苗尾電站水輪機筒閥安裝工藝研究

付有泰

（中國水利水電第十四工程局有限公司苗尾電站機電安裝項目部，云南 昆明650032）

1 概述

苗尾水電站位于云南省大理州云龍縣舊州鎮苗尾村附近瀾滄江河段上，上游與大華橋水電站銜接，下游為功果橋水電站，電站為明廠房結構，裝有4臺單機容量為350 MW的水輪發電機組，總裝機容量為1 400 MW，最大壩高131.30 m，最大水頭104.6 m，額定水頭93.0 m。

2 苗尾水電站筒閥結構特點

水輪機筒閥由筒體、筒閥接力器、筒閥上下密封、筒閥導向條組成，筒體外徑Φ8 935 mm，高2 035 mm，壁厚140 mm，由2瓣組成，總重61.462 t，每個組合面有3顆Φ40錐銷定位，2顆軸向定位，1顆徑向定位。然后用24顆M48 mm的特殊螺栓將兩瓣筒體把合成整圓，筒體上均勻布置6個M56 mm螺孔，用于筒體的吊裝與鎖定。筒閥在關閉位置可以截斷導水機構與座環之間的水流通道，筒閥在開啟位置時，提升至座環與頂蓋之間形成的空間內，筒閥分手動和自動，電液控制系統引入機組的啟動和停機程序中，正常運行時，筒閥在導水機構關閉機組停機后再關閉，開機時，筒閥在導水機構打開前開啟。

筒閥下密封安裝在底環上，筒閥上密封安裝在頂蓋上，筒閥接力器提升桿采用埋入式與筒體連接，超級螺母布置在筒體上開設的窗口內，筒閥接力器安裝完成后，窗口外側用不銹鋼板焊接封堵，窗口內側敞開，方便接力器事故檢修。筒閥接力器下缸蓋與頂蓋之間設有墊環，便于接力器與頂蓋不垂直時直接修磨墊環調整其垂直度，接力器提升桿與筒體接觸面也設有墊環，便于調整筒體與提升桿的垂直度，同時增加了接觸面積，減少了擠壓力。

3 筒體組裝焊接

3.1 筒體的組裝

在安裝間筒體組裝工位布置1個組裝平臺，平臺由8個高300 mm的鋼支墩沿直徑為Φ8 935 mm分布圓均勻布置，筒體組合縫處兩邊各設置1個支墩。在鋼支墩上成對布置楔子板，用水準儀測量楔子板高程應控制在1 mm以內，在楔子板上放置同一厚度（0.5 mm）的銅皮以保護筒體密封面，將分瓣筒體運輸至卸貨間，依次吊放在事先布置好的鋼支墩上，拆下分瓣面的法蘭和筒體運輸支撐，將分瓣筒體把合面、螺栓孔、把合螺栓以及銷釘等徹底清洗干凈，用刀口尺檢查，去除把合面的高點、毛刺。將分瓣筒體緩慢靠近直至組合面約50 mm時，穿入筒體把合螺栓，通過旋緊螺栓逐步將分瓣筒體把合在一起，并初步把緊螺栓，檢查筒體組合面及銷孔的錯牙，滿足要求后，按圖裝入筒體分瓣面銷釘，銷釘應低于筒體表面3 mm，最后采用廠家提供的專用工具分2次預緊把合螺栓，確保力矩滿足設計要求，螺栓預緊時應從中間向兩端展開。

3.2 筒體水平、圓度測量調整

用水準儀配測微儀測量筒體上平面水平度，測點盡可能布置在頂蓋限位塊和接力器連接位置，在筒體下平面布置6個液壓千斤頂配合調整水平，確保整圈水平度控制在0.30 mm以內，用框式水平儀校核應控制在0.04 mm/m以內，調整完成后，檢查筒體上、下密封面的平面度，平面度應控制在0.30 mm以內，水平度調整滿足要求后，用內徑千分尺測量筒體圓度，圓度應控制在3 mm以內，因筒閥屬薄壁大型結構件，運輸、吊裝過程中難免會造成一定變形，圓度不滿足要求時可采用廠家提供的調整支架對圓度進行相應的調整，必要時可對焊接位置的選擇和焊接順序通過焊接變形來調控筒體的圓度。

