四川阿壩州登棚一級10MW沖擊式立軸水輪機結構及安裝

摘 要：四川阿壩州登棚一級水電站10MW沖擊式立軸水輪機是相對比較特殊的機組類型，也是海拔最高的沖擊式機組。主要從水輪機噴組、配水環管介紹其結構及安裝。

關鍵詞：水電站；沖擊式；機組；水輪機

1 引言

登棚一級水電站電站廠房位于阿壩州松潘縣毛兒蓋鎮境內，海拔3000m以上。首部樞紐共二處，哈雅審溝首部樞紐位于哈雅審溝與左岸小溝交匯處下游130m，羅納溝首部位于羅納溝口上游約6.5km處，廠房布置在恰格洛安溝口上游約300.0m處的恰格洛安溝左岸。工程區有公路通過，距松潘縣城約97公里，距黑水縣城約65公里，距成都約345km。電站裝機容量20MW，裝設2臺單機容量為10MW的沖擊式水輪發電機組，多年平均發電量7919萬kW/h，年利用小時數3960h。電站兩臺水輪發電機各與一臺12.5MVA/110雙圈升壓變壓器組成單元接線，升壓送入110kV系統；110kV為單母線接線；110kV出線一回，至登棚二級水電站。

3.1.2 就位調整

根據設計和廠家圖紙確定平水柵的基礎板方位和高程，安裝平水柵的支腿和框架，調整時兼顧高程和中心，調整完畢用水準儀復核，滿足要求后與預埋基礎加固，點焊調整螺栓。

3.2 下、上部轉輪室安裝

3.2.1 施工準備

（1）轉輪室部件運到現場后檢查清掃各組合面，無尖角、毛刺存在。（2）根據平水柵中心確定機組中心、方位并做好標記。

3.2.2 施工措施

利用廠房橋機將轉輪室下部2半吊放到基礎板上，將下部2半轉輪室利用千斤頂、拉緊器組裝在一起，調整轉輪室圓度滿足設計要求。

利用角鋼焊接線架掛鋼琴線調整轉輪室方位、高程，同時根據穩水柵中心調整轉輪室中心。檢查調整上口的波浪度、轉輪室相對于機組的圓度合格后對稱焊接組合縫，注意控制焊接順序和焊接速度，焊接后經探傷檢查合格后復測各部尺寸，合格后加固。

上部轉輪室在下部轉輪室和配水環管安裝及砼澆注結束后進行，利用廠房橋機先將2半轉輪室組裝成整體，圓度合格后焊接縱縫，焊接完畢探傷合格后調整圓度，根據下部轉輪室調整上部方位、中心及其與下部轉輪室的同軸度，合格后對焊縫進行焊接。

3.3 機殼、配水環管安裝措施

3.3.1 施工準備

（1）復測基礎高程、方位。（2）清掃、檢查到貨設備和各部尺寸。

3.3.2 機殼安裝

在吊裝前對機殼組合面進行清掃，檢查機殼支墩基礎板高程、水平，并按設計高程搭接好基礎楔形板。利用橋機將分瓣機殼吊到機坑基礎支墩上組合成為整體，把緊分瓣把合螺栓后間隙應符合廠家設計要求，將其調平，過流面應無錯牙，機殼上下法蘭圓度、水平、直徑誤差符合規范要求。根據測量放點給出的機組軸線中心點位置，利用千斤頂、橋機、導鏈等設備工具調整機殼中心、高程、水平，調整結束后，所有尺寸數據應滿足相關國家規范要求。

機殼安裝，調整合格后，根據廠家焊接工藝要求進行機殼焊接。焊接結束，重新調整機殼各部尺寸，與機組X、Y基準線的偏差不大于1毫米，高程偏差不超過±2毫米，機殼上法蘭面水平偏差不大于0.04毫米/米。焊接在機殼上的各噴嘴法蘭，高程應一致，高差不大于1毫米，各法蘭的垂直度不應大于0.3毫米/米，與機組坐標基準線的距離應符合設計要求，各部尺寸合格后加固。

