厄瓜多爾美納斯水電站配水環管安裝工藝

郭洪潮

【摘要】厄瓜多爾美納斯水電站有3臺立軸沖擊式水輪發電機組，總裝機275MW，額定水頭474.51m。由哈電總承包，主機設備由哈電制造廠制造。此工藝著重解決配水環管安裝過程中的重點和難點，可以為同類型電站配水環管安裝提供參考。

【關鍵詞】立軸沖擊式水電站；配水環管；打壓試驗；保壓澆筑混凝土

1、工程概述

美納斯水電站位于厄瓜多爾第三大城市昆卡西南方向，距離昆卡公路里程90公里。電站總裝機275MW，共有3臺機組，主機設備由哈電生產制造。水輪機為六噴嘴立軸沖擊式機組，額定水頭為474.51m。轉輪節圓直徑為2460mm。配水環管總重116t，由哈電制造廠在廠內預裝后，分為6個管節運輸至工地現場拼裝，首節（定位節）最大重量為40t。配水環管整體結構如圖1所示。配水環管安裝工藝流程如圖2所示。與配水環管安裝相關的水輪機埋件有穩水柵主、副梁，尾水里襯，機殼側板、機殼斜板及機殼上端。水輪機埋件的整體布置如圖3所示。

2、基礎埋件安裝

在尾水里襯外側混凝土澆筑至基礎板安裝高程后，開始使用全站儀放設出基礎板和地錨的方位點，根據樣點方位和設計高程安裝固定基礎板，水平要求在1mm/m以內，高程偏差為-5～0m。

3、測量放樣

在尾水里襯下部適當位置放置機組高程基準點，做好防護。在穩水柵主、副梁上焊接一個中心測量平臺，使其能夠放置精密水準儀，用于測量岔管法蘭面中心高程。

在配水環管進口法蘭及6個岔管法蘭的正下方焊接測量樣架，另外在尾水里襯6個角點處焊接測量樣架，端部高程和岔管法蘭中心高程一致。根據測量樣架的位置，在尾水里襯內側搭設測量行走平臺。所有樣架不能影響機殼側板與尾水里襯的拼裝與焊接。

使用全站儀，放設配水環管7個法蘭面中心的投影點①～⑦，并在尾水里襯角點測量架上端放設出三條對角線上的6個點a～f。如圖1示。

4、拼裝調整

對配水環管坡口面進行清理，并打磨出金屬光澤。利用主廠房橋機，依次吊放至相應的安裝工位上。

首先調整定位節，通過千斤頂配合調整基礎螺栓，將定位節兩個法蘭的中心高程及分節處的腰線調至設計高程。在進口法蘭和1#岔管法蘭上各自掛設一把磁力線錘，并使垂線通過法蘭中心。使用千斤頂和手拉葫蘆調整定位節兩個線錘分別對正樣點⑦和樣點①，再次調整兩個法蘭中心高程，保證高程公差不大于0.3mm。檢查、調整分節處的腰線高程，要同時考慮對1#岔管法蘭面的垂直度的影響。檢查1#岔管法蘭中心至轉輪節圓的切線長，即檢查該法蘭表面過中心的水平線到樣點 c 和 f 的連線Lcf 的距離為3600mm，誤差為0～+3mm。使用掛鋼琴線的方法測量各法蘭面的垂直度，要求不大于0.2mm/m。定位節進口法蘭中心坐標的偏差為±4mm。調整合格后，并按照圖紙要求安裝拉桿裝配，旋緊拉緊器，點焊基礎螺栓，并在支墩位置加焊拉桿。

第2管節通過使用千斤頂配合調整基礎螺栓，將2#岔管法蘭的中心高程及兩個分節處的腰線調至設計高程。使用千斤頂和手拉葫蘆將第2管節靠至定位節分節管口2～4mm范圍內。接下來按照定位節的調整方法調整。

其它管節參照第2管節的調整方法，依次調整合格。在所有管節調整完畢后再進行一次整體的尺寸檢查，整體合格后，再進行焊接工作。

5、配水環管焊接

配水環管材質為Q345R，焊接材料使用GB E5015焊條，焊接工藝規范見表1：

對配水環管的尺寸調整符合要求后，在每處分節位置裝焊四件固定搭板，搭焊牢固。

在配水環管每節分節處放置加熱器。焊前預熱不小于90℃，層間溫度不大于260℃。對于壁厚≥38mm的配水環管，需進行焊前預熱與焊后熱處理。定位焊采用火焰預熱，預熱溫度控制在95～100。C；焊接預熱采用溫控柜控制，履帶式加熱片加溫，對焊接區域及其附近200mm范圍內進行預熱，焊前加溫溫度控制在95～100。C；焊接最高層間溫度控制：≤260。C；配水環管焊接完成后應立即進行后熱保溫1小時以上，后熱溫度控制在180～200。C。溫度控制使用紅外線測溫儀進行監測。

