云南省維西縣南極洛河水電站配水環管焊接工藝及安裝

唐曉黎+唐杰天

摘要：本文介紹了南極洛河水電站配水環管焊接工藝及現場安裝，重點介紹了此高水頭、大容量機組配水環管焊接工藝和施工技術，以及如何消除機組在制造和焊接中產生的應力，和配水環管在現場的安裝，為同類高水頭、高轉速、大容量機組安裝提供了可借鑒的經驗。

關鍵詞：南極洛河水電站；沖擊式；高水頭；高轉速；配水環管；焊接；安裝

南極洛河水電站位于云南省迪慶州維西縣巴迪鄉，電站引巴東河和南極洛河的水發電，廠址位于距南極洛河與瀾滄江交匯處下游，南極洛河水電站總裝機容量2×43MW，于2015年12月底全部并網發電。該電站是繼四川省涼山州蘇巴姑水電站、廣西桂林全州天湖水電站后全國第三高水頭水電站。

南極洛河水電站水輪機型號：CJC601-L-220/4×10.8

配套發電機型號：SF43-10/3700

轉輪直徑：D1=2.20m 額定出力：Nr=44.3MW

額定水頭：Hr=1039.9m 最大水頭：Hmax=1092m

最小水頭：Hmin=1039.9m 額定流量：Qr=4.79m3/s

額定轉速：n=600r/min 飛逸轉速：nf=1100r/min

噴嘴數：4個 水輪機額定效率：η=91%

旋轉方向：從發電機端看順時針旋轉

一、配水環管的結構組成及安裝要求

配水環管是機組的重要組成部分，其由大叉管、中叉管、小叉管、彎管、直管、配水環管測桿、配水環管泵水工具等組成。

配水環管中的叉管采用的是月牙筋球形叉管，該機構叉管具有水力損失小，應力分布均勻、結構合理、外形尺寸小等優點。

該機型是以叉管法蘭為定位基準的結構，即噴嘴等部件的安裝均以叉管法蘭為基準。作用于配水環管和噴嘴的作用力都直接經過配水環管傳遞到混凝土中。安裝尺寸應滿足配水環管圖紙的要求。

配水環管采用焊接結構，法蘭由材料WDB620和Q345C焊接而成，管子材料為WDB620高強鋼，焊條選用CHE607RH（J607RH）。為確保進水管正常工作，配水環管在廠內經過超聲波探傷檢查和16.9MPa的強度試驗。在配水環管中，廠家提供了三段活節管（配焊余量）。在叉管安裝定位后，配焊三段活節，然后作現場強度試驗。

在配水環管外設有許多可調的開式螺旋扣，便于配水環管的位置調整。同時埋在混凝土內也起基礎螺釘的作用。在環管出水端分別設有四個調整墊，若安裝時有微量誤差時，通過偏車調整墊來校正水平與垂直中心，以滿足圖紙要求。

二、配水環管的安裝

配水環管安裝步驟如下：

（1）先按照圖紙要求，定位每個配水環管腳標中心坐標，然后澆筑環管支墩。再分別將機坑里襯按圖紙在電站現場配割叉管管道孔（共4處），把機坑里襯和叉管組合成整體。為防止變形，內腔通過支撐固牢。

（2）安裝叉管時，應以四個出水端法蘭位為基準，把配水環管測量工具和環管法蘭聯接，然后通過調整配水環管測量工具，分別校正各叉管法蘭位置，用以檢查法蘭面到機組中心的距離及法蘭面的高程，以保證機組水輪機進口球閥中心和壓力管道中心在同一軸線上。通過楔子塊調整叉管高程，待配水環管進口中心線與機組坐標線的距離偏差、及相對于機組坐標線的水平距離、垂直度，使其偏差符合設計要求后，地腳螺栓將配水環管腳板固定，通過拉鉤調節拉緊叉管，然后將割開后剩下的里襯板分別對焊接到固定的里襯板的上方，最后用地網鋼筋或槽鋼分別將各個叉管固牢。配水環管安裝時，叉管法蘭中心線除滿足圖紙尺寸外，與轉輪分水刃平面的偏差小于±1，在環管出水端分別設有調整墊，若安裝時有微量誤差時，通過偏車噴嘴裝配中的調整墊來校正水平與垂直中心，以滿足圖紙要求。

