抽水蓄能電站錐管與底環的安裝焊接技術

李慶堂

（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

福建永泰抽水蓄能電站的主機設備由東方電機廠供貨。水泵水輪機為立軸、單級、混流、可逆式結構型式，水泵水輪機額定轉速為428.6 r/min，安裝高程為136.0 m，額定水頭416.0 m，帶有金屬蝸殼和彎肘型尾水管，與發電電動機通過法蘭直接連接。旋轉方向為：水輪機工況俯視順時針旋轉，水泵工況俯視逆時針旋轉。水泵水輪機主要由：埋入部件、導水機構、轉輪、主軸、水導軸承、主軸密封、導葉接力器、環形軌道及吊車、機坑踏板、油氣水管路系統、監測及控制管路系統等部件組成。

水泵水輪機底環為整體結構，底環安裝完成后四周用混凝土填實，底環通過80顆M30螺栓與座環把合連接，底環與座環間的連接處設置有3道密封，在工地安裝時需進行水壓試驗以確定密封的嚴密性。底環泄流環與錐管上口進行焊接連接，錐管下口與肘管上口進行焊接連接。

底環整體重41.64 t（不含下止漏環），外形尺寸為Φ5 630 mm×1 830 mm。錐管重12.245 t，外形尺寸為Φ3 030 mm/Φ2 360.6 mm×4 531.3 mm，在錐管上+Y向設置有一道進人門。用主廠房250 t橋機進行底環與錐管的吊裝工作。

2 吊裝和安裝流程

施工準備→在上里襯安裝前，將錐管與底環吊入機坑，臨時就位→在座環研磨前將底環懸吊在上里襯上→座環研磨完成后，將底環落下→底環安裝調整→底環與錐管環縫壓縫→底環與錐管環縫焊接→錐管與肘管環縫壓縫→環縫外側背板安裝和背板焊接→底環與錐管外圍鋼筋綁扎、混凝土澆筑→澆筑完成保養7 d后，進行底環與錐管外圍混凝土灌漿→灌漿完成3 d后進行混凝土壓水試驗→錐管與肘管內側環縫（封閉縫）焊接→探傷合格后進行涂漆→最后需再次復查底環安裝尺寸和水平，并進行驗收。

3 吊裝和懸掛方法

用主廠房250 t橋機主鉤進行底環和錐管的吊裝，用專用吊具與橋機主鉤連接后，將底環調至水平狀態，并平穩地吊至機坑上方，緩慢落放在座環上，檢查確認底環在座環上放置牢固可靠后，拆除吊具，在底環孔洞處設置安全網與安全警示牌，同時對水輪機機坑出口處進行可靠封閉，防止人員進入不慎掉入底環孔洞。待發電機層混凝土澆筑完成后使用專用工具將底環懸掛至上里襯上，以方便進行座環研磨工作。底環吊入機坑臨時擺放示意如圖1所示，底環懸掛在上里襯上示意如圖2所示。

圖2 底環懸吊在上里襯上示意圖

根據設計圖紙在上里襯上懸吊孔內安裝底環懸吊螺桿和螺母M72×6 mm、墊圈Φ200 mm/Φ75 mm×30 mm，共8件整圓均勻布置。調整懸吊螺桿在同一垂直高度，安裝墊圈，擰緊螺母，下落橋機主鉤，使懸吊螺桿受力后拆除鋼絲繩（底環專用吊具保留）。

4 錐管與底環安裝和焊接

4.1 底環安裝

（1）座環研磨完成且驗收合格后，進行底環正式安裝。

（2）由于底環是臨時擺放和懸吊在機坑內，為保護好底環，未對底環加工面保護層進行清洗，在正式安裝前需進行底環、座環各把合面、密封槽的徹底清洗工作，根據底環裝配圖安裝3 道密封圈，并進行水壓試驗。

