周寧抽水蓄能電站座環蝸殼安裝工藝

鄭達煒，熊 妍

(1. 中國水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000； 2. 華電福新周寧抽水蓄能有限公司，福建 寧德 352100)

周寧抽水蓄能電站內安裝有4臺單機300 MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪發電機組[1]。機組采用金屬蝸殼，座環蝸殼分兩瓣運輸至廠房安裝間后，在廠房內進行組裝焊接。座環蝸殼的安裝工藝流程主要包括分瓣座環組裝、焊接，蝸殼瓦片掛裝、焊接，座環蝸殼吊裝、調整，蝸殼延伸段安裝，蝸殼水壓試驗，機坑里襯下段安裝和蝸殼保壓澆筑等流程[2]。

1 施工準備

座環混凝土支墩澆筑完成后，采用全站儀對座環蝸殼安裝基準線、蝸殼進口法蘭面安裝基準線、基準高程點進行測量放樣[3]。根據施工經驗，為了便于后續尾水錐管和球閥的安裝，座環安裝基準中心線和基準高程點放樣，應參考已安裝的尾水肘管和引水壓力鋼管中心線；中心線的線架須牢固、可靠，做好保護，設置警示標志；中心線使用0.3 mm的鋼琴線來設置，機組中心線和高程基準點相對于廠房的基準點誤差不應超過±1.0 mm。

2 施工工藝

2.1 座環組裝

分瓣座環蝸殼運抵安裝現場，首先應清理座環分瓣組合面和定位螺栓孔。使用起重設備將第一瓣的座環蝸殼吊放到鋼支墩上，使用精密水準儀測量座環法蘭面水平值，調整座環蝸殼法蘭面高低差在0.40 mm以內，并臨時加固；再將另一瓣的座環蝸殼吊起，完成座環蝸殼的整體組合[2]。

對稱擰緊定位螺栓和把合螺栓M64，檢查座環組合縫的間隙和錯牙，測量座環直徑和圓度。組合縫間隙應低于0.05 mm，局部間隙不應高于0.10 mm，周向水平不應高于0.4 mm，座環上膛口和下膛口直徑偏差要求為0～0.78 mm，座環圓度不應高于1.5 mm[4]。

2.2 座環焊接

分瓣座環的焊縫使用手工電弧焊接的方法來進行。座環上、下環板材質為S500Q-Z35，固定導葉材質為S500Q，均使用焊條J607RH焊接；下圍板材質為Q235B，下法蘭材質為Q345B，使用焊條J507焊接。施焊前，應對焊條進行烘烤，烘烤參數詳見表1。

表1 焊條烘烤參數

材質、規格、爐號、批號不同的焊材烘烤時用柵格隔開，并作好標識；烘烤溫度與恒溫時間不相同的焊條，不可以同爐烘烤；二次烘烤的焊條應做好標記與記錄，不得與新焊條同爐烘烤。烘烤后的焊條須保存在100～150℃的恒溫箱內，且在恒溫箱內的保管時間不得超過72 h，焊條藥皮應無脫落和明顯的裂紋[5]。施焊時，焊條放在保溫筒內，隨用隨取，焊條在保溫筒內的時間不得超過4 h；若超過4 h必須重新烘烤，且重復烘干的次數須符合表1的要求。

座環組合縫焊接前，采用履帶式陶瓷加熱器在焊縫兩側預熱，用紅外線測溫儀進行溫度監測，預熱溫度應從加熱板的反面測量，溫度測量點距焊縫坡口邊緣約為70 mm。各部位的焊前預熱溫度及焊接時的層間溫度要求詳見表2。

表2 焊前預熱溫度及焊接時層間溫度要求

當焊接中斷重新焊接時或分道退焊時用紅外線測溫儀測量層間溫度，發現層間溫度低于表2所示的溫度時，應對焊縫重新加熱[6]。層間溫度應在焊道上進行測量。座環上、下環板、過渡段焊縫在冷卻降溫前，應立即加熱升溫到200～250℃，保溫至少2 h，然后緩慢冷卻到室溫。

2.3 蝸殼掛裝

蝸殼湊合節瓦塊下料測量如圖1所示。

圖1 蝸殼湊合節瓦片下料測量圖

蝸殼湊合節割配好后，掛裝湊合節，并調整湊合節與相鄰蝸殼斷面環縫間隙、錯牙，裝配間隙控制在0～4 mm之間，上錯牙不大于2 mm，局部錯牙最大值應小于蝸殼板厚10%，間隙如達不到可做長焊處理。

為減少座環蝸殼在機坑安裝時間，蝸殼進口段環節也依次在安裝間進行掛裝及焊接。

2.4 蝸殼焊接

蝸殼湊合節焊接時先焊接進水口側的環縫，完成后焊接出水口側環縫，最后焊接與過渡段的焊縫；蝸殼進口段焊接時，按掛裝順序依次焊接環縫，最后焊接過渡段的焊縫。過渡段縱縫焊接時，先焊接下蝶形邊，后焊接上蝶形邊。

蝸殼焊接采用多層多道鑲邊退步焊接方法，在大坡口側焊滿坡口深度1/2后，背面清根，打磨，經檢測合格后，兩側交替對稱施焊。

湊合節出水口側環縫為合攏環縫，屬于封閉焊接，應力較大。打底焊時采用疊焊，對稱施焊。疊焊長度為300～400 mm，打底焊縫焊接應連續完成，不得間斷。在焊接過程中除第一層和最后一層焊道外，其余各層焊道均進行錘擊。

