瀑布溝水電站筒形閥安裝工藝探討

劉旻

（中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局，四川 彭山 620860）

瀑布溝水電站筒形閥安裝工藝探討

劉旻

（中國水利水電第七工程局有限公司機電安裝分局，四川 彭山 620860）

瀑布溝水輪機所安裝圓筒閥是迄今為止國內(nèi)直徑最大的圓筒閥。對瀑布溝電站東電供貨的筒形閥安裝過程進行了較為系統(tǒng)的介紹，特別是針對瀑布溝水電站筒閥組裝過程中遇到的接力器提升桿垂直度調(diào)整、碟簧壓縮量調(diào)整、導(dǎo)向條的焊接等關(guān)鍵工序進行了探討，對其它同類型電站筒形閥的設(shè)計安裝具有一定的參考價值。

筒形閥；預(yù)裝；組裝；安裝

0 概述

瀑布溝水電站是大渡河干流水電梯級開發(fā)第17個梯級電站，壩址位于大渡河中游尼日河匯口上游，地跨四川省西部漢源縣和甘洛縣兩縣境。水電站以發(fā)電為主，兼顧攔沙、防洪等綜合利用效益。電站裝設(shè)6臺單機額定功率600 MW的混流式水輪發(fā)電機組，在系統(tǒng)中擔(dān)負(fù)調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用，枯水期擔(dān)負(fù)峰腰荷，豐水期主要擔(dān)負(fù)基荷和部分腰荷，是四川電力系統(tǒng)中的骨干電站之一。

瀑布溝水電站2號、4號、6號水輪機由東方電機有限公司供貨。考慮到瀑布溝水電站最高運行水頭高達(dá)181.7m，引水壓力管道長達(dá)460～507m，為提高機組運行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟性，減少停機時漏水對導(dǎo)水機構(gòu)和轉(zhuǎn)輪的破壞，以及事故狀態(tài)下緊急切斷水流防止機組長時間飛逸，水輪機設(shè)置了筒形閥。

1 筒形閥結(jié)構(gòu)形式、止水及機械同步原理

瀑布溝水電站筒形閥由東方電機有限公司生產(chǎn)，是目前國內(nèi)水電站直徑最大、重量最重、安裝工藝最復(fù)雜、精度要求最高的筒形閥，近幾年國內(nèi)安裝筒閥參數(shù)見表1。瀑布溝筒閥相關(guān)參數(shù)見表2。

1.1 結(jié)構(gòu)形式

圓筒閥裝設(shè)于水輪機固定導(dǎo)葉與活動導(dǎo)葉之間。在關(guān)閉時落于底環(huán)上，截斷水流并與頂蓋和底環(huán)形成密封；開啟時，位于水輪機座環(huán)和頂蓋間的空腔室內(nèi)，閥體底邊與頂蓋抗磨板齊平，不干擾水流流態(tài)。圓筒閥由導(dǎo)向條（焊于固定導(dǎo)葉上）、筒閥本體、筒閥接力器和機械同步機構(gòu)四大部分組成。筒形閥的結(jié)構(gòu)見圖1、圖2。

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1.2 筒形閥止水原理

筒形閥閥體布置在活動導(dǎo)葉與固定導(dǎo)葉之間，筒形閥的上密封采用帶凸緣的橡皮板與壓環(huán)一起裝在頂蓋上，見圖3：筒形閥頂部止水圖；下密封采用壓板橡皮條結(jié)構(gòu)裝在底環(huán)上，見圖4：筒形閥底部止水圖。

圖3 筒形閥的上密封

圖4 筒形閥的下密封

1.3 機械同步原理

瀑布溝筒形閥采用機械同步方式，為了將接力器的直線運動轉(zhuǎn)換成同步鏈輪的回轉(zhuǎn)運動，以達(dá)到6個接力器的同步采用了滾動絲桿副。絲桿裝于接力器缸蓋上部，由二個單向推力滾珠軸承所限位，徑向位移由安裝在上缸蓋下端固定銅套導(dǎo)向定位，絲桿軸密封采用O形密封圈，絲桿只能作回轉(zhuǎn)運動。為使6個操作接力器達(dá)到同步運動，以使筒形閥垂直上下運行時不至傾斜發(fā)卡，在6個接力器滾柱絲杠副頂端裝有雙層鏈輪，然后用6圈鏈條將6個鏈輪彼此串聯(lián)起來，從而保證回轉(zhuǎn)鏈輪的同步。一旦由于筒形閥發(fā)卡，該接力器停止運動，而由相鄰鏈輪的傳動使該接力器絲桿繼續(xù)回轉(zhuǎn)，則絲桿將產(chǎn)生軸向移動，當(dāng)超過碟簧的預(yù)載力時，碟簧被壓縮，迫使行程開關(guān)動作，使四通三位閥回到中間位置，使整個操作機構(gòu)停止運動，進行事故的處理。