（3）安裝2根50 t鋼絲繩和4個55 t卸扣，緩緩起身橋機主鉤，吊起底環至懸吊螺桿不受力時，拆除懸吊螺桿和螺母。

（4）緩緩下降橋機主鉤，根據底環的X、Y標記線，以座環為基準調整底環方位偏差在±3 mm，平均方位偏差在±1.5 mm以內。

（5）底環就位后，調整底環與座環徑向間隙均勻，單邊間隙值應在0.25～0.6 mm范圍內；調整底環止漏環安裝止口與座環上環板鏜口同心不大于0.5 mm。

（6）用水準儀測量底環水平，底環水平不大于0.2 mm。

（7）按照設計要求把緊底環與座環連接螺栓和螺母。

（8）檢查底環下法蘭面與座環把合面間的軸向間隙，間隙應為0～0.3 mm（螺栓預緊前間隙）。

（9）按照設計圖紙要求對底環的軸向、徑向密封進行0.7 MPa密封性能試驗。

4.2 錐管安裝和壓縫

（1）底環固定、測量完成后，調整錐管方位，方位偏差不得大于±4 mm，綜合偏差不大于±2 mm，以肘管上管口的高程、水平為基準調整錐管進水端面的水平，水平偏差應不大于5 mm，必要時修磨錐管或者肘管進水口。在錐管管口與底環環縫間隙及錯牙調整時根據該間隙值配車調整板的厚度以滿足間隙小于3 mm的要求。

（2）高程調整完成后，利用騎馬板、壓板、拉緊器等工具調整錐管管口與底環環縫的錯牙小于板厚的10%，間隙小于3 mm。對局部間隙大于3 mm的部位，采用長焊的方法，直至焊縫間隙小于3 mm為止；對局部錯牙大于板厚10%且不可調的部位，采用1∶3焊縫坡度進行平滑過渡，必要時在相應的錐管上開設縱縫來調整。底環與錐管焊縫如圖3所示。

圖3 底環與錐管焊縫示意圖

（3）用同樣的方法調整錐管與肘管間隙和錯牙。錐管與肘管環縫錯牙調整合格后，裝焊連接板、筋板及槽鋼。錐管與肘管焊縫如圖4所示。

圖4 錐管與肘管焊縫示意圖

4.3 錐管與底環間環縫焊接

（1）安排2～4名焊工，按對稱、分段、同步焊接的方法進行錐管與底環環縫的焊接。

（2）焊接時采用百分表對底環水平和位移進行監控，發現變形超標時，及時改變焊接順序。

（3）對錐管與底環環縫進行探傷檢查。

（4）錐管與底環（泄流環）環縫焊接后進行錐管與肘管間環縫外側連接板的安裝和焊接。按設計圖紙，錐管與肘管間環縫間隙為20 mm。

4.4 錐管與底環外側混凝土澆筑

按設計圖紙要求，進行錐管與底環外圍鋼筋綁扎和混凝土澆筑，混凝土保養達7 d后，進行灌漿，灌漿工作滿3 d后，進行混凝土的壓水試驗，確保錐管與底環混凝土澆筑密實。

4.5 錐管與肘管環縫焊接

錐管與底環混凝土澆筑和灌漿完成，確認合格后，進行錐管與肘管內側環縫的焊接。

（1）徹底清理焊縫內的雜物和水泥漿，打磨焊縫至露出金屬光澤。

（2）安排2～4名焊工，按對稱、分段、同步焊接的方法進行錐管與肘管環縫的焊接。

（3）焊接時采用百分表對底環水平和位移進行監控。

（4）按設計圖紙要求對環縫進行探傷檢查。

5 結束語

抽水蓄能電站是我國“十四五”規劃的重要建設項目，以后將有大批的抽水蓄能電站進行招標、投標以及建設、投產。因抽水蓄能電站錐管與底環的安裝順序和施工方法不同于常規電站，研究和熟練掌握其安裝焊接技術是機組安裝的基礎，是很有必要的。底環的安裝精度要求高，在底環/錐管/肘管間的兩條環縫焊接完成后，對底環的水平偏差會有影響，所以在焊接過程中需用百分表嚴密監測底環的變形量，根據變形量及時調整焊接順序，以確保焊接完成后底環水平能滿足要求。此安裝焊接技術以期對同類型建設項目提供技術支持和借鑒。