3.4.3 配水環管

配水環管分為3個岔管，2個彎管，2個直管焊接而成。施工時，用廠房橋機按照預裝序號逐節吊入環管，吊裝一節根據測量數據調整，當中心、高程、方位、半徑均符合設計要求后進行加固，加固后進行復測，復測合格后吊入下一管節，與下一管節連成整體，檢測合格后對稱點焊，點焊后進行復查，合格后安排4～6名焊工采用同步、退步、對稱焊接。全部焊接完畢，對過流面焊縫進行外觀檢查，對存在凸凹不平的位置，利用角磨機和電焊進行修補，對焊縫進行無損探傷檢查，合格后整體加固。為防止在澆筑混凝土時因浮力及壓力的作用而移位、變形，因此必須加固牢靠。

（1）配水環管安裝的測量基準線包括

a.進水口法蘭調整基準線兩條，一條與配水環管進水口法蘭面平行的平行線，用以檢查法蘭面到機組X線的距離、法蘭面與軸線的平行度、法蘭面的高程；一條縱軸線，用以檢查進口法蘭到機組Y軸線的距離偏差，保證與今后球閥的安裝、壓力鋼管的安裝同一軸線。

b.機組的X、Y軸線：轉輪室內壁焊四個線架，測量并布置機組鋼琴線，該線用以檢查每個噴嘴法蘭到機組中心的距離、定位每個噴嘴法蘭的X值和Y值。

c.法蘭的垂直度檢查線：每個法蘭的垂直度用線錘檢查，在法蘭左右分別布置2個線錘，保證法蘭面的垂直。

d.機組中心線：穩水柵正中間制作塔型支撐架，中心線布置于支撐架上，測量噴嘴法蘭到機組中心的距離。

e.噴嘴法蘭面的中心點：在每個噴嘴法蘭內的同一平面上焊接角鋼或6毫米鋼板，找出法蘭的中心點并作好標記，該點作為調整測量的基準點，調整時先調第一節、同時調整其它管節，最后進行湊合節的調整和焊接。調整順序為先高程、再調到中心的中心距、然后調相互的間距，最后調整法蘭的垂直度。配水環管安裝完成后按要求進行壓力試驗并進行保壓澆注混凝土。在主軸安裝完成后，以主軸為基準采用假噴嘴測量確定噴嘴調整噴嘴墊的加工尺寸，確保噴嘴最終的安裝質量。

（2）機殼、配水環管焊接

a.焊接前的準備工作

用腳手架搭設焊接平臺，設置安全警示，檢查廠家提供的焊條、焊劑牌號、質量和焊接工藝性能是否符合圖紙要求。按焊接工藝將焊接坡口處焊接區域清理干凈，用履帶式加熱片按工藝要求進行預熱，按廠家要求控制加熱溫度。

b.焊工要求

參加施焊的焊工，必須通過焊工考試，并持有有效合格證書。焊工在蝸殼上焊接的鋼材種類、焊接方法和焊接位置等均必須與焊工本人考試合格的項目相符。應經考試合格。為了防止蝸殼焊接造成大量返工現象，開焊前，每人先進行焊接試驗，合格后方可正式施焊。焊條應采用廠家規定的焊條，按照要求嚴格烘烤，用時放在保溫筒中，隨焊隨取。

c.焊接材料的保管與烘焙

現場的焊條、焊絲放置在通風、干燥的庫房內，溫度保持在5℃以上，相對濕度不大于50%。焊條由專人保管、烘焙和發放，并負責做好烘焙實測溫度和焊條發放及回收記錄，烘焙溫度和時間嚴格按焊條說明書進行。烘焙后的焊條保存在100～150℃的恒溫箱內，藥皮無脫落和明顯的裂紋。施焊時，待用的焊條放在保溫筒中，隨焊隨取。焊條在保溫筒內的時間不宜超過4h，否則重新烘焙，重復烘焙次數不宜超過兩次。

d.焊接方案

機殼、配水環管焊接前，按焊接使用說明書將焊條進行烘干與保溫處理。

機殼在焊接時，由四名焊工對稱布置，采用多層、多道、對稱、分段、退步焊，分段、每段長度約200～400mm。焊接時焊條的擺幅均要求不大于3倍的焊條直徑，要求焊一層清掃一層，采用錘擊消除焊接應力，若發現有裂紋、氣孔、夾渣、未焊透等缺陷，要處理好后方可繼續施焊。