安排專人記錄焊縫開始加溫時間及開始焊接時間，在預熱及焊接過程中每小時檢查一次焊縫層間溫度并記錄。開焊前需要在配水環管各法蘭上架設百分表，通過百分表的變化值調整配水環管焊接順序，控制配水管法蘭焊接變形量。

首先對焊縫進行定位焊，每段定位焊長度約為60mm～80mm，間距200mm～400mm，焊縫厚度8mm～12mm。定位焊的焊接要求與正式焊縫一樣。

在焊接過程中除第一層和最后一層外，其余各層均需采用錘擊的方式降低焊縫殘余應力。焊道寬度不得大于16mm。

焊接順序如下：

一、首先焊接配水環管第1節與第2節，第3節與第4節，第5節與第6節間的環焊縫；二、焊接配水環管第2節與第3節間環縫，焊接第4節與第5節間環縫。三、采用多層多道分段退步焊，每300mm～400mm分一段，層間焊接接頭至少錯開50mm。

由1～2名焊工按照以上順序對一處環縫進行焊接。依次焊接5處環縫。

在大坡口側焊滿坡口深度的2/3后，用碳棒氣刨進行背面清根，打磨清根部位至露出全部金屬光澤，對整個焊接根部進行PT探傷檢測。經PT探傷檢測探傷無裂紋及缺陷后，交替焊接兩側焊縫，焊接完畢整體再進行一次PT探傷。

焊后打磨焊縫表面，使內表面沿著過流的方向平滑過渡，沒有高點及局部凸起。然后進行UT探傷檢測。探傷不合格部位，用碳弧氣刨清除缺陷，打磨并做PT和UT探傷，確認無缺陷后，再次進行補焊。

焊接完成后，復測配水環管安裝尺寸。要求各法蘭中心線高程誤差為±2mm；各法蘭到轉輪節圓切線長為3600±2mm；各法蘭面垂直度≤1mm。

割掉配水環管分節處的搭板和定位銷組合塊，并仔細打磨、修焊局部切割處，對傷及母材的部位進行補焊處理，并打磨做PT檢查。

焊接配水環管測壓管路，所有焊縫進行PT檢查，并制作臨時支撐，固定測壓管路。此測壓管將與配水環管一起進行打壓試驗。

6、機殼側板及斜板安裝

由于機殼側板上端口高程低于配水環管最高點，保壓澆筑混凝土需要全部覆蓋配水環管，所以需要安裝機殼斜板。關于機殼上端不予安裝，是考慮其重量超過20t，在配水環管混凝土澆筑前安裝后，難以支撐穩固，另外考慮機殼上端N面法蘭內圓直徑只有1660mm，打壓工具難以出入。

7、配水環管打壓試驗

配水環管設計壓力為6.15MPa，整體試驗壓力為9.22MPa，混凝土澆筑時需要保持壓力為3.75MPa。

打壓試驗前，在其外壁及各法蘭處架設百分表，以作觀察在配水環管壓力逐步上升的過程中數值變化，監測配水環管膨脹、位移和扭曲變形。

首先找出配水環管內腔所有高點，通過磁鐵固定硬質膠管，將高點連通至附近的測壓管內，并插入測壓管內，使其出口高于內腔高點。

按照圖紙安裝打壓工具。然后灌水，等到所有測壓管路都冒水后，封堵測壓管路，對封堵頭焊縫進行PT檢查。

檢查配水環管和測壓管路無滲漏后，啟動打壓泵，按壓力試驗表的要求進行配水環管壓力試驗。

具體壓力試驗表如圖4所示：

在配水環管打壓過程中，應檢查配水環管及測壓管路所有焊縫、悶板、接頭等是否滲漏水，如果發現有滲漏，立即停止試驗，釋放壓力，處理缺陷。

在試驗壓力9.22MPa和保壓壓力6.15MPa都順利結束后，將壓力逐部降至0 MPa。交由土建單位進行混凝土澆筑前的準備工作。

8、保壓澆注混凝土

首先將配水環管加壓至3.75MPa，然后開始對稱均勻澆筑混凝土。在混凝土的澆筑過程中，根據實際情況，隨時調整壓力，使其維持在3.75MPa。混凝土澆至腰線位置時，割斷拉桿。混凝土澆筑完全覆蓋配水環管后，并且等強結束后，按照打壓曲線降壓至零，排水，拆除悶頭等打壓工具。

9、結語

配水環管安裝是沖擊式水輪機埋件安裝中的重點和難點，對于美納斯水電站這種大型沖擊式機組來說，其安裝精度和質量要求都很高。以美納斯水電站配水環管安裝及打壓試驗的情況來看，本安裝工藝能夠很好地保證其安裝精度和質量要求。