在每圈鏈條的中部都裝有拉緊鏈輪裝置，使鏈條保持在一定的張力，如遇筒形閥在操作時發(fā)卡，鏈條的張緊力超過額定負(fù)載時，滑塊壓縮板簧組，使裝在支架下的限位開關(guān)接點閉合，使四通三位閥回到中間位置，使整個操作機構(gòu)停止運動，以進行事故的處理。

2 安裝方法

2.1 筒閥組裝焊接

筒閥閥體分兩瓣運抵工地。組裝前首先對筒體分瓣面、組裝螺栓孔進行清理，并對螺栓與螺孔進行試配。將兩瓣筒體調(diào)平后進行對裝，調(diào)平組合后的筒體圓度應(yīng)不超過1mm，上下平面的水平度應(yīng)在0.30mm內(nèi)。

兩瓣筒閥立面焊縫預(yù)熱至80℃并保溫30min，然后開始焊接。焊接時均采用分段退步方式先后選用Φ3.2和Φ4.0焊條進行打底焊接和立縫焊接，焊接時在組合縫內(nèi)外焊縫處對稱施焊。每層焊接完成后，應(yīng)錘擊消應(yīng)，同時每層焊接后應(yīng)進行MT/PT探傷合格。此外在合縫處適當(dāng)位置架設(shè)兩只百分表以監(jiān)測焊接過程中的變形。焊接完成以后，再次復(fù)查筒體圓度、導(dǎo)向條垂直度、筒體上下面的平面度。

2.2 筒體與頂蓋組裝

將頂蓋吊起并調(diào)平至0.02 mm/m范圍內(nèi)吊至筒閥上方，調(diào)整頂蓋與筒體方位、同心，使方位、同心基本一致后下落頂蓋。調(diào)整筒體與頂蓋同心，調(diào)整時以筒閥提升桿安裝孔為基準(zhǔn)測量頂蓋上接力器放置位置的安裝孔與筒體提升桿安裝孔同心在0.10 mm內(nèi)。

2.3 筒閥接力器安裝

筒形閥接力器與筒閥裝配詳見圖5。

圖5 筒形閥接力器與筒閥裝配圖

筒體與接力器提升桿采用埋入式螺栓連接，連接螺母采用M110×4螺母，置于筒體上開設(shè)的窗口內(nèi)，外側(cè)用20 mm不銹鋼板封堵。與大朝山、漫灣一期的旋入式螺栓連接相比有如下優(yōu)點：

（1）有效避免筒體在安裝或拆卸過程中損壞螺紋。

（2）當(dāng)提升桿連接螺栓折斷或接力器發(fā)生事故時，可以實現(xiàn)在機坑內(nèi)檢修處理，而無需把筒體吊出機坑。

根據(jù)廠家安裝說明書，首先安裝墊環(huán)，將墊環(huán)與頂蓋焊接,打磨墊環(huán)上平面，使其水平滿足0.03 mm/m的要求；安裝接力器提升桿，把緊特殊螺母，通過打磨墊環(huán)來調(diào)整提升桿的垂直度；待提升桿垂直度合格（0.1 mm/m）后，將提升桿吊出，再安裝接力器下缸蓋；再安裝提升桿，復(fù)測提升桿的垂直度,如果提升桿的垂直度不滿足要求，必須要將接力器下缸蓋、提升桿吊出，再次打磨墊環(huán)。

安裝實際過程中，調(diào)整提升桿垂直度滿足要求，在將提升桿吊出安裝接力器下缸蓋后，檢查發(fā)現(xiàn)重新裝配后的提升桿垂直度超出標(biāo)準(zhǔn)要求（個別提升桿垂直度達(dá)0.39 mm/m），經(jīng)反復(fù)對墊塊進行修復(fù)，在耗時近一月后仍不能保證提升桿垂直度滿足要求。通過組織各方分析，此方案存在以下不足：