配水環管焊接，首先進行配水環管環縫焊接，用2～4名焊工對稱同時施焊，采用多層、多道、分段退步焊，每段長度約200～400mm，焊接時焊條的擺幅均要求不大于3倍的焊條直徑。配水環管湊合節焊縫為封閉焊縫，應力較大，焊縫焊接應連續完成，并應配合錘擊。環縫焊接完畢后進行配水環管上下環縫焊縫焊接，先焊接外側（即非過水面），然后在內側清根，再焊接內側，焊接應連續進行直至焊完。蝶形邊焊接前后均應測量機殼水平，焊接過程中加強對機殼水平的監視。焊接應根據焊縫長度確定焊接人數，每位焊工施焊長度不超過3m。由于焊后應力較大，焊接過程中配合錘擊消除應力，焊接結束后需要按廠家提供的工藝進行后熱處理。

e.焊后外觀檢查

焊接后，對所有焊縫都要進行外觀檢查，對表面的突起處要打磨干凈。表面的局部凹坑，若其深度不超過板厚的10%，且不超過2mm時，使用砂輪打磨，使鋼板厚度漸變過渡，最終板厚不得小于原厚度的90%；超過上述深度的進行補焊，并進行質量檢驗。

f.無損檢測探傷

無損檢測人員應經過專業培訓，通過國家專業部門考試，并取得無損檢測資格證書。

無損探傷在焊接完成24小時以后進行。無損探傷按規定的標準進行。對不合格的地方，用碳弧氣刨清理，重新焊接。無損探傷的檢驗結果（包括射線探傷的攝片）須在檢驗完畢后48h內報送廠家代表。

3.4 中心錐體安裝

在安裝間調整中心錐體法蘭與錐體下部與主軸密封面同在一個中心，連接中心體法蘭與中心錐體，整體進行中心錐體安裝，對錐體的調整應根據已經安裝完成的配水環管噴嘴法蘭的中心進行調整，當方位、中心、高程、水平均調整好后，對中心錐體與上部機殼的環縫進行焊接，機組安裝中心以錐體中心為準。

3.5 機坑里襯安裝

將機坑里襯吊入機坑，以錐體中心為基準進行調整。

3.6 水導軸承支架預裝

清掃機坑工作面，按照圖紙方位將組裝成一整體的水導瓦與水導支架吊裝就位，采用鋼琴線和重錘配合球心器掛出機組的中心線，利用耳機和內徑千分尺，對大軸密封工作面進行中心確認，然后依此鋼琴線為基準檢查水導軸承筒式瓦的上中下三個斷面的半徑尺寸，合格后對水導軸承支撐和上部轉輪室中心體的支架組合面進行配鉆銷釘定位。

3.7 水輪機主軸與水導軸承安裝

由于噴嘴的測量安裝需要以安裝定位后的主軸進行測量及中心確定，機組正式回裝的第一個部件為水輪機主軸，由于水導軸承采用整體筒式瓦結構，主軸與水導軸承必須整體吊入機坑，主軸和水導軸承轉動油盆在安裝間組裝后，整體吊入機坑，用支撐架固定，然后調整主軸的高程、中心和垂直度，中心以水導瓦架為準（并在中心體大軸密封處復測檢查），垂直度要求《0.05毫米/米，垂直度滿足要求后，于主軸上下兩端用支撐和楔子將其定位，然后進行噴嘴的測量、安裝等，軸承的回裝和軸承間隙分配在盤車之后，根據軸線情況做調整。

3.8 噴嘴法蘭測量及噴嘴安裝

水輪機主軸安裝定位后，對水輪機部分可以進行噴嘴調整墊的測量加工，安裝噴嘴前以安裝好的大軸下法蘭為基準通過廠家提供的假噴嘴進行中心、高程的測量，然后現場加工調整墊板來調整噴嘴水平面和垂直面的位置，實現噴嘴與轉輪水斗的對中，各噴嘴的相互間距，靠配水環管法蘭的間距來保證，噴嘴安裝時不做調整。

4 結束語

在沖擊式機組的施工中，水輪機部分是比較重要的環節，這里主要部分為配水環管、噴咀的安裝調整工作，它涉及到整個沖擊式機組的核心內容。要求精度高，調整過程相對常規機組復雜。通過立軸四噴咀沖擊式機組的結構和安裝過程，對國內沖擊式水輪機結構和安裝都能進一步的了解。