周宁抽水蓄能电站座环蜗壳安装工艺

郑达炜，熊 妍

(1. 中国水电第十六工程局有限公司，福建 福州 350000； 2. 华电福新周宁抽水蓄能有限公司，福建 宁德 352100)

周宁抽水蓄能电站内安装有4台单机300 MW的立轴单级混流可逆式水泵水轮发电机组[1]。机组采用金属蜗壳，座环蜗壳分两瓣运输至厂房安装间后，在厂房内进行组装焊接。座环蜗壳的安装工艺流程主要包括分瓣座环组装、焊接，蜗壳瓦片挂装、焊接，座环蜗壳吊装、调整，蜗壳延伸段安装，蜗壳水压试验，机坑里衬下段安装和蜗壳保压浇筑等流程[2]。

1 施工准备

座环混凝土支墩浇筑完成后，采用全站仪对座环蜗壳安装基准线、蜗壳进口法兰面安装基准线、基准高程点进行测量放样[3]。根据施工经验，为了便于后续尾水锥管和球阀的安装，座环安装基准中心线和基准高程点放样，应参考已安装的尾水肘管和引水压力钢管中心线；中心线的线架须牢固、可靠，做好保护，设置警示标志；中心线使用0.3 mm的钢琴线来设置，机组中心线和高程基准点相对于厂房的基准点误差不应超过±1.0 mm。

2 施工工艺

2.1 座环组装

分瓣座环蜗壳运抵安装现场，首先应清理座环分瓣组合面和定位螺栓孔。使用起重设备将第一瓣的座环蜗壳吊放到钢支墩上，使用精密水准仪测量座环法兰面水平值，调整座环蜗壳法兰面高低差在0.40 mm以内，并临时加固；再将另一瓣的座环蜗壳吊起，完成座环蜗壳的整体组合[2]。

对称拧紧定位螺栓和把合螺栓M64，检查座环组合缝的间隙和错牙，测量座环直径和圆度。组合缝间隙应低于0.05 mm，局部间隙不应高于0.10 mm，周向水平不应高于0.4 mm，座环上膛口和下膛口直径偏差要求为0～0.78 mm，座环圆度不应高于1.5 mm[4]。

2.2 座环焊接

分瓣座环的焊缝使用手工电弧焊接的方法来进行。座环上、下环板材质为S500Q-Z35，固定导叶材质为S500Q，均使用焊条J607RH焊接；下围板材质为Q235B，下法兰材质为Q345B，使用焊条J507焊接。施焊前，应对焊条进行烘烤，烘烤参数详见表1。

表1 焊条烘烤参数

材质、规格、炉号、批号不同的焊材烘烤时用栅格隔开，并作好标识；烘烤温度与恒温时间不相同的焊条，不可以同炉烘烤；二次烘烤的焊条应做好标记与记录，不得与新焊条同炉烘烤。烘烤后的焊条须保存在100～150℃的恒温箱内，且在恒温箱内的保管时间不得超过72 h，焊条药皮应无脱落和明显的裂纹[5]。施焊时，焊条放在保温筒内，随用随取，焊条在保温筒内的时间不得超过4 h；若超过4 h必须重新烘烤，且重复烘干的次数须符合表1的要求。

座环组合缝焊接前，采用履带式陶瓷加热器在焊缝两侧预热，用红外线测温仪进行温度监测，预热温度应从加热板的反面测量，温度测量点距焊缝坡口边缘约为70 mm。各部位的焊前预热温度及焊接时的层间温度要求详见表2。

表2 焊前预热温度及焊接时层间温度要求

当焊接中断重新焊接时或分道退焊时用红外线测温仪测量层间温度，发现层间温度低于表2所示的温度时，应对焊缝重新加热[6]。层间温度应在焊道上进行测量。座环上、下环板、过渡段焊缝在冷却降温前，应立即加热升温到200～250℃，保温至少2 h，然后缓慢冷却到室温。

2.3 蜗壳挂装

蜗壳凑合节瓦块下料测量如图1所示。

图1 蜗壳凑合节瓦片下料测量图

蜗壳凑合节割配好后，挂装凑合节，并调整凑合节与相邻蜗壳断面环缝间隙、错牙，装配间隙控制在0～4 mm之间，上错牙不大于2 mm，局部错牙最大值应小于蜗壳板厚10%，间隙如达不到可做长焊处理。

为减少座环蜗壳在机坑安装时间，蜗壳进口段环节也依次在安装间进行挂装及焊接。

2.4 蜗壳焊接

蜗壳凑合节焊接时先焊接进水口侧的环缝，完成后焊接出水口侧环缝，最后焊接与过渡段的焊缝；蜗壳进口段焊接时，按挂装顺序依次焊接环缝，最后焊接过渡段的焊缝。过渡段纵缝焊接时，先焊接下蝶形边，后焊接上蝶形边。

