水輪機(jī)改造方案分析

苗亞旭 周 婭

(葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，云南 麗江 674100)

1 前言

某水電站分兩期開發(fā)建設(shè)，一期工程采用低壩引水式開發(fā)，正常蓄水位515m，死水位508m，電站裝機(jī)容量2×50MW，額定水頭221.5m，額定轉(zhuǎn)速428.6r/min。主廠房內(nèi)裝設(shè)2臺50MW混流式水輪發(fā)電機(jī)組及其附屬設(shè)備，電站由壩前引水，通過引水隧洞及壓力鋼管輸水，廠房前分叉供兩臺混流式水輪發(fā)電機(jī)組發(fā)電，在每臺水輪機(jī)蝸殼進(jìn)口前設(shè)有球閥裝置。

二期工程為高壩方案，正常蓄水位627m，死水位555m。二期大壩建成蓄水后，一期工程首部樞紐將被淹沒，一期工程額定水頭提高到320m，電站機(jī)電設(shè)備需進(jìn)行改造。機(jī)電設(shè)備改造的原則是僅改造水輪機(jī)，不改造發(fā)電機(jī)及電氣設(shè)備，機(jī)組的額定轉(zhuǎn)速和單機(jī)容量保持不變。

2 水輪機(jī)改造項(xiàng)目

水輪機(jī)是立軸金屬蝸殼的混流式水輪機(jī)型，其更換、改造情況如下:

1)蝸殼、座環(huán):一期工程蝸殼和座環(huán)已按后期承壓的要求設(shè)計(jì)，在不考慮混凝土聯(lián)合受力或任何支撐的條件下，能承受在二建成后最大水頭下產(chǎn)生的最大水壓450m水柱所產(chǎn)生的各種應(yīng)力，不需要改造。由于二期工程選用的C型轉(zhuǎn)輪座環(huán)開口高度比一期工程的座環(huán)開口高度低，所以需要對座環(huán)進(jìn)行改造。改造后座環(huán)在原座環(huán)的上、下環(huán)板上采用焊接的方式各加一層墊板以滿足流道要求。

2)鎖錠裝置由原裝裝置按照新接力器的全關(guān)位置進(jìn)行修割改造而成。

3)由于座環(huán)開口高度發(fā)生改變，導(dǎo)葉開口、水流情況變化。轉(zhuǎn)輪、頂蓋、底環(huán)、控制環(huán)、接力器、導(dǎo)葉、導(dǎo)葉摩擦裝置、尾水錐管均需要進(jìn)行更換。

3 座環(huán)改造施工工藝

水輪機(jī)座環(huán)改造是本次改造的工作重點(diǎn)，也是難點(diǎn)。原座環(huán)固定導(dǎo)葉開口為330mm，在上下各加一層墊板后，開口由外側(cè)向內(nèi)側(cè)逐漸過渡到230mm(見圖1)。

圖1 座環(huán)改造示意圖

墊板為整圓環(huán)板，需要根據(jù)提供的樣板切割成若干小塊，然后逐塊進(jìn)行修配、安裝、焊接、打磨，最終滿足開口要求。由于是高水頭下的過水部件，此過程要嚴(yán)格控制焊接的質(zhì)量和監(jiān)控焊接變形。其主要施工工藝過程如下:

3.1 座環(huán)墊板配制

徹底清理座環(huán)，將待焊部位的油漆、鐵銹徹底清理干凈，將16個(gè)固定導(dǎo)葉按照一定順序進(jìn)行編號。由于固定導(dǎo)葉內(nèi)外兩側(cè)比中間寬，直接切割成16塊無法塞到空檔中，需要利用墊板切割模板，將座環(huán)墊板切割成32塊，先焊接每個(gè)固定導(dǎo)葉與其兩側(cè)墊板，然后再將兩塊墊板焊接起來。

由于上環(huán)墊板配制時(shí)需要用千斤頂撐起固定，考慮到開口空間有限，先配制上環(huán)墊板。配制時(shí)將配割好的小塊墊板與座環(huán)進(jìn)行預(yù)裝，裝配的焊接間隙不得大于2mm，否則需要先進(jìn)行堆焊 (堆焊的部位PT檢查)，打磨處理，同時(shí)檢查墊板與座環(huán)之間的間隙不得大于0.2mm，否則需要校正，以滿足裝配要求。

3.2 座環(huán)墊板焊接

1)先焊接上環(huán)墊板，全部完成后再配制、焊接下環(huán)墊板。

2)每次對稱同時(shí)安裝調(diào)整兩固定導(dǎo)葉之間的兩塊墊板，每一塊墊板用一只千斤頂將其定位;墊板調(diào)整固定完畢后，將其四周進(jìn)行臨時(shí)點(diǎn)焊固定。

3)對墊板進(jìn)行定位焊，首先焊接墊板與固定導(dǎo)葉之間的焊縫，其次再焊墊板內(nèi)外向焊縫，最后焊接兩墊板之間的徑向焊縫，焊縫長度一般為50mm。

4)首先焊接墊板與固定導(dǎo)葉之間的焊縫，然后再進(jìn)行塞焊，再其次焊墊板內(nèi)外環(huán)向焊縫，最后焊兩墊板之間的徑向焊縫，

5)正式焊接墊板焊縫前，需用火焰對焊縫進(jìn)行加溫，加溫到80℃左右時(shí)方可開始焊接;在進(jìn)行焊接時(shí)，由2名焊工在座環(huán)圓周方向同速、同規(guī)范、多道多層、對稱、分段、退步焊接;除第一層和最后一層不進(jìn)行錘擊外，其余各層均需逐層進(jìn)行錘擊，以便消除焊接殘余應(yīng)力和控制焊接變形;焊接完成后方可松開千斤頂。

6)在整個(gè)焊接過程中，應(yīng)監(jiān)控座環(huán)安裝平面的變形情況，同時(shí)根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整焊接方向。

7)根據(jù)兩塊墊板之間的實(shí)際間隙配制圓鋼以減少徑向焊縫填充量，然后采用上述正式焊接的方法進(jìn)行焊接。

3.3 焊后檢查與處理

焊接完成后對焊縫進(jìn)行100%PT探傷檢查，對有缺陷的位置進(jìn)行返修。

對開口高度進(jìn)行檢查，應(yīng)符合230(0～+2)mm要求。

按原座環(huán)內(nèi)孔打磨墊板內(nèi)圓，使其不得突出于原座環(huán)內(nèi)圓。

對座環(huán)上下環(huán)平面水平進(jìn)行檢查，必要時(shí)進(jìn)行修磨，最終應(yīng)滿足GB/T8565－2003對座環(huán)水平的要求。

3.4 改造后回裝

回裝過程的質(zhì)量控制與正式安裝時(shí)相同，且需對機(jī)組軸線重新進(jìn)行檢查。

4 結(jié)束語

水輪機(jī)改造的重點(diǎn)是座環(huán)改造，對座環(huán)在焊接過程中的變形監(jiān)控是改造工作的一個(gè)難點(diǎn)，因此需要在配制、焊接、監(jiān)控的各個(gè)工序都需要嚴(yán)格按工藝執(zhí)行，嚴(yán)格控制焊接速度，限制焊條擺動(dòng)幅度，控制焊接線能量。通過一系列工序的精細(xì)施工，改造取得良好效果，改造后投產(chǎn)運(yùn)行一切正常。

［1］設(shè)計(jì)圖紙和相關(guān)設(shè)備廠家技術(shù)資料［Z］.

［2］GB8564－2003.水輪發(fā)電機(jī)安裝技術(shù)規(guī)范 ［S］.