兩河口水電站大型蝸殼安裝技術

周恭劍

（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 概述

兩河口水電站蝸殼采用鋼板焊接結構，材質為HD610CF高強度鋼，整套蝸殼分為進口延伸段和蝸殼本體兩部分。蝸殼進口內徑5.9 m，共25個管節組成，其中有16節由于運輸問題，是瓦塊到貨，在工地進行拼裝。在金結廠拼裝后運往工地現場安裝。蝸殼最小板厚40 mm，最大板厚80 mm，共8種規格；每臺套蝸殼總重324.8 t。本電站蝸殼進人門設置在蝸殼第14節。蝸殼設置1個DN400的液壓針型排水閥。在蝸殼延伸段第23節設置4個進口壓力測點和2個壓力脈動測點，在中間管節第5節設置4個蝸殼差壓流量測點，在蝸殼第20節設置2個蝸殼末端壓力測點，來監測蝸殼流量及壓力。

2 施工平臺布置

為快速安裝蝸殼各管節，確保蝸殼掛裝、焊接、支撐割除、水壓試驗等各工序的質量和安全，在座環上下環板面搭設上下施工平臺，上平臺上放置溫控儀設備和部分焊機，下平臺主要布置焊機、軸流風機、空壓機等設備。

3 蝸殼掛裝

3.1 單節蝸殼掛裝

蝸殼掛裝前將坡口及兩側50 mm范圍內進行打磨、除去油漆、污物、銹跡等，并標出管節的腰線，測量其進、出管口的周長；根據蝸殼各節方位角度計算出測量點線圖，在機坑內用全站儀測放到地面上，作永久標記，作為蝸殼掛裝測量控制點，并懸掛座環中心線；在座環過渡板相應位置上焊接蝸殼管節掛裝擋塊；蝸殼掛裝設置3個定位節和2個湊合節。先掛裝定位節、再掛裝其余各節，最后掛裝2個湊合節。蝸殼掛裝要對稱進行，確保座環受力的平衡性。掛裝順序如圖1所示。

圖1 蝸殼掛裝順序示意圖

3.2 定位節掛裝

定位節掛裝程序：檢查基礎環及座環上的過渡板及蝸殼管節的開口尺寸→掛裝→調整→支撐固定→驗收；蝸殼定位節吊裝到位后，用千斤頂、拉緊器來調整其位置，用水平儀、鋼卷尺、線錘來檢測管口的方位、管口垂直度、最遠點半徑、高程，檢測合格后，在定位節外緣用千斤頂支撐，并用拉緊器固定，在適當位置還要增加臨時支撐（千斤頂或型鋼），每2節蝸殼加固1次。

圖2 單節蝸殼掛裝示意圖

3.3 蝸殼其他管節掛裝

其他管節掛裝：掛裝→調整→支撐固定→驗收；定位節掛裝合格后，按蝸殼掛裝順序依此掛裝其他蝸殼管節，每個方向掛裝的管節數量將根據所掛的蝸殼重量加以控制和調整；同時按要求支撐、調整與定位節相鄰的管節及焊縫的錯牙與間隙。合格后，點焊蝸殼環縫及與過渡板之間的焊縫，點焊適宜在背縫側，點焊時采用火焰或加熱板預熱；每個掛裝方向調整好兩條環縫后開始焊接第一條環縫。采取邊掛邊焊接的方式依次安裝其他管節。

3.4 蝸殼湊合節安裝

其他管節安裝、焊接完成后，在蝸殼與座環過渡段焊接前，進行湊合節的安裝。湊合節安裝程序：測量→配割→掛裝→預熱→焊接（先縱縫后環縫），湊合節在現場進行配割，瓦塊吊裝前，測量所有瓦塊的幾何尺寸及湊合節安裝位置的尺寸，確定切割位置及余量。

先吊裝底部瓦塊、后掛腰部瓦塊、最后掛裝頂部瓦塊。根據所測量數據并考慮焊縫湊合節兩側的焊縫間隙對瓦塊進行劃線切割，切割采用全位置切割機進行。切割完畢后，將瓦塊坡口用角磨機打磨出金屬光澤。湊合節掛裝時，先將底部瓦塊吊裝調整到位，點焊瓦塊，然后吊裝腰部瓦塊進行安裝，最后吊裝頂部瓦塊進行安裝（或根據測量數據將各湊合瓦塊預先拼裝成管節后進行整體掛裝，管節15湊合節為整節到貨，整體配割）。湊合節掛裝順序如圖3所示。

圖3 湊合節掛裝順序示意圖

3.5 蝸殼延伸段安裝

延伸段安裝：掛裝→壓縫→焊接→打磨→補焊→探傷；蝸殼延伸段掛裝時，校核壓力鋼管理論安裝中心。在壓力鋼管未安裝前以壓力鋼管理論中心和蝸殼定位節出口實際中心連線作為湊合節安裝的中心控制線，在壓力鋼管安裝后以壓力鋼管和蝸殼定位節出口實際中心線作為湊合節安裝的中心控制線。