（1）提升桿至少經(jīng)兩次拆裝，但無精確定位設(shè)計，回裝時難以保證前后位置絕對一致。

（2）特殊螺母的加熱溫度、螺母旋轉(zhuǎn)角度都影響提升桿的垂直度。

（3）提升桿垂直度要求偏高（0.10 mm/m），打磨量難度大，手工打磨難以滿足要求。

（4）筒閥提升桿與墊環(huán)接觸面加工精度較差。經(jīng)仔細(xì)分析，對提升桿垂直度調(diào)整改進如下：

將頂蓋上安裝墊環(huán)的位置清理干凈，調(diào)整頂蓋水平在0.05 mm/m內(nèi)，并仔細(xì)清理修磨墊環(huán)與頂蓋接觸面（墊環(huán)在從接力器上拆下時，應(yīng)在接力器和墊環(huán)的對應(yīng)位置打上編號），將墊環(huán)對號放置在安裝位置，用塞尺檢查組合面間隙，0.03 mm塞尺不得塞入。

調(diào)整墊環(huán)與頂蓋上提升桿安裝孔同心度在0.10mm內(nèi)，對稱點焊墊環(huán)側(cè)面于頂蓋上，采用分段、對稱、退步焊接（先焊接外側(cè)焊縫）。焊接完成后，用框式水平儀檢查墊環(huán)上平面水平應(yīng)在0.03 mm/m，如果水平達(dá)不到要求，則應(yīng)用角磨機及拋光砂輪修磨處理直至合格。

將接力器下缸蓋吊裝在墊環(huán)上，初步找正其與墊環(huán)的同心，此時不要把合螺栓，檢查接力器下缸蓋平面的水平應(yīng)在0.03 mm/m內(nèi)，否則應(yīng)吊開缸蓋，處理墊環(huán)平面。接力器下缸蓋水平合格以后，安裝墊環(huán)在提升桿的安裝孔對應(yīng)位置，墊環(huán)與筒體應(yīng)貼合緊密。吊起提升桿，裝入筒體對應(yīng)位置，并把緊特殊螺母，把緊特殊螺母采用加熱旋轉(zhuǎn)螺母角度的方式，旋轉(zhuǎn)角度為30度，同時檢查提升桿與下缸蓋間隙應(yīng)均勻，用框式水平儀檢查提升桿的垂直度，不得大于0.20 mm/m，如提升桿的垂直度不滿足要求，將特殊螺母加熱退出，將墊環(huán)取出修磨墊環(huán)與筒體的接觸面。修磨后將墊環(huán)重新裝入，再安裝提升桿，直到提升桿垂直度合格。

通過提升桿垂直度調(diào)整工序及適當(dāng)降低了垂直度要求，提升桿垂直度調(diào)整僅用10天就滿足要求。

在完成接力器下缸蓋安裝和提升桿垂直度調(diào)整后，按照制造廠安裝說明書按接力器缸→接力器上缸蓋→下部單推力軸承→傳導(dǎo)螺母→軸承座→上部單向推力軸承→碟簧→支撐板→其它附件順序進行安裝，下面僅說明碟簧安裝調(diào)整，其余附件安裝過程在此不予贅述。

2.4 碟簧安裝調(diào)整

將下瓣碟簧放置在推力板上，測量碟簧與絲桿距離，四周均勻測量4點，偏差不得大于0.5 mm。

將上瓣碟簧壓在對應(yīng)位置，并裝上支撐板，帶上支撐板把合螺栓，暫時不把緊。

調(diào)整上下碟簧錯牙不得大于0.20 mm，通過測量碟簧外圓與推力板外圓的距離來調(diào)整碟簧與絲桿同心，同心度不得大于0.20 mm，合格以后，對稱把緊支撐板把合螺栓，但把緊之前測量支撐板與推力板之間距離，把合后碟簧的壓縮值為2.76 mm（螺栓把緊力為12.3 kN），偏差不得大于0.02 mm。

