淺談大中型水電站蝸殼快速安裝技術

毛永茂

中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業部 云南 昆明 650032

1 工程概述

小灣某大型水電站共裝設6臺單機額定容量為700 MW的機組，額定水頭216 m，額定轉速150rp m。每臺機蝸殼共有28個管節組成，除尾部2節隨座環到貨外，其余26個管節在工地采用國產ADB610D高強鋼板制造。蝸殼除湊合節分成3塊瓦片、2節蝸殼進口延伸段為整圓管節出廠外，其余“C”型管節組焊成單節后出廠。

蝸殼平面尺寸為23225 mm×21152 mm，進口端管口直徑為Φ6500 mm，板厚從鼻端30 mm漸變70 mm。蝸殼安裝中心高程為EL980.0075 m。蝸殼管節的裝配編號從＋X軸線起沿水流方向依次為1～24節(與斷面號一致)，進口管段沿水流方向依次為A、B、C、D(見圖1)。

圖1 蝸殼體形結構及掛裝順序圖

2 蝸殼掛裝技術實施要點

在進行蝸殼掛裝作業時，需要使用主廠房100t/32t橋機將蝸殼管節吊運到安裝位置。[1]為了確保整個吊運過程中蝸殼管節的平穩性，需要預先對蝸殼管節的重心位置進行精準的計算。在現場作業中，施工單位在焊接一個吊耳吊點的情況下即實現了蝸殼C管節吊裝過程的平衡控制，極大的提高了蝸殼掛裝的效率。

2.1 掛裝順序 蝸殼掛裝的第一步是對定位節進行確定，本次作業中主要有D管節、6#管節、13#管節以及22#管節四個，之后基于這四個定位節確定掛裝作業的順序，即如圖1所示。

2.2 定位節掛裝 在定位節掛裝過程中，應以機組的X、Y軸線作為參考基準，使用全站儀在座環上、下過渡板和混凝土地面上放出蝸殼各斷面掛裝的控制點，進行明顯標記。之后根據控制點將定位節調運到安裝位置，以低速與座環過渡板緩慢貼近，最后支撐在過渡板底面的焊接擋塊上。完成以上基礎準備后，使用掛線錘測定并調整進水邊管口的垂直平面度，使其偏差控制在5 mm以內。進而通過調整使水邊腰線的高程與固定導葉的中心平面保持一致，并使用全站儀測量保證其精度符合要求。之后對進水邊最遠點與機組中心線之間的距離進行調整，將偏差控制在12 mm以內。之后裝焊騎馬版、斜楔等調整工具對定位節與過渡板的間隙以及錯牙進行調整，前者維持在2～3mm，后者控制在2 mm以下。最后，對上過渡板進行調整，基于蝸殼的開口和高程對定位節進行起落和調整，完成和下過渡板的對接。[2]在確保各方面尺寸符合要求后，即可進行焊接定位。

2.3 其余管節掛裝 完成定位節的掛裝與驗收后，應根據預先確定的順序依次完成進、出水便其它管節的安裝作業。為了避免座環失去平衡，應根據掛裝后蝸殼的重量對各方向上掛裝管節的數量進行適當的調節。一般情況下，每側必須拼對完兩條環縫后才能進行第一條環縫的焊接。為了提高安裝效率，可以采用同步進行掛裝和焊接的方式。為了保障掛裝質量，作業人員應注意以下要求：一，在過渡板上標記出蝸殼各管節的分度線。二，在開始安裝前，要對管節和座環過渡板兩者的開口值進行復測，通過對比確定對裝縫間隙，并據此預留出焊縫間隙。三，對管節環縫及其相鄰管節周長進行測量，確定環縫錯牙。

2.4 延伸段安裝 在開始延伸段掛裝作業之前，要對壓力鋼管的安裝尺寸進行復測。安裝時應將壓力鋼管中心以及蝸殼C關節進水邊實際中心兩者的連線作為中心控制線。以逆水向先后完成管節C、B的安裝。在混凝土澆筑之后進行A管節和壓力鋼管湊合節的安裝。

3 焊接作業要點

在本次工程中，蝸殼安裝焊縫采用手工電弧焊接，焊接作業順序如下：管節環縫→湊合節縱縫→湊合節環縫和C、D段環縫→舌板焊縫→過渡板焊縫→延伸段環縫。在焊接作業開始前，要進行預熱，溫度為100～120℃，焊縫每側預熱寬度不僅要超出板厚的3倍，還要保持在100 mm以上。如表2所示為焊接工藝參數。

表2 焊接工藝參數一覽表

3.1 蝸殼環縫焊接 蝸殼環縫焊接作業應按照其掛裝作業的順序開展，具體如圖2所示。首先對正縫(大坡口一側)進行焊接，按分段對稱、多層多道、窄道焊的要求施焊。每層焊縫焊接前必須將上一層焊渣徹底清除干凈，層間接頭錯開30～50 mm。當正縫焊接至板厚的2/3時進行背縫碳弧氣刨清根，打磨光亮后進行干磁粉MT探傷，合格后進行背縫焊接，背縫蓋面完成后接著進行正縫的焊接直至完成蓋面。

圖2 蝸殼環縫焊接順序示意圖

3.2 過渡板焊縫焊接 蝸殼和座環上、下過渡板間焊縫的焊接作業應設置在所有環縫焊接作業之后，在焊接過程中，上、下過渡板均應由8名焊工同時開展作業，采用對稱分段退步焊接的方式。為了確保整個焊接作業能夠連續完成，應組織32名焊工分兩班輪換作業。在進行上過渡板的焊接中，應先進行非過流面的焊接，從過流面清根，下過渡板焊接則與之相反。此外，在焊接作業中還應加強對座環水平以及圓度變動的監測，根據實際情況對焊接順序進行靈活調整。

4 結語

本次工程中一共實施了六臺套水輪機蝸殼的安裝，相關掛裝和焊接工藝實施質量均達到預期效果。