桃源水電站管型座的結(jié)構(gòu)特點及安裝工藝分析

席洪軍

【摘 要】燈泡貫流式機組的管型座是機組安裝的基礎(chǔ)。導(dǎo)水機構(gòu)、水導(dǎo)軸承、發(fā)電機軸承支架及發(fā)電機定子都與管型座直接連接，因此管型座安裝質(zhì)量的好壞直接決定著整臺機組安裝質(zhì)量及以后運行的優(yōu)劣。本文結(jié)合桃源水電站管型座的特點及安裝難點對其安裝工藝、流程和質(zhì)量控制進行闡述，并介紹了在主廠房橋式起重機未形成前對管型座的吊裝方法，以便同類型機組安裝借鑒。

【關(guān)鍵詞】水電站；管型座；安裝工藝

1.工程及機組概況

桃源水電站位于湖南省桃源縣城沅水流域，是沅水干流河段的第14個梯級電站，也是沅水干流最末一個梯級電站。電站正常蓄水位39.5米，水庫無調(diào)節(jié)能力，為河床徑流式水電站。電站裝機容量180MW，裝設(shè)9臺單機容量20MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，多年平均發(fā)電量為7.93億kW.h，年利用小時數(shù)4404h。

最大水頭：9.70 m

額定水頭：5.60 m

最小水頭：2.00 m

加權(quán)平均水頭：6.82 m

發(fā)電機型號：SFWG20-76/7450

水輪機型號：GZ-WP-720

機組額定轉(zhuǎn)速：78.9r/min

額定流量：410.97 m3/s

主軸布置型式：臥式、兩支點、雙懸臂式

機組支撐方式：管型座上下豎井+發(fā)電機輔助支撐

2.管型座主要技術(shù)參數(shù)及結(jié)構(gòu)特點

管型座為機組的主要受力部件，機組的水推力、轉(zhuǎn)動及固定部分重量、水浮力、不平衡磁拉力等都由管型座傳遞至基礎(chǔ)。管型座由外殼體、內(nèi)殼體、上豎井、下豎井組成，外殼體、內(nèi)殼體通過上、下豎井組成一個整體，各部分均由Q235-B鋼板焊接而成，總重量約為173噸。

管型座內(nèi)殼體分2瓣、外殼體分4瓣。

內(nèi)殼體重量：36噸/瓣 外殼體重量：11噸/瓣

上豎井重量：27噸 下豎井重量：30噸

外殼體直徑（法蘭處）10110mm： 內(nèi)殼體直徑（法蘭處）4760mm：

內(nèi)殼體法蘭面距轉(zhuǎn)輪中心線距離：4255mm

外殼體法蘭面距轉(zhuǎn)輪中心線距離：3280mm

內(nèi)、外殼體法蘭面距離：975mm

中心高程▽20.5m

3.管型座的吊裝

燈泡貫流式機組在開始安裝首臺或前幾臺管型座時往往主廠房橋機還未形成，因此管型座的安裝就需通過汽車吊或采取其他方式來進行。桃源水電站管型座的吊裝根據(jù)現(xiàn)場實際情況經(jīng)充分論證，1#機管型座的安裝是通過260T的汽車吊停放在主安裝間來吊裝完成，其它機組管型座由于離主安裝間較遠汽車吊無法滿足吊裝要求，采用壩頂2臺30T的施工門機通過自制平衡梁共同抬吊的方法分件進行吊裝。

3.1 安裝流程

檢查尾水管中心、高程→檢查管型座基礎(chǔ)高程→吊入并安裝下豎井→粗調(diào)下豎井的中心、高程、至尾水管的距離→吊入外殼體下半→吊入下半內(nèi)殼體與下豎井連接并焊接→分別吊入外殼體左、右兩半與下半外殼體相連→吊入上半內(nèi)殼體與下半內(nèi)殼體連接→吊入上豎井并焊接→吊入外殼體上半與左右兩半外殼體相連→上下豎井、內(nèi)殼體整體調(diào)整→外殼體調(diào)整→管型座補強→校核內(nèi)外殼體中心、垂直度和位置尺寸→至下豎井的管路套管、測壓管安裝→二期混凝土澆筑→灌漿→灌漿孔和混凝土澆筑孔的密封焊→內(nèi)外殼體合縫法蘭封水焊焊接→拆除內(nèi)部支撐。