3.3 筒體焊接

將焊接部位及區域50 mm以內清理打磨干凈，直至露出金屬光澤，嚴格按照廠家工藝要求預熱至80℃，焊接采用多層、多道、對稱、分段、退步的焊接方法。焊接前在合縫位置加焊U型“騎馬板”加固，同時在筒體組合縫內外兩側架設百分表對焊接變形進行全過程監測，以便及時調整焊接位置和焊接順序，騎馬板焊接及百分表監測如圖1所示。

圖1 騎馬板焊接示意圖及焊接變形監測

筒體組合焊縫上平面往下約220 mm一段為不銹鋼，筒體下平面組合焊縫為不銹鋼，如圖2所示A、B、C 3個部位為不銹鋼與碳鋼焊接交接區域，焊接時采用不銹鋼焊材（GB E309 Mol-16）焊接5 mm過渡段，其余部位采用普通焊材（GB 5015）進行焊接，過渡段焊接如圖2所示。

圖2 不銹鋼過渡焊接區域

筒體焊接完成后進行把合孔封堵板的焊接，焊接時為間隔分段焊，全部焊接完成后，將所有焊縫打磨平滑，進行UT和PT檢測。

4 筒體與頂蓋套裝

在筒體內側沿圓周方向均勻布置8個高1200 mm的鋼性支墩，保證頂蓋法蘭面與筒體上平面應有至少1 000 mm的距離，每個鋼支墩上放一對楔子板并調整其水平度控制在0.5 mm以內，在楔子板上放置同等厚度（0.5 mm）的銅皮以保護頂蓋抗磨面。將組裝成整體的頂蓋吊放筒體內側的鋼支墩上，吊放的過程中調整頂蓋的方位及中心，使頂蓋上的操作桿通孔與筒閥上的接力器提升桿孔基本同心，頂蓋吊裝就位后精調頂蓋水平使其控制在0.20 mm以內，同時安裝筒閥提升螺桿，精調頂蓋與筒閥的同心度，同心度應控制在0.50 mm以內。

5 筒閥接力器安裝

頂蓋筒閥套裝完成后，進行筒閥接力器的安裝，將筒閥接力器運輸至現場后，在油壓6.3 MPa下進行密封滲漏試驗、串油試驗，接力器應動作靈活、不發卡，缸體間的漏油量不超過0.04 L/min，過程中測量接力器行程，偏差應在1 mm以內，試驗結束后拆除接力器墊環密封。

用磨光機將頂蓋上平面安裝墊環的位置清理干凈，將試驗合格的接力器逐個吊放在頂蓋上，緩慢將筒閥接力器逐個與筒體連接，初步預緊超級螺母，采用掛鋼琴線的方法測量活塞桿的垂直度，垂直度應控制在0.10 mm/m，否則應拆下接力器墊環，根據垂直度數據對接力器墊環進行修磨。修磨量計算如圖3所示。

已知墊環半徑D，活塞桿垂直度A，活塞桿長度M，計算修磨量X，采用相似三角形原理：A/M=X/D→X=A×D/M，計算出X后，根據計算值拆下墊環進行修磨，修磨時用刀口尺對平面度檢查，用外徑千分尺測量修磨量，修磨完成后重復安裝步驟，同時用0.02 mm塞尺檢查筒體與提升桿墊環處無間隙，再次測量接力器活塞桿垂直度，垂直度滿足設計要求，將接力器墊環點焊固定。

