位至合格；另按照整个数据看，座环上下环有一定偏心(如图8所示)，偏心的原因有：①退火不完全，应力释放；②运输过程中硬拉、吊点选取不合适、受到撞击等，造成变形；③加工时，进刀快，进刀量大，或装夹加工部件时力度过大。

表3 上下环圆度测量数据 mm

图7 下环数据雷达示意图

图8 上下环偏心雷达示意图

偏心的原因结合现场上下环板的加工面情况看：上环加工时，车刀进刀量大，表面也比较差，初步认定为第3条原因占的比重比较大如图9所示。

图9 上下环板加工情况对比图

2.4 座环合缝面的焊接调整分析

1)焊接工艺要求。由4名焊工在各合缝位置，每道合缝处分上、下两层各1名焊工同时对称分别施焊；先进行定位焊，定位焊与正常焊接的顺序相同，定位焊完成后，采用多层多道退步的方法进行焊接；在焊接过程中防止焊接变形，应按图10所示顺序1-9进行焊接；为监控焊接变形情况，在座环R、S面上各取10点以及在上下环上各取10点，沿周向均布，要求每瓣座环的合缝处必须测量，并打上相应标记；用水准仪监测焊接过程中两面的平面度变化，用挂钢琴线的方法测量圆度(测量位置如图11)。并根据焊接变形情况对焊接顺序及时调整以满足座环焊接质量；封焊后将封焊位置打磨平滑并对焊接位置按图纸要求进行MT或PT检查。

图10 焊接顺序编号

图11 上下环圆度测量位置(R1/R2)

2)1号座环焊接前后水平和圆度数据见表4、表5。

3)座环焊接前后水平数据分析：座环合缝面焊接过程中，利用千斤顶和支墩上的楔子板的升降，对座环水平进行了调整及焊接预变形，焊接速度加以控制，得到了合格的座环水平数据(表4)。

表4 座环水平测量数据 mm

表5 座环圆度测量数据 mm

4)座环焊接前后圆度数据整理后的分析。座环焊接前后的数据(表5)整理成雷达示意图(如图12)来看：Y方向(合缝面位置)焊接后变形朝内侧收拢，X方向向外扩张，焊接变形原理简化后的示意图(如图13)。

根据现场座环合缝面焊接变形的过程监控和焊接完成后的结果，可看出上环变形趋势朝圆度差的方向变化，下环朝圆度好的方向变化，焊接工艺应做更细致的调整，把上环和下环的焊接工序区分开(图10焊接顺序编号)；根据焊接变形大小，在上环焊接时把焊接序5的立面和焊接序6对调；或者根据焊接变形大小，焊接序5时穿插焊接序6，可得到更好的圆度数据。

在焊接时，需兼顾座环的水平和圆度数据以及焊接过程中的变形情况，做细致分析；根据焊接的预变形和反变形原理，作不同的工艺调整，其中包括焊接电流的大小、焊接速度，工件的水平和圆度情况等等；2、3、4号座环对焊接顺序和焊接工艺做了相应的调整，更好控制了焊接变形，水平和圆度数据良好。