蜗壳焊接采用多层多道镶边退步焊接方法，在大坡口侧焊满坡口深度1/2后，背面清根，打磨，经检测合格后，两侧交替对称施焊。

凑合节出水口侧环缝为合拢环缝，属于封闭焊接，应力较大。打底焊时采用叠焊，对称施焊。叠焊长度为300～400 mm，打底焊缝焊接应连续完成，不得间断。在焊接过程中除第一层和最后一层焊道外，其余各层焊道均进行锤击。

2.5 吊装调整

由于座环蜗壳为非对称结构，蜗壳进口段在安装间装配、焊接完成后，座环蜗壳合成重心位于第三象限，坐标为：(-513.7 mm，-401.4 mm)(X轴，Y轴)，总重约为128.8 t。本着节约成本、确保安全的目的，采用4根导水机构吊装用φ110 mm镀锌无接头钢丝绳作为吊索进行座环蜗壳吊装作业。

导水机构吊装用镀锌无接头钢丝绳周长为12 m，座环蜗壳吊装时只能做双股钢丝绳使用，则钢丝绳使用时有效长度为定值6 m。根据座环蜗壳重心分布位置可知，座环蜗壳吊装时，-X侧吊耳至座环蜗壳重心的水平距离最短，为2 146 mm，桥机吊钩距吊耳所在水平面的垂直高度相同，则-X侧吊耳至吊钩的钢丝绳长度最短，以6 m计，经施工放样，可知桥机吊钩至吊耳所在水平面距离为5 603 mm。结合其他各吊耳至座环蜗壳重心距离，可放样得出+X侧、+Y侧、-Y侧吊耳至吊钩的钢丝绳长度分别为6 470、6 417、6 059 mm，各方向钢丝绳放样示意图见图2。

图2 座环蜗壳吊装钢丝绳放样示意图

因座环蜗壳吊装选用的座环蜗壳导水机构吊装用镀锌无接头钢丝绳等长，为满足座环蜗壳吊装时钢丝绳长度要求，搭配使用55、85 t卸扣调节吊索长度。座环蜗壳吊装吊索配置如表3所示。

表3 座环蜗壳吊装吊索配置表

按照以上配置座环蜗壳吊具，在座环蜗壳吊装时各方向吊索总长度基本达到理论值，在座环蜗壳吊装时周向水平度约为10 mm，满足吊装需求。

座环蜗壳吊装就位后，根据事先在机坑放样的基准线和高程基准点，反复调整座环上法兰面的中心、水平、高程，直到满足设计要求。由于蜗壳和座环是一个整体，所以座环调整时，应注意兼顾蜗壳的调整，同时兼顾压力钢管出水口位置、高程。座环蜗壳调整好后，把紧拉近螺杆并复测上述技术指标应满足要求。

2.6 延伸段安装

座环蜗壳整体调整加固完成后，按厂内所打的标记将蜗壳延伸段吊装就位，调整延伸段段法兰面与座环X轴的平行距离，延伸段进口中心线与座环Y轴的平行距离及法兰面的垂直度、中心高程。调整合格后，参照蜗壳凑合节焊接工艺进行焊接，焊接过程中严格控制焊接变形，确保压力钢管、进水阀、直管段、伸缩节等与蜗壳的正确连接与平滑过度。

3 水压试验及保压浇筑

座环蜗壳安装完成并验收合格后，安装与蜗壳连接的各排气、排水以及测压管路，并按要求安装封水环及闷头等蜗壳打压设备。

蜗壳水压试验前，在座环蜗壳轴线内外等处焊接水压试验测量支架，以便架设百分表，在水压试验时监测蜗壳变形情况及座环水平、中心变化情况。蜗壳变形监测端面布置如图3所示。

图3 蜗壳水压试验监测百分表布置示意图

在蜗壳水压试验具备条件后，开始对蜗壳进行注水，过程中打开延伸管顶端上的阀门排气，直至开始排

水，关闭阀门。然后利用试验泵从水箱抽水进行加压，通过观测压力均压管口压力表，试验泵压力表和进水管压力表读数对蜗壳压力进行控制，按压力递增图采取分阶段逐步升压、保压，如图4所示。

图4 蜗壳打压及浇筑压力试验图

在蜗壳水压试验过程中，应实时监控蜗壳各部位的变形情况，如发现漏水、变形量太大、整体位移等异常情况要第一时间停止试验，经过处理并验收合格后方可再次进行试验。在蜗壳水压试验合格后，应对座环高程、水平、轴线等数据进行复测，合格后才能进行二期混凝土浇筑。

为防止蜗壳在混凝土浇筑时产生有害变形以及保证混凝土的浇筑质量，混凝土浇筑应分层、分仓，严格控制浇筑顺序和浇筑速度；同时要监测蜗壳变形情况，根据监测情况随时做出调整。至此座环蜗壳安装完成。

4 结 语

周宁抽水蓄能电站4台机组的座环蜗壳均采用上述工艺进行安装，目前已全部完成安装，各台机组的座环整体水平度均小于0.2 mm，安装质量明显优于以往的项目。实践证明，本文所述的抽水蓄能电站地下厂房分瓣座环蜗壳安装工艺及注意事项有助于工程建设单位进行质量管控、提升安装质量，对今后类似工程的施工具有借鉴意义。