淺談JC水電站大型軸流轉槳式水輪發電機組蝸殼襯板安裝方法

摘要：根據JC水電站蝸殼現場安裝中的關鍵工藝和控制重點，整理、總結出軸流轉槳式水輪發電機組蝸殼襯板安裝調整質量控制要求和安裝經驗。

關鍵詞：大型軸流轉槳式；蝸殼；襯板；拼裝；焊接；JC水電站

1.工程概況

JC水電站位于高海拔地區，共裝設3臺軸流轉漿式機組，總裝機容量360MW。由于JC水電站采用河床式地面發電廠房，蝸殼襯板安裝具有以下的特點：①蝸殼襯板只能采用大壩纜機進行分塊吊裝，吊裝和協調難度大。②蝸殼襯板安裝全部為露天施工，因外形尺寸大，防風防雨難度大。③蝸殼焊縫探傷采用MT檢測。④蝸殼襯板安裝與土建混凝土澆筑交叉進行，對工程進度影響大。⑤蝸殼外側襯板與邊墻距離較遠，加固難度大。

本電站蝸殼為不對稱T形斷面蝸殼，包角215°，蝸殼進口采用單中墩，蝸殼進口平面最大凈寬度為19.895m（含一個寬度均為3.5m的中墩）。所有中墩的尾部均有金屬護板，高度方向全襯，Q235C鋼板里襯厚度為于18mm，單臺機組蝸殼鋼襯總重量約210.2t。

2.蝸殼襯板安裝

蝸殼襯板分為底襯板、外側襯板、頂襯板，安裝時與土建二期混凝土澆筑交叉進行。部分高程鋼筋網綁扎完成后，利用25t纜機將該高程段襯板吊入機坑進行調整加固，焊接完成后進行襯板位置、高程復測，加固情況檢查，合格后進行該高程混凝土澆筑，按照此方式進行逐層安裝。

2.1襯板安裝順序：根據土建施工進度先進行底襯安裝，再進行側襯安裝，待轉輪室、座環安裝完成后進行底襯圓弧段安裝，蝸殼內承重腳手架搭設完成后進行頂襯安裝。

2.2底襯安裝：底襯安裝從下到上：水平段-曲面段-圓錐段-圓弧段。底襯板安裝在土建鋼筋網綁扎完成后進行，現場在適當位置測放出4個軸線點與2個高程點，檢查鋼筋網上平面與豎立筋高程，不得高于襯板底部錨桿。安裝前對已標記的軸線點進行復測，無誤后按照設計圖紙進行底部支撐槽鋼安裝。再進行底襯板水平段定位節安裝，水平段以圖1所示的+X方向13#為定位節，調整13#板的高程、方位、水平度等符合設計規范要求后進行加固，再依次進行水平段其他襯板的安裝。在襯板底部設置臨時千斤頂進行高程與水平調整，利用手拉葫蘆牽引進行襯板方位調整，調整到對口間隙0-3mm，錯牙不大于2mm，相鄰襯板間點焊牢固，第3塊安裝完成后進行前兩塊之間焊縫焊接，底襯安裝同時可進行蝸形曲面段襯板的安裝工作。進口處中墩護頭與底襯2#、3#、8#相互影響，需現場進行襯板配割，配割時先用扁鋼延護頭端部進行彎曲成型，再將2#、3#、8#襯板連接，根據測量數據將扁鋼準確放置于襯板上劃線切割。

蝸形曲面段共21塊板節，測放出蝸形曲面段第一板節上下兩斷面方位、高程基準點，吊裝第一板節，調整板節高程、外圓端點里程偏差符合設計要求，將上游斷面與水平段13#塊點焊固定，吊裝第二塊曲面板節，調整板節高程、外圓端點里程偏差符合設計要求，與第二塊曲面板節點焊，按順時針方向依次安裝剩余板節，其中湊合節段最后進行吊裝配割調整。

進口曲面段、內側圓錐段襯板與外側襯板可同時安裝。

內側圓錐段：下襯板內側圓錐段由21塊不同板節拼裝而成，如圖1所示+X、-Y間與-X、-Y間45°方向板節為湊合節，進水側預留100mm余量，工地安裝時配割。先測放出定位節方位（+X偏移+Y夾角52.5°方向）與基準高程點，方位采用懸掛鋼琴線方式控制，高程點布置2個，在安裝過程中互相校核。首先吊裝定位節（圖1所示），調整方位滿足圖紙設計要求，根據板節尺寸與機組徑向角度偏差（75°），算出定位節上端部高程，采用手拉葫蘆、千斤頂調整其頂部高程滿足要求，調整完成后將板節與底部預埋槽鋼加固牢靠，并與鋼筋網焊接。按順時針方向吊裝相鄰板節，調整襯板頂部高程滿足要求，同時檢查相鄰板節搭接處方位是否滿足要求（方位與+X方向偏移30°角）；同理，測放出其余板節方位高程后進行安裝（最后進行湊合節段的下料、吊裝、調整），調整方位滿足圖紙要求，整圈高程偏差滿足圖紙及設計要求，上端過流面中心偏差滿足圖紙設計要求。

進口曲面段安裝：下襯板進口曲面段由36塊不同板節拼裝而成。根據圓錐段定位節（圖1所示3-1）邊線方位，吊裝定位進口曲面段第1節（即編號4-1板節），方位調整完成后吊裝第2板節，調整2#與1#板節過流面錯牙滿足圖紙設計要求，點焊之間焊縫，縱縫先不進行焊接，待3#板節吊裝完成后調整2#與3#板節錯牙，同時，調整3#板節高程、中心滿足圖紙設計要求，調整完成后對上端面進行固定，焊接1#-3#管節環縫與縱縫，焊接完成后復測3#板節高程、方位及中心尺寸。依次吊裝剩余板節，調整24#-36#板節中心、方位及高程并可靠加固。