2.5 吊裝調整

由于座環蝸殼為非對稱結構，蝸殼進口段在安裝間裝配、焊接完成后，座環蝸殼合成重心位于第三象限，坐標為：(-513.7 mm，-401.4 mm)(X軸，Y軸)，總重約為128.8 t。本著節約成本、確保安全的目的，采用4根導水機構吊裝用φ110 mm鍍鋅無接頭鋼絲繩作為吊索進行座環蝸殼吊裝作業。

導水機構吊裝用鍍鋅無接頭鋼絲繩周長為12 m，座環蝸殼吊裝時只能做雙股鋼絲繩使用，則鋼絲繩使用時有效長度為定值6 m。根據座環蝸殼重心分布位置可知，座環蝸殼吊裝時，-X側吊耳至座環蝸殼重心的水平距離最短，為2 146 mm，橋機吊鉤距吊耳所在水平面的垂直高度相同，則-X側吊耳至吊鉤的鋼絲繩長度最短，以6 m計，經施工放樣，可知橋機吊鉤至吊耳所在水平面距離為5 603 mm。結合其他各吊耳至座環蝸殼重心距離，可放樣得出+X側、+Y側、-Y側吊耳至吊鉤的鋼絲繩長度分別為6 470、6 417、6 059 mm，各方向鋼絲繩放樣示意圖見圖2。

圖2 座環蝸殼吊裝鋼絲繩放樣示意圖

因座環蝸殼吊裝選用的座環蝸殼導水機構吊裝用鍍鋅無接頭鋼絲繩等長，為滿足座環蝸殼吊裝時鋼絲繩長度要求，搭配使用55、85 t卸扣調節吊索長度。座環蝸殼吊裝吊索配置如表3所示。

表3 座環蝸殼吊裝吊索配置表

按照以上配置座環蝸殼吊具，在座環蝸殼吊裝時各方向吊索總長度基本達到理論值，在座環蝸殼吊裝時周向水平度約為10 mm，滿足吊裝需求。

座環蝸殼吊裝就位后，根據事先在機坑放樣的基準線和高程基準點，反復調整座環上法蘭面的中心、水平、高程，直到滿足設計要求。由于蝸殼和座環是一個整體，所以座環調整時，應注意兼顧蝸殼的調整，同時兼顧壓力鋼管出水口位置、高程。座環蝸殼調整好后，把緊拉近螺桿并復測上述技術指標應滿足要求。

2.6 延伸段安裝

座環蝸殼整體調整加固完成后，按廠內所打的標記將蝸殼延伸段吊裝就位，調整延伸段段法蘭面與座環X軸的平行距離，延伸段進口中心線與座環Y軸的平行距離及法蘭面的垂直度、中心高程。調整合格后，參照蝸殼湊合節焊接工藝進行焊接，焊接過程中嚴格控制焊接變形，確保壓力鋼管、進水閥、直管段、伸縮節等與蝸殼的正確連接與平滑過度。

3 水壓試驗及保壓澆筑

座環蝸殼安裝完成并驗收合格后，安裝與蝸殼連接的各排氣、排水以及測壓管路，并按要求安裝封水環及悶頭等蝸殼打壓設備。

蝸殼水壓試驗前，在座環蝸殼軸線內外等處焊接水壓試驗測量支架，以便架設百分表，在水壓試驗時監測蝸殼變形情況及座環水平、中心變化情況。蝸殼變形監測端面布置如圖3所示。

圖3 蝸殼水壓試驗監測百分表布置示意圖

在蝸殼水壓試驗具備條件后，開始對蝸殼進行注水，過程中打開延伸管頂端上的閥門排氣，直至開始排

水，關閉閥門。然后利用試驗泵從水箱抽水進行加壓，通過觀測壓力均壓管口壓力表，試驗泵壓力表和進水管壓力表讀數對蝸殼壓力進行控制，按壓力遞增圖采取分階段逐步升壓、保壓，如圖4所示。

圖4 蝸殼打壓及澆筑壓力試驗圖

在蝸殼水壓試驗過程中，應實時監控蝸殼各部位的變形情況，如發現漏水、變形量太大、整體位移等異常情況要第一時間停止試驗，經過處理并驗收合格后方可再次進行試驗。在蝸殼水壓試驗合格后，應對座環高程、水平、軸線等數據進行復測，合格后才能進行二期混凝土澆筑。

為防止蝸殼在混凝土澆筑時產生有害變形以及保證混凝土的澆筑質量，混凝土澆筑應分層、分倉，嚴格控制澆筑順序和澆筑速度；同時要監測蝸殼變形情況，根據監測情況隨時做出調整。至此座環蝸殼安裝完成。

4 結 語

周寧抽水蓄能電站4臺機組的座環蝸殼均采用上述工藝進行安裝，目前已全部完成安裝，各臺機組的座環整體水平度均小于0.2 mm，安裝質量明顯優于以往的項目。實踐證明，本文所述的抽水蓄能電站地下廠房分瓣座環蝸殼安裝工藝及注意事項有助于工程建設單位進行質量管控、提升安裝質量，對今后類似工程的施工具有借鑒意義。