接力器在安裝間的裝配及與筒體的聯(lián)接完成后，可整體吊入機坑參與導(dǎo)水機構(gòu)的預(yù)裝。

2.5 青銅導(dǎo)向條的安裝、焊接

筒閥與頂蓋整體吊入機坑后，采用傳統(tǒng)的電測法調(diào)整頂蓋與底環(huán)的同心度滿足要求，并將筒體落至全關(guān)位置。通過測量筒體與固定導(dǎo)葉的距離，并考慮導(dǎo)向條與筒體的間隙為0.8～1.2 mm，對青銅導(dǎo)向條（1 800 mm×30 mm×15 mm）進行配刨，同時留0.1 mm左右的打磨余量，待導(dǎo)向條焊接之后進行打磨。將12根導(dǎo)向條（導(dǎo)向條分三段）固定在座環(huán)固定導(dǎo)葉上，并檢查導(dǎo)向條與固定導(dǎo)葉間隙，導(dǎo)向條貼嚴(yán)以后，二者之間用0.03 mm塞尺檢查，不得塞入，否則應(yīng)修磨固定導(dǎo)葉。待檢查合格以后，將導(dǎo)向條的卡子點焊在固定導(dǎo)葉上，每根導(dǎo)向條用卡子不得少于6個，壓緊導(dǎo)向條，為避免壓壞導(dǎo)向條，每個卡子與導(dǎo)向板之間應(yīng)該加銅墊。

圖6 導(dǎo)向條焊接示意圖

焊接采用分段焊接，分段焊接可以釋放部分焊接熱應(yīng)力，有利于減少焊接裂紋。

焊材采用φ2 mm鋁青銅焊絲，焊接方式為手工氬弧焊，鎢極為2.5 mm，焊接工藝參數(shù)見表3。

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焊接時先采用507焊條為對固定導(dǎo)葉出水邊進行過渡堆焊，采用分段跳焊，多層多道，焊接、打磨后進行PT檢查。堆焊后再焊接導(dǎo)向條，導(dǎo)向條焊接順序為中段導(dǎo)向條→下段導(dǎo)向條→上段導(dǎo)向條→導(dǎo)向條連接處，采用分段焊接，每段長度不大于350 mm。焊接時要求銅、鋼母材都融合良好，收弧時填滿弧坑，緩慢提起焊槍，錘擊收弧處。每個導(dǎo)向條留10mm長的排氣孔，待焊縫全部焊接后再進行封焊。焊接完成后采用PT/MT檢查焊縫、熱影響區(qū)有無裂紋、未熔合、夾渣和密集性氣孔等缺陷，若發(fā)現(xiàn)缺陷，應(yīng)用風(fēng)鏟清除，用氬弧焊補焊。

焊接完成后采用風(fēng)鏟清除飛濺、焊瘤，用鋼絲刷清除焊縫表面氧化渣，并用角向磨光機修磨焊縫過高處及固定卡的殘根，補焊缺肉處并打磨光滑。通過吊鋼琴線測量并修磨導(dǎo)向條垂直度，垂直度要求在0.05 mm/m以內(nèi)。

2.6 同步機構(gòu)的安裝

在頂蓋與座環(huán)螺栓把緊以后，便可以進行同步機構(gòu)和指示器的安裝。

安裝接力器支架基礎(chǔ)板時調(diào)整螺套、軸承支架及基礎(chǔ)板的相對距離，其中保證支架與基礎(chǔ)板的間隙在2 mm，安裝高程應(yīng)根據(jù)實際座環(huán)高程做適當(dāng)調(diào)整，偏差不得大于±0.5 mm，之后進行基礎(chǔ)板的點焊固定，由于基礎(chǔ)板焊接時可能產(chǎn)生變形，因此支架分半把合螺栓不要把緊。

基礎(chǔ)板焊接完成以后，利用接力器支架上的拉頂螺栓來調(diào)整支架卡盤與接力器軸承支架的配合，使中間位置貼上，兩側(cè)對應(yīng)間隙相等，然后把上另一半卡盤，卡盤在把合時不得用太大力，可根據(jù)接力器鏈輪裝配安裝。

