白鶴灘1 000 MW 水輪機蝸殼安裝施工工藝

李 秘，董鐘明，周玉國，幸紹凱

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 前言

白鶴灘水電站位于云南、四川界河河段，右岸隸屬云南省巧家縣，左岸隸屬四川省寧南縣，是金沙江下游四座世界級巨型梯級水電站——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的第二級，其裝機規模世界第二大、在建規模世界第一。白鶴灘電站為單機容量100 萬kW 居世界第一，這是我國首次全部采用國產（技術研發制造）的百萬千瓦級水輪發電機組。

該機組埋件蝸殼采用800 MPa 級調質低合金高強度結構鋼，這是當前水電站機組埋件批量應用最高級別的結構鋼。機組蝸殼在制造安裝焊接過程中易產生焊接冷裂紋，最大板厚達到97 mm，屈服強度大于690 MPa，抗拉強度大于780 MPa，斷后伸長率≥15%，在零下40℃沖擊功≥100 J。下面我們詳細研究探討一下蝸殼的掛裝、調整、焊接等施工工藝以及安裝質量控制要點。

2 蝸殼安裝

蝸殼的掛裝工作應在蝸殼制造完工，拼裝驗收合格、座環安裝合格后方可進行。

2.1 安裝準備

（1）熟悉圖紙及制造廠提供的技術資料，了解設備的結構特點及安裝工藝要求，結合現場實際，編制施工技術措施、安全防護措施和質量控制措施。

（2）安裝工器具已準備到位。

（3）蝸殼基礎埋件已安裝完成，基礎板、支墩等混泥土強度已滿足要求。

（4）對到貨的蝸殼各管節（湊合節為瓦片到貨）的斷面尺寸、開口尺寸、周長、圓度、腰線距離等進行檢查測量。

（5）參照蝸殼裝焊圖，以座環上的X、Y 基準線標記為基準，用經緯儀或全站儀在座環上、下過渡板以及周圍混凝土上分別放出蝸殼各節掛裝用的斷面標記點、最遠點，并作出清晰的標記來作為蝸殼掛裝的基準。

（6）將蝸殼底部和腰線處支撐用的鋼管、千斤頂及千斤頂墊板清理干凈，并按蝸殼座環地基圖放置在相應的基礎板上，并使千斤頂墊板頂面高程低約3～5 mm。

2.2 蝸殼掛裝

蝸殼由定位節、普通管節和湊合節組成，定位管節起定位作用，安裝時以定位管節為基礎，從兩端分別進行安裝，通過湊合節連成整體，如圖1 所示，按1 →2 →3 掛裝順序及方向掛裝。湊合節采用瓦片形式掛裝，在現場進行修割壓縫。

2.2.1 蝸殼定位節掛裝

分別吊裝3 節定位節，根據定位節位置，將定位節開口與座環上過渡板上標記對應，用座環上過渡板上的擋塊將蝸殼拖住，緩慢落鉤，讓蝸殼下滑，底板向座環下過渡板靠攏，落在座環下過渡板上的擋塊上，用蝸殼遠點的支撐、蝸殼底板支撐臨時支撐固定蝸殼定位節，調整定位節與座環過渡板縱縫錯牙和間隙、定位節進水邊和出水邊的垂直平面度、腰線高程、最遠點到機組中心線的距離及最遠點基準的偏差等滿足圖紙技術要求，并記錄測量數據，實行驗收制度。定位節調整合格后，將相應的調整旋套、拉緊器點焊固定，將相應的千斤頂點焊固定。

圖1 蝸殼安裝順序示意圖

圖2 定位節掛裝示意圖

圖3 定位節現場安裝圖

2.2.2 蝸殼普通管節掛裝

蝸殼定位節調整驗收完畢后，分別以3 節定位節為基準，分3 個工作面繼續掛裝蝸殼普通管節，掛裝順序如圖1 所示，按1 →2 →3 掛裝順序及方向掛裝普通管節，掛裝方法可按照定位節的掛裝方法實施。定位節安裝后最多連續掛裝調整3 節普通管節，即進行環縫的焊接。焊接結束后，進行下3 節的掛裝調整。

蝸殼掛裝時應注意座環的受力平衡、盡量采用中心對稱掛裝蝸殼，并在蝸殼掛裝過程中及時的安裝上相應的蝸殼支撐以將蝸殼的重量盡量轉移到蝸殼支撐上。同時，在蝸殼的掛裝、調整過程中應監視座環的水平，蝸殼環縫的調整順序應與蝸殼的掛裝順序一致（見圖4）。