4 蝸殼焊接

4.1 焊接要求

1）焊條必須按照焊條說明書上要求的溫度和時間進行烘干、保溫。焊條烘干后放入100～150℃焊條保溫箱內，隨用隨取。

2）焊前再次檢查焊接坡口及其周圍20 mm范圍內應無氧化層、熔渣、銹蝕、油污和油漆等可能影響焊接質量的雜質。

3）對焊接需要預熱的部位，焊接前采用局部預熱的辦法，局部預熱范圍為焊縫兩側150 mm，各部位焊縫焊接完成后，應立即加熱升溫至200～250℃，后熱保溫2 h，其隨后緩慢冷卻至室溫，溫降≤50℃/h。

4）對于接頭處間隙超過3 mm的，需對坡口進行堆焊。允許對間隙過大的接頭處在背面加墊板，但必須保證所加墊板的材質與母材相同。墊板處的焊縫在正面焊縫完成后，將背面的墊板清除，打磨，焊縫經目測檢查和“丁”字接頭部位經PT或MT探傷合格后，進行封底焊接。

5）焊接過程中除底層、表層焊縫不進行錘擊外，對其余各層焊縫逐層進行錘擊，減少殘余應力。焊接過程中上下層焊縫的接頭處要錯開30～50 mm，焊道寬度不大于焊條直徑的5倍。

6）蝸殼焊接前對各焊縫進行定位焊，定位焊應施焊于清根側，蝸殼定位焊預熱溫度比正式焊縫預熱溫度高20℃，定位焊長度為100～150 mm，間隔為300～500 mm，焊縫厚度 10～15 mm。定位焊的焊接順序與要求與正式焊接相同。

7）要求在打底焊縫焊接時使用直徑Φ3.2 mm焊條。其他各層焊縫可根據實際情況選用Φ3.2 mm焊條、Φ4.0 mm焊條。

8）去除各種拉板及附件時不應使用錘擊的方法，應用碳弧氣刨切割（或用氧-乙炔火焰切割），并留出約2～5 mm的余量后用手動砂輪機打磨，其表面進行MT或PT探傷檢查。

4.2 焊接材料、預熱溫度及層間溫度

蝸殼焊接材料為AWS E9015-G、焊縫預熱溫度為100℃～120℃，焊縫層間溫度≤220℃。焊縫預熱原則為每天施焊區域焊接前、未一次性焊接完成后再繼續焊接前。

4.3 焊接方式

現場焊接采用手工電弧焊。每條焊縫由4～8名焊工對稱、多層、多道焊接，每層、道均實施分段退步焊。在大坡口側焊滿坡口深度2/3后，背面清根，打磨，焊縫經目測檢查和“丁”字接頭部位經PT或MT探傷合格后，兩側交替對稱施焊。正面焊縫打底焊道采用φ3.2 mm焊條，其余的焊道全部采用φ4 mm的焊條焊接。環縫焊接順序如圖4所示，蝶形邊焊接順序如圖5所示。

圖4 蝸殼環縫焊接順序示意圖

圖5 蝸殼蝶形邊焊接順序示意圖

5 蝸殼焊縫質量檢查

5.1 焊縫外觀檢查

每道焊縫焊完后，焊工應逐層進行自檢，發現缺陷或焊縫尺寸不符合要求須及時進行處理，蝸殼焊縫外觀檢查及缺陷處理方式如表1所示。

表1 蝸殼焊縫外觀檢查及缺陷處理方式

5.2 焊縫探傷比例

現場焊縫打磨完成后，在焊接完成后24 h后進行MT或PT、UT、TOFD探傷檢查，對探傷不合格部位，用碳弧氣刨清除缺陷，打磨并做MT探傷，確認無缺陷后再施焊，焊接工藝要求同前述蝸殼焊接工藝。

蝸殼焊縫探傷比例：所有環縫10%UT、MT，所有縱縫、丁字接頭處焊縫100%TOFD。

5.3 焊縫防腐

現場焊縫經無損檢測、第三方抽查合格后，對焊縫進行清潔、打磨，使用廠家供貨的油漆和工藝要求進行底漆、中間漆、面漆的涂刷，完成后對漆膜厚度進行檢查。

6 結語

兩河口水電站是藏區一等大（1）型水電工程，地屬高原地區，地理環境十分復雜，對工程建設來說在施工技術上困難重重。蝸殼是水輪機的重要埋件之一，蝸殼安裝的質量直接影響整臺水輪發電機組的運行。項目部根據現場施工實際情況對蝸殼安裝進行精心策劃、科學管理，使得蝸殼安裝工作取得了工期短、質量高的良好效果，為水輪發電機組進行后續工序安裝奠定了良好的基礎。