抽水蓄能电站锥管与底环的安装焊接技术

李庆堂

（中国水利水电第十四工程局有限公司机电安装事业部，云南 昆明 650032）

1 概述

福建永泰抽水蓄能电站的主机设备由东方电机厂供货。水泵水轮机为立轴、单级、混流、可逆式结构型式，水泵水轮机额定转速为428.6 r/min，安装高程为136.0 m，额定水头416.0 m，带有金属蜗壳和弯肘型尾水管，与发电电动机通过法兰直接连接。旋转方向为：水轮机工况俯视顺时针旋转，水泵工况俯视逆时针旋转。水泵水轮机主要由：埋入部件、导水机构、转轮、主轴、水导轴承、主轴密封、导叶接力器、环形轨道及吊车、机坑踏板、油气水管路系统、监测及控制管路系统等部件组成。

水泵水轮机底环为整体结构，底环安装完成后四周用混凝土填实，底环通过80颗M30螺栓与座环把合连接，底环与座环间的连接处设置有3道密封，在工地安装时需进行水压试验以确定密封的严密性。底环泄流环与锥管上口进行焊接连接，锥管下口与肘管上口进行焊接连接。

底环整体重41.64 t（不含下止漏环），外形尺寸为Φ5 630 mm×1 830 mm。锥管重12.245 t，外形尺寸为Φ3 030 mm/Φ2 360.6 mm×4 531.3 mm，在锥管上+Y向设置有一道进人门。用主厂房250 t桥机进行底环与锥管的吊装工作。

2 吊装和安装流程

施工准备→在上里衬安装前，将锥管与底环吊入机坑，临时就位→在座环研磨前将底环悬吊在上里衬上→座环研磨完成后，将底环落下→底环安装调整→底环与锥管环缝压缝→底环与锥管环缝焊接→锥管与肘管环缝压缝→环缝外侧背板安装和背板焊接→底环与锥管外围钢筋绑扎、混凝土浇筑→浇筑完成保养7 d后，进行底环与锥管外围混凝土灌浆→灌浆完成3 d后进行混凝土压水试验→锥管与肘管内侧环缝（封闭缝）焊接→探伤合格后进行涂漆→最后需再次复查底环安装尺寸和水平，并进行验收。

3 吊装和悬挂方法

用主厂房250 t桥机主钩进行底环和锥管的吊装，用专用吊具与桥机主钩连接后，将底环调至水平状态，并平稳地吊至机坑上方，缓慢落放在座环上，检查确认底环在座环上放置牢固可靠后，拆除吊具，在底环孔洞处设置安全网与安全警示牌，同时对水轮机机坑出口处进行可靠封闭，防止人员进入不慎掉入底环孔洞。待发电机层混凝土浇筑完成后使用专用工具将底环悬挂至上里衬上，以方便进行座环研磨工作。底环吊入机坑临时摆放示意如图1所示，底环悬挂在上里衬上示意如图2所示。

图2 底环悬吊在上里衬上示意图

根据设计图纸在上里衬上悬吊孔内安装底环悬吊螺杆和螺母M72×6 mm、垫圈Φ200 mm/Φ75 mm×30 mm，共8件整圆均匀布置。调整悬吊螺杆在同一垂直高度，安装垫圈，拧紧螺母，下落桥机主钩，使悬吊螺杆受力后拆除钢丝绳（底环专用吊具保留）。

4 锥管与底环安装和焊接

4.1 底环安装

（1）座环研磨完成且验收合格后，进行底环正式安装。

（2）由于底环是临时摆放和悬吊在机坑内，为保护好底环，未对底环加工面保护层进行清洗，在正式安装前需进行底环、座环各把合面、密封槽的彻底清洗工作，根据底环装配图安装3 道密封圈，并进行水压试验。