（3）將叉管法蘭與機坑里襯板焊成一體，4個出水端法蘭裝上泵水悶頭。在悶頭法蘭面上加支撐梁，把4個法蘭連成整體。保證4個悶頭處法蘭的變形量小于設計圖紙要求。

（4）機坑里襯上方外側與地網鋼筋焊成一體，固牢。

（5）現場配割湊合節配焊，三段活節管（共6條焊縫），叉管、彎管與活節管焊接處允許有偏差，偏差量由活節管的工藝余量來補償。所有管節安裝以后應進行加固，以保證配水環管在后續焊接時不產生變形和位移。加固材料與環管的焊接須采用與配水環管焊接用焊條。

（6）按圖紙要求作焊縫檢查，在強度試驗檢測時，在各監測處裝上百分表。按試驗監測結果表上的壓力逐漸加壓并記錄監測結果，在四個與噴嘴相連的法蘭處變形量應滿足圖紙要求，圓周環管變形量按標準規范執行。若某處變形加大，應停止試驗，并在此處加固，然后繼續試驗直到滿足要求。

（7）強度試驗合格后，最后保壓澆注混凝土。

三、配水環管的焊接

該電站配水環管主要分為大、中、小叉管、彎管及直管七個部分組成，廠內分開制作，各組成部分焊縫均進行超聲波探傷及水壓試驗，在工地安裝時焊接為整體，工地焊接質量要求和廠內相同：焊縫（環焊縫）應達到JB/T4730.3-2005Ⅱ級要求，試水壓16.9MPa，持續30Min不得有滲漏。

（1）在組裝現場放X-Y坐標線，水平高程線，大、中、小叉管及彎管位置找正固定后，配裝配水環管。現場焊縫按設計圖紙制作焊接坡口，坡口均應打磨光潔（打磨區域須延伸至坡口兩側25mm），要求裝配坡口間隙在0～3mm，在焊接長度20%范圍內，允許有3～5mm局部間隙，如大于上述范圍，則應先堆焊超差區域并打磨后再進行施焊，焊接內壁錯口應小于10%t，但最大錯牙不超過3mm。

（2）環境溫度≤0℃，焊前應局部預熱80～120℃，并控制變形，焊接過程中應用小范圍、窄焊縫、對稱施焊、短弧操作，周向可采用分段退焊法焊接，焊縫各相鄰層焊道接頭均應錯開；

（3）每道焊縫焊后應立即用風鏟錘擊焊縫金屬，以降低焊接應力，打底焊及蓋面層焊縫不允許錘擊。焊下一道之前，必須清除干凈上一焊道表面的雜質，直至露出金屬光澤。

（4）焊接坡口要求打磨光滑，焊縫均應氣刨清根，若清根操作不便，亦可采用單面焊雙面成型，保證根部質量達到超聲波探傷要求。

（5）氣刨清根表面不允許有頂炭、夾渣，應打磨氣刨面光滑，合格后方能施焊。

（6）打磨焊縫外表面光滑，內表面與母材平，按JB/T4730.3-2005Ⅱ級要求作超聲波探傷檢驗，并作好探傷記錄。

（7）在焊接過程中，應監測各叉管、彎管變形情況，各噴嘴聯接法蘭變形超差應在調整墊允許范圍內。

（8）檢測各法蘭相對尺寸，并作好記錄。

（9）焊縫消除應力可采用風鏟（小錘）敲擊法，亦可采用紅外線電加熱局部退火。

（10）全面檢測各部尺寸及焊縫外觀質量，作好記錄，按圖紙要求作水壓試驗。

四、結果

南極洛河水電站配水環管安裝完后，經過檢查，安裝精度滿足設計和規范要求，配水環管壓力試驗合格，變形監測滿足設計和規范要求，兩臺機組先后于2015年12月底全部并網發電，機組運行的瓦溫、振動、噪音均滿足國家相關標準要求，得到業主方的認可及好評，同時也為今后國內高水頭大容量高轉速沖擊式水輪機機組設計和安裝提供了借鑒。

參考文獻

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[2] 哈爾濱大電機研究所編著.水輪機設計手冊[M].機械工業出版社.1975

[3] 承壓設備無損檢測JB/T4730.3-2005[S].2005

[4] 焊縫無損檢測 超聲檢測 技術、檢測等級和評定GB/T11345-2013[S].2013