圖3 修磨量計算圖

拆除接力器超級螺栓，進行接力器墊環焊接，焊接時才用分段、對稱、退步的焊接工藝，先焊接外側，再焊接內側，焊接過程中用百分表成90°方向對焊接變形進行監測，使焊接變形有利于接力器提升桿垂直度更優的方向進行，焊接完成后將焊縫打磨光滑，進行表面PT探傷和煤油滲漏試驗，確保焊縫無滲漏。

然后將接力器拆除，檢查墊環平面度，必要時可進行修磨，平面度檢查合格后，安裝墊環密封，重復接力器安裝步驟，將接力器把緊在墊環上，采用掛鋼琴線的方法再次測量接力器提升桿垂直度，垂直度應控制在0.10 mm以內，垂直度滿足要求后按圖安裝超級螺栓、超級螺母，并用力矩扳手擰緊，再次檢查接力器提升桿垂直度。各項指標滿足要求后，接入壓泵進行動作試驗，動作過程中對其同步性進行監測，升降均勻度應控制在5 mm以內，整個過程筒閥接力器應動作靈活、不發卡。

結束后按照圖紙要求依次焊接各個窗口封堵板，并將焊縫打磨光滑進行UT和PT檢測。

6 筒閥導軌安裝焊接

采用掛鋼琴線的方法測量筒體外表面12個導向條垂直度，垂直度應控制在0.10 mm以內。同時測量座環固定導葉垂直度，導水機構預裝前對固定導葉導向條的平面度和垂直度進行初步修磨。導水機構預裝時，頂蓋中心方位及同心度確定后，測量筒體外側青銅導向條與座環固定導葉的間隙，測量時筒體均勻起落3次，測量3次，取其平均值作為最終的間隙值，并根據該值計算出各導向條的厚度，導向條焊接完成后筒體與固定導葉之間的間隙為1.0～1.2 mm。

將加工后的導向條按照固定導葉編號做出相應的標記，安裝時按圖將座環固定導葉尾部進行氣割打磨處理，導水機構預裝完成后，用自制的楔子工具將加工合格的導向條按照編號安裝在對應的固定導葉上，用0.03 mm檢查固定導葉與導向條之間的間隙，不得通過，然后將導向條點焊固定，焊角為5 mm，每個焊點長度不小于10 mm，兩側點焊間距控制在300 mm左右，點焊完成后拆除楔子工具。

導向條焊接時采用2個人對稱、同步、分段、退步、窄道的焊接工藝，焊接完成后按導葉翼型打磨光滑過渡，并進行表面PT檢測，采用掛鋼琴線的方法測量導向條的垂直度，應控制在0.08 mm以內，用塞尺配合平尺檢查導向條的平面度，對局部高低點進行修磨，導向條安裝焊接及修磨過程中一定要將活動導葉端面保護好，避免鐵屑等渣子掉入。導水機構正式安裝時，頂蓋安裝就位并對稱初步把緊部分把合螺栓，接入壓泵將筒體緩慢分段下落，過程中安排專人測量筒體下落，同步性應控制在2 mm以內，分段測量座環導向條與筒體導向條之間的間隙值應在1.0～1.2 mm，必要時進行修磨，間隙檢查滿足要求后，把緊頂蓋與座環把合螺栓進行筒閥油管路的安裝，最后按照廠家設計圖紙安裝筒閥上、下密封。

7 筒閥動作試驗

上述工作全部完成，同時筒形閥油管路安裝完成，油壓裝置建壓后，進行筒閥的無水調試試驗，筒閥應整體動作靈活、不發卡，再次測量固定導葉導向條與筒體之間的間隙應滿足廠家設計要求。

8 結束語

至2018年3月苗尾電站4臺套350 MW水輪發電機組全部投產發電，圓筒閥安裝調試各項質量指標均達到優良標準，隨著國內高水頭巨型水電站的不斷開工建設，水輪機筒閥在水電站的運用優點將更加突出，這里認真總結了苗尾水電站筒形閥的安裝工藝，其成功的工藝措施可對同類工程提供技術支持。