3.2 管型座的吊裝及粗調(diào)

吊裝前對基礎(chǔ)板進行清理、調(diào)整好楔子板頂面高程。管型座各部件吊裝過程中，起吊司機與起重指揮人員應(yīng)保持通信通暢、無其他干擾信號、緊密配合，防止設(shè)備與側(cè)墻或二期預(yù)留鋼筋發(fā)生碰刮。

1）下豎井吊裝：清除下豎井與內(nèi)殼體下半部焊接口處的油漆至露出金屬光澤面，在安裝間對其進行翻身，調(diào)整水平后開始吊入基坑。吊入后粗略調(diào)整好下豎井的中心、高程、至轉(zhuǎn)輪中心線的距離；

2）吊入外殼體下瓣；

3）內(nèi)殼體下瓣吊裝：吊入下瓣內(nèi)殼體前先在下豎井搭好焊接平臺。在安裝間對內(nèi)殼體進行翻身，吊入對接時找正出廠前畫好的線，使內(nèi)殼體與下豎井的錯位小于3mm；

4）調(diào)整好左、右兩瓣外殼體基礎(chǔ)的楔子板高程，在安裝間將兩瓣外殼體翻身后分別吊入，并與外殼體下瓣用螺栓進行連接，使用管子千斤頂、螺桿拉緊器進行初步調(diào)整、加固；

5）內(nèi)殼體上瓣吊裝：清理干凈上下內(nèi)殼體的組合法蘭面，使用刀口平尺檢查整個結(jié)合面應(yīng)無高點、毛刺，檢查下瓣的定位銷釘是否完整。吊入上瓣內(nèi)殼體并打緊連接螺栓后檢查合縫面間隙及法蘭面錯牙應(yīng)符合廠家技術(shù)要求及GB/T 8564—2003的相關(guān)規(guī)定；

6）上豎井吊裝：上豎井吊裝前先在內(nèi)殼體上瓣搭設(shè)好焊接平臺；

7）吊入外殼體上瓣，與左右外殼體連接。

3.3 上下豎井的焊接

焊接前清理干凈焊接坡口處的油漆及雜物，內(nèi)殼體與上下豎井的焊接須由兩名焊工同時施焊，先焊接內(nèi)側(cè)，內(nèi)側(cè)焊完后外側(cè)電弧氣刨清根處理，后再焊接。焊接順序如圖所示。焊縫除第一層與最后一層外都要進行清根處理，焊完后進行UT檢查。

4.管型座的質(zhì)量控制

4.1 管型座安裝允許偏差

4.2 管型座的調(diào)整

燈泡貫流式機組有兩大預(yù)埋件：尾水管、管型座。尾水管最先預(yù)埋，因此管型座安裝的高程、中心、至轉(zhuǎn)輪中心線距離等數(shù)據(jù)必須以澆筑完混凝土后的尾水管的實際數(shù)據(jù)為準(zhǔn)。安裝前使用光學(xué)水準(zhǔn)儀將尾水管的實際高程測出，將高程布設(shè)到尾水管內(nèi)部一個固定位置，用全站儀復(fù)測尾水管的中心，并將其布設(shè)到尾水管上。

1）垂直平面度的控制

管型座安裝的垂直平面度應(yīng)考慮機組運行時定子與轉(zhuǎn)子間空氣間隙的分布及尾水管與伸縮節(jié)的連接。由于主軸的安裝要求必須水平，若管型座的垂直平面度超差產(chǎn)生傾斜將會影響到安裝后的定子與主軸不垂直，導(dǎo)致空氣間隙的不均勻，會產(chǎn)生較大的電磁不平衡力。