根據(jù)拉緊輪裝配中的設(shè)計高程，并結(jié)合座環(huán)安裝高程，進行拉緊輪支架裝配的調(diào)整與焊接，在拉緊輪滑道上用框式水平儀測量滑道水平應(yīng)在0.15mm/m內(nèi)，如果水平不滿足要求，可在支架與滑道之間加墊調(diào)整，直到符合要求為止。同時所有拉緊輪高程偏差不得大于±0.5 mm。

安裝鏈條后，旋轉(zhuǎn)頂絲使拉緊輪前后動作，使內(nèi)外圈鏈條松緊一致。

2.7 密封、油管路安裝以及筒閥在機坑內(nèi)的動作試驗及調(diào)整

上下密封條在安裝時，應(yīng)根據(jù)實際情況進行配割鉆孔并粘接成整園，并按編號安裝密封壓板，密封壓板在頂蓋或底環(huán)吊裝前，在安裝間試配編號并在頂蓋、底環(huán)對應(yīng)位置打上標(biāo)記。

密封壓板安裝后，不得高出頂蓋、底環(huán)抗磨面，允許稍低于抗磨面。同時密封壓板把合螺栓在把合時應(yīng)涂上螺紋鎖固劑。在完成以上安裝以后，將把合螺栓側(cè)面點焊在密封壓板上。注意在上密封安裝時，筒體應(yīng)固定在90%開度左右，以便安裝。對稱拆除筒體與頂蓋把合螺栓。派專人在12根導(dǎo)向條處監(jiān)視筒閥的動作情況，同時每人均有塞尺，作為檢查筒體與導(dǎo)向條間隙用。同時監(jiān)視人員通過500mm的鋼板尺檢查筒閥動作距離是否一致。在筒閥動作之前，每個監(jiān)視人員，測量出筒體的起始位置。機坑內(nèi)也應(yīng)該有專人監(jiān)視同步機構(gòu)動作情況。筒體在下落過程中,筒體下方不得有人,以免筒體下落時失控而發(fā)生事故。

由接力器上腔緩慢進油，注意控制筒體的下落高度，每次下落高度不超過200 mm，下落過程中，導(dǎo)向條旁邊的監(jiān)視人員應(yīng)注意筒體不得與導(dǎo)向條卡阻，無異常后，操作筒體上升，在上升過程中也應(yīng)該有專人監(jiān)視筒體不得與導(dǎo)向條卡阻。同時，在機坑內(nèi)的監(jiān)視人員也要監(jiān)視同步機構(gòu)的動作不得異常。

以上工作結(jié)束以后，將筒體下落到底部，用塞尺檢查筒體與導(dǎo)向條間隙。如間隙不滿足要求，將筒體提起到頂部，用砂輪機修磨固定導(dǎo)葉上的導(dǎo)向條，以達(dá)到設(shè)計間隙。

在筒體下落到底部的時候，安裝筒閥指示器。

在筒閥全開時，將筒體限位銷放入頂蓋對應(yīng)位置，并按要求焊接。

3 結(jié)論

在瀑布溝4號、6號機筒閥的安裝過程中，合理調(diào)整了筒閥接力器安裝工序，滿足了筒閥接力器提升桿的垂直度和碟閥壓縮量、鏈條張緊度的要求，筒閥與頂蓋整體參與導(dǎo)水機構(gòu)的預(yù)裝和安裝，避免了筒閥變形，縮短了導(dǎo)水機構(gòu)安裝工期，為類似機組筒閥的安裝提供了以下借鑒：

（1）筒閥閥體厚度較大，分瓣組合縫處的焊接坡口尺寸究竟要設(shè)計多大，是一個值得研究的問題，實踐證明瀑布溝電站U形坡口的設(shè)計有效的避免了焊接對筒閥閥體尺寸的影響，值得借鑒。

（2）筒閥預(yù)裝和組裝過程中采用與頂蓋一體化吊裝的方法，有效避免了在吊裝過程中引起的筒閥變形。

（3）筒閥與頂蓋、接力器的組裝，密封裝置的安裝盡量考慮在安裝間進行，有利于組、安裝質(zhì)量及進度的控制。

（4）鋁青銅導(dǎo)向條采用分段焊接，可以釋放部分焊接熱應(yīng)力，有利于減少焊接裂紋。

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1672-5387（2010）04-0035-05

2010-04-20

劉旻（1976-），男，助理工程師，從事機電安裝技術(shù)管理工作。