圖4 蝸殼普通管節掛裝

2.2.3 蝸殼湊合管節配割掛裝

所有普通管節吊裝完畢后進行湊合節瓦片配割，配割采用實測劃線的方式進行：1）先測量與湊合節相鄰兩斷面腰線位置坡口鈍邊線的間距L0，然后從腰線向上、向下弧長間隔200 mm 測量兩截面的間距L，并做記錄。2）根據上述實際測量尺寸，劃出該湊合節的斷面配割線。如圖7 所示：從腰線開始以該瓦片中心線對稱劃出斷面⑤和⑥間距L0線和L線，然后將其端點圓滑連接，做出斷面⑤和斷面⑥配割線。3）采用半自動火焰氣割機按照蝸殼湊合節斷面配割線件配割，配割后對湊合節進行試裝，試裝合格后按照圖紙要求配割坡口，并打磨完全露出金屬光澤，坡口表面進行MT 或PT 無損探傷檢測。

3 蝸殼的焊接

蝸殼掛裝焊接采用“兩環一蝶”的方式進行，即采用邊掛裝邊焊接邊探傷的施工方式進行。

3.1 蝸殼焊接要求

圖5 蝸殼安裝圖

圖6 蝸殼安裝示意圖

圖7 湊和節斷面配割示意圖

800 MPa 級調質低合金高強度結構鋼對焊接要求極高，焊接時需注意以下事項：①蝸殼襯板上焊接臨時加強筋板、支撐筋板等臨時構件時，其材料必須與蝸殼材質保持一致，否則應采用與焊接蝸売襯板同類型焊接材料堆焊（厚度不小于4 mm）過渡，之后才能焊接此類異質臨時構件；②線能量、預熱溫度及層間溫度控制：焊接線能量一般控制范圍： 20 kJ/cm～30 kJ/cm，線能量控制得好壞直接決定蝸殼焊接質量，層間預熱溫度控制在120 ℃左右，層間溫度控制在200℃左右；③不允許在坡口以外的金屬表面引弧，在坡口以外的母材表面引弧、或有電弧劃傷，應打磨清除，并進行MT 無損探傷檢測。必要時，進行焊接修復；④所有焊縫按ASME 相關標準進行100%UT+100%MT/PT 探傷檢查；⑤所有縱縫、蝸殼與壓力鋼管連接環縫、“T”型焊縫（縱環縫相交300 mm 范圍內），進行100%TOFD 檢查。

3.2 蝸殼環縫焊接

蝸殼掛裝驗收合格后，首先焊接蝸殼環縫，每條環縫焊接順序，如圖8 所示。每一環縫可由4 名焊工分別在1 象限、II 象限、III 象限和Ⅳ象限按照圖示的焊接順序進行焊接。焊接采用疊焊、多層、多道、分段退步焊接方式進行焊接，每段焊縫長300～400 mm。

圖8 環縫焊接順序

3.3 蝸殼湊合節焊接

湊合節焊接，首先焊接湊合節瓦塊間的縱縫，然后焊接其中一條環縫，最后焊接另一條環縫。

3.4 蝸殼與坐環過渡板的焊接

焊接時采用分段退步焊接，保持焊接速度一致，焊接順序如圖9 所示，蝸殼與過渡板焊縫的焊接宜連續進行直至焊完，不宜間斷。

圖9 蝸殼與坐環過渡板焊接

4 蝸殼和座環的定位尺寸檢查

蝸殼掛裝焊接完成后，復測座環中心、方位、高程、水平及圓度應滿足圖紙技術要求。蝸殼焊接完成及座環復測合格后，將蝸殼及座環所有的拉緊器、拉錨、千斤頂/千斤頂墊板、支撐鋼管等按圖紙要求進行焊接固定，嚴禁千斤頂墊板與蝸殼進行焊接。

5 結語

白鶴灘水電站1 000 MW 水輪機發電機組在世界水電行業屬于無人區，蝸殼作為重要的過流部件，承受高水壓、大流量、水壓變化大等問題。對白鶴灘水電站1 000 MW 水輪機發電機組蝸殼安裝施工工藝進行研究、總結，不僅可以推動白鶴灘水電站機組蝸殼安裝質量水平的全面提升，同時可以為未來安裝超高水頭、超大容量水電機組的水電站開發，以及提高國內水電行業競爭力，走出國門開發大型水電站，奠定堅實的技術基礎。