圓弧段安裝：座環安裝調整完成后進行圓弧段襯板安裝。圓弧段由24塊板節拼裝而成，其中蝸殼大小頭銜接處兩塊現場配割。設備到貨后檢查每塊圓弧段弦距是否滿足要求（設計弦距509mm）。安裝前檢查進口曲面段與圓錐段上段口高程是否滿足要求，同時復查座環過流面水平度，滿足要求后按照設計圖紙測放出與+X方向夾角1°位置，吊裝定位節第1節（如圖1偏移+X夾角1°），調整高程、方位滿足圖紙及規范要求，根據現場安裝實際情況順序吊裝剩余板節，現場可根據實際安裝情況順時針或逆時針進行圓弧段安裝焊接。

2.3外側襯板安裝：外側襯板安裝根據土建混凝土澆筑高度分層安裝。側襯板總高11060mm，分5層安裝。襯板最大2.2m一層，現場混凝土澆筑2.0m一層。安裝順序從上游側開始往下游側，先測放出第一層上游側首節的方位高程后進行吊裝調整作為定位節，依次安裝其余板節，調整完成后將板節與側面鋼筋網連接加固，第一層安裝焊接完成后進行底板第一層混凝土澆筑，收倉時在外側安裝適量插筋用于第二層側襯板加固。隨混凝土澆筑情況逐層安裝蝸殼外側襯板。

2.4上襯板安裝：待座環安裝完成驗收合格，蝸殼內承重腳手架搭設完成、腳手架頂托高程與水平度調整合格后，進行蝸殼上襯板（即頂襯）安裝。上襯板分水平段、外圍曲面段、中間圓錐段及內圈圓弧段，其中水平段由21塊14種不同型號鋼板拼接而成，外圍曲面段由20塊不同型號鋼板拼接而成，中間圓錐段由24塊17種不同型號鋼板拼接而成，-Y偏-X 45°方向（圖3陰影部分）為湊合節；內圈圓弧段由25塊3種不同型號鋼板拼接而成，湊合節在進水側一邊均預留100mm余量，安裝時現場配割；蝸殼大小頭銜接處現場安裝時配割。

頂襯板安裝順序、方法與底襯相同：水平段-曲面段-圓弧段-圓錐段。

水平段安裝：由測量人員測放出水平段1#板節（圖3中1-1）基準點，吊裝1#板節，利用支撐腳手架頂托調整高程、手拉葫蘆調整方位，符合圖紙及設計要求后與側襯板點焊，之后依次吊裝剩余板節，蝸殼中墩護頭前端穿過2#、3#、8#號板節，故2#、3#、8#板節最后吊裝，現場配割調整。

曲面段安裝：測放出曲面段第一板節2-1方位、高程基準點，吊裝2-1板節，調整板節高程、外圓端點里程偏差符合設計要求，將上游進水側斷面與相鄰水平段（1-19#、1-20#、1-21#板節）點焊固定，按照順時針順序依次安裝剩余板節，調整板節高程、外圓端點里程偏差符合設計要求，2-2調整完成后點焊2-2上游斷面，同時進行2-1上游斷面焊縫焊接工作，減少焊縫累計收縮偏差，依次吊裝調整、焊接剩余板節，其中，湊合節段最后吊裝配割調整。

頂襯圓錐段安裝完成后進行圓弧段安裝，安裝方法與底襯圓錐段、圓弧段相同。

JC水電站蝸殼襯板安裝焊接與二期混凝土澆筑穿插進行，襯板安裝完成后務必加固牢靠，防止澆筑變形，澆筑過程中密切監測蝸殼襯板形變程度，及時反饋，以調整澆筑位置與速度。

3.安裝注意事項

此類型蝸殼設計適用于低水頭電站，安裝注意事項如下：

（1）尺寸控制

根據設計圖紙定位安裝基準點，采用高精度全站儀進行測量放點工作，安裝過程中宜多增加加固支撐，防止澆筑變形；

（2）安裝順序

根據現場施工條件，蝸殼鋼襯安裝順序成為一個主要控制項目，JC電站采用分層安裝，分層澆筑方式，能更好的提供澆筑監測變形基準點，同時方便隨時進行變形調整，能更好的對安裝質量進行把控。

（3）焊接變形控制

JC水電站位于高海拔地區，早晚溫差大，蝸殼鋼襯厚度為18mm，熱應力集中及環境溫度變化易產生形變，宜采用對稱分段退步焊接，采取過程變形監測，同時對焊接環境采取防風防雨措施，確保焊接質量。

4.結語

JC水電站到目前為止，已完成安裝的水輪機蝸殼襯板質量全部達到優良標準，混凝土澆筑過程中蝸殼襯板位移形變未超標。在1號機蝸殼安裝前，制定了切實可行的安裝焊接工藝，減少了與廠房土建施工的相互干擾，確保了機坑混凝土澆筑至發電機層的節點目標。

參考文獻

[1]中國標準出版社.GB/T8564-2003 水輪發電機組安裝技術規范.北京.2004

[2]水利水電出版社.水輪機.北京 季盛林，劉國柱主編1985

[3]電力行業職業技能鑒定指導中心.水輪發電機安裝第2版.中國電力出版社，2013.

作者簡介：張森（1990-），男，云南曲靖人，助理工程師，學士，從事水電工程機電設備安裝技術與管理工作.

（作者單位：中國葛洲壩集團機電建設有限公司）