2）圓度的控制、調(diào)整

管型座下游側(cè)連接的導(dǎo)水機構(gòu)和上游側(cè)連接的定子在吊裝時都會產(chǎn)生一定的變形，產(chǎn)生的變形對兩法蘭面之間的螺孔會產(chǎn)生一定的錯位，為了使此錯位控制在最小范圍內(nèi)，必須將管型座各法蘭面的圓度調(diào)整到最優(yōu)。內(nèi)殼體法蘭直徑小且剛度較好，圓度不易發(fā)生變化。外殼體較單薄、直徑大而與之相連的外導(dǎo)水環(huán)同樣的直徑大易產(chǎn)生橢圓度，為此必須調(diào)整好管型座的圓度使之在合格范圍內(nèi)（圓度可通過外殼體內(nèi)部支撐的輻射型支撐管及外部的拉緊器來調(diào)整），同時在吊裝導(dǎo)水機構(gòu)時對其進行可靠、牢固的加固使其圓度變化控制在最小。

3）高程的控制、調(diào)整

管型座高程最終是和尾水管里襯中心高程是一致的。如果管型座和尾水管的高程偏差超過設(shè)計值后將會導(dǎo)致伸縮節(jié)和尾水管間的螺孔無法對正、螺栓無法安裝，還將會影響水力的順暢流動?？紤]到管型座混凝土澆筑后管型座中心會下降且轉(zhuǎn)輪室在充水情況下會下垂0.2mm—0.5mm左右。主機廠設(shè)計管型座安裝中心高程比尾水管里襯中心高程高4mm，現(xiàn)場根據(jù)經(jīng)驗將此值修正為2.5—3mm。

4）法蘭面至尾水管，內(nèi)外殼體法蘭面距離的控制、調(diào)整

轉(zhuǎn)輪室與尾水管間有20mm的伸縮間隙。管型座至尾水管的距離過小會影響轉(zhuǎn)輪室的吊裝，過大會影響伸縮節(jié)的密封性能。管型座內(nèi)、外殼體法蘭面間的距離直接影響著導(dǎo)水機構(gòu)導(dǎo)葉的端面間隙，距離過小會使導(dǎo)葉端面間隙變小容易造成導(dǎo)葉的卡死，過大會使導(dǎo)葉端面間隙變大增大導(dǎo)葉漏水量甚者會影響機組的停機時間或發(fā)生機組的蠕動現(xiàn)象。使用外殼體至尾水管的間距管進行距離的調(diào)整，調(diào)整時使用全站儀進行監(jiān)測。內(nèi)、外殼體法蘭間的距離可通過使用千斤頂沿軸向頂下豎井的方法調(diào)整，調(diào)整時注意內(nèi)、外殼體之間不能有接觸的地方防止外殼體發(fā)生變化。

5）外殼體法蘭面波浪度的控制、調(diào)整

外殼體直徑大且分4瓣在現(xiàn)場組合而成，法蘭分瓣面的錯牙是波浪度突變的主要原因。為了保證與其它法蘭面連接時兩法蘭面的接觸面積及密封條的壓緊量，法蘭分瓣面的錯牙應(yīng)保證在0.1mm以內(nèi)。法蘭波浪度偏大會影響密封條的壓縮量，壓縮量不夠?qū)?dǎo)致漏水。

4.3 管型座二期混凝土的澆筑

管型座澆筑前仔細檢查基礎(chǔ)楔子板的點焊情況和螺桿拉緊器的拉緊、加固情況，檢查里襯及模板固定情況，防止?jié)仓r變型?；炷翝仓^程中受混凝土入倉、振搗、凝固等的影響，變形的幾率較大。必須密切監(jiān)測管型座的變化，在澆筑管型座中心位置以下須采用全站儀進行監(jiān)測。澆筑時應(yīng)從外殼體外邊兩側(cè)同時進行，盡量做到兩邊的混凝土澆筑量和上升速度保持一致，使管型座周圍的壓力均勻，若管型座數(shù)據(jù)發(fā)生變化達到1mm（中心、高程）時應(yīng)停止?jié)仓?。管型座混凝土澆筑時，采用分層澆筑方式，每層澆筑層厚不超過1.5m，當(dāng)高于1.5m時應(yīng)逐步放慢澆筑速度，澆筑上升速度一般控制在0.3m/h之內(nèi)，必要時可做適當(dāng)?shù)耐ｎD，以防止由于混凝土一次澆筑過高而影響其質(zhì)量，造成對機組的不利影響，液態(tài)混凝土的高度控制在0.6m左右。