（3）安装2根50 t钢丝绳和4个55 t卸扣，缓缓起身桥机主钩，吊起底环至悬吊螺杆不受力时，拆除悬吊螺杆和螺母。

（4）缓缓下降桥机主钩，根据底环的X、Y标记线，以座环为基准调整底环方位偏差在±3 mm，平均方位偏差在±1.5 mm以内。

（5）底环就位后，调整底环与座环径向间隙均匀，单边间隙值应在0.25～0.6 mm范围内；调整底环止漏环安装止口与座环上环板镗口同心不大于0.5 mm。

（6）用水准仪测量底环水平，底环水平不大于0.2 mm。

（7）按照设计要求把紧底环与座环连接螺栓和螺母。

（8）检查底环下法兰面与座环把合面间的轴向间隙，间隙应为0～0.3 mm（螺栓预紧前间隙）。

（9）按照设计图纸要求对底环的轴向、径向密封进行0.7 MPa密封性能试验。

4.2 锥管安装和压缝

（1）底环固定、测量完成后，调整锥管方位，方位偏差不得大于±4 mm，综合偏差不大于±2 mm，以肘管上管口的高程、水平为基准调整锥管进水端面的水平，水平偏差应不大于5 mm，必要时修磨锥管或者肘管进水口。在锥管管口与底环环缝间隙及错牙调整时根据该间隙值配车调整板的厚度以满足间隙小于3 mm的要求。

（2）高程调整完成后，利用骑马板、压板、拉紧器等工具调整锥管管口与底环环缝的错牙小于板厚的10%，间隙小于3 mm。对局部间隙大于3 mm的部位，采用长焊的方法，直至焊缝间隙小于3 mm为止；对局部错牙大于板厚10%且不可调的部位，采用1∶3焊缝坡度进行平滑过渡，必要时在相应的锥管上开设纵缝来调整。底环与锥管焊缝如图3所示。

图3 底环与锥管焊缝示意图

（3）用同样的方法调整锥管与肘管间隙和错牙。锥管与肘管环缝错牙调整合格后，装焊连接板、筋板及槽钢。锥管与肘管焊缝如图4所示。

图4 锥管与肘管焊缝示意图

4.3 锥管与底环间环缝焊接

（1）安排2～4名焊工，按对称、分段、同步焊接的方法进行锥管与底环环缝的焊接。

（2）焊接时采用百分表对底环水平和位移进行监控，发现变形超标时，及时改变焊接顺序。

（3）对锥管与底环环缝进行探伤检查。

（4）锥管与底环（泄流环）环缝焊接后进行锥管与肘管间环缝外侧连接板的安装和焊接。按设计图纸，锥管与肘管间环缝间隙为20 mm。

4.4 锥管与底环外侧混凝土浇筑

按设计图纸要求，进行锥管与底环外围钢筋绑扎和混凝土浇筑，混凝土保养达7 d后，进行灌浆，灌浆工作满3 d后，进行混凝土的压水试验，确保锥管与底环混凝土浇筑密实。

4.5 锥管与肘管环缝焊接

锥管与底环混凝土浇筑和灌浆完成，确认合格后，进行锥管与肘管内侧环缝的焊接。

（1）彻底清理焊缝内的杂物和水泥浆，打磨焊缝至露出金属光泽。

（2）安排2～4名焊工，按对称、分段、同步焊接的方法进行锥管与肘管环缝的焊接。

（3）焊接时采用百分表对底环水平和位移进行监控。

（4）按设计图纸要求对环缝进行探伤检查。

5 结束语

抽水蓄能电站是我国“十四五”规划的重要建设项目，以后将有大批的抽水蓄能电站进行招标、投标以及建设、投产。因抽水蓄能电站锥管与底环的安装顺序和施工方法不同于常规电站，研究和熟练掌握其安装焊接技术是机组安装的基础，是很有必要的。底环的安装精度要求高，在底环/锥管/肘管间的两条环缝焊接完成后，对底环的水平偏差会有影响，所以在焊接过程中需用百分表严密监测底环的变形量，根据变形量及时调整焊接顺序，以确保焊接完成后底环水平能满足要求。此安装焊接技术以期对同类型建设项目提供技术支持和借鉴。