5.管型座安裝的幾點建議及注意事項

5.1 桃源水電站除1#管型座外，其余機組管型座均采用壩頂門機以抬吊的方法進行安裝，此方法對操作司機、指揮均提出了較高的要求：操作須統(tǒng)一、動作協(xié)調(diào)、指揮信號清楚。吊裝前需詳細了解當(dāng)天的天氣情況，若遇雨天、風(fēng)力大于五級時禁止起吊，確保安全。

5.2 管型座的安裝、調(diào)整不僅要考慮到與尾水管的高程、中心相一致，同時還要考慮上游側(cè)的定轉(zhuǎn)子空氣間隙、下游側(cè)導(dǎo)水機構(gòu)的導(dǎo)葉端、立面間隙和尾水管與伸縮節(jié)的連接。

5.3 由于內(nèi)殼體的重量較重，管型座全部吊入后先整體調(diào)整內(nèi)殼體，內(nèi)殼體調(diào)整完成后再根據(jù)內(nèi)殼體數(shù)據(jù)調(diào)整外殼體。

5.4 管型座的加固必須牢固，內(nèi)外殼體間的管子千斤頂與尾水管間的支撐管、外部的螺旋扣必須頂牢、拉緊。

5.5 在廠房橋機形成后可以提前將內(nèi)管型座上半部與上豎井在副安裝間組合、焊接完成后一起吊入安裝，不僅施工條件較好還會較大的縮短安裝工期。

5.6 管型座安裝完后在移交土建前需保護好各連接法蘭面，需在法蘭面上涂抹一層黃油，再在黃油上面覆蓋一薄層塑料防止水泥砂漿及雨水對法蘭面的侵蝕，對所有連接螺栓孔全部用布塞實。

5.7 管型座安裝所使用的測量儀器，如光學(xué)水準(zhǔn)儀、全站儀等必須進行檢測，保證其精度要求。另外，對全過程監(jiān)控的每一個測點最好能夠做到從始至終使用同一臺儀器進行觀測，避免因儀器系統(tǒng)誤差不同而造成對安裝精度的判斷失誤。

5.8 注意對測量點的保護，因為它們是整個測量工作的基準(zhǔn)，使用破壞又重新恢復(fù)的測量點會增大安裝誤差，從而造成不必要的時間和經(jīng)濟損失。

5.9 在早、中、晚溫差較大的地方安裝時要考慮到溫度變化對測量儀器的影響，盡量保證在同一時間、同樣的溫度下進行測量。

6.結(jié)語

管型座是機組的主要受力部件也是整個機組安裝的基礎(chǔ)。吊裝前根據(jù)實際情況充分考量、仔細研討出適合現(xiàn)場的吊裝方法和方案。調(diào)整時須全面考慮各部件間的配合關(guān)系，導(dǎo)水機構(gòu)、定子與之連接后的導(dǎo)葉端立面間隙和定子空氣間隙，以及轉(zhuǎn)輪室安裝后伸縮節(jié)與尾水管的連接。調(diào)整完后需仔細加固內(nèi)、外殼體，澆筑混凝土前對各法蘭面及螺栓孔進行有效保護。澆筑混凝土?xí)r要對稱、均勻的上升并使用儀器全程進行監(jiān)測。

參考文獻：

[1]GB/T8564-2003 水輪發(fā)電機組安裝技術(shù)規(guī)范[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.2003.

[2]GB50661-2011 鋼結(jié)構(gòu)焊接規(guī)范.

[3]《管型座安裝作業(yè)指導(dǎo)書》.