世界最大貫流式機(jī)組巴西杰瑞水電站座環(huán)安裝

【摘 要】 本文主要介紹了巴西杰瑞水電站座環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、座環(huán)安裝所需的前期準(zhǔn)備工作、針對(duì)貫流式水電站前期起吊設(shè)備不足采取的吊裝措施，座環(huán)安裝過(guò)程中主要質(zhì)量控制點(diǎn)和具體要求，座環(huán)安裝過(guò)程中各部件之間的焊接和退火等工藝，座環(huán)混凝土澆筑前的加固措施，以及澆筑座環(huán)混凝土之后，座環(huán)法蘭面平面度超標(biāo)采取的處理方法和檢查措施。

【關(guān)鍵詞】 杰瑞水電站 ?座環(huán) ?內(nèi)環(huán) ?外環(huán) ?水平支撐

杰瑞水電站位于巴西北部的朗多尼亞州的馬德拉河流域上，馬德拉河是亞馬遜河的主要支流之一。電站目前裝機(jī)50臺(tái)，單機(jī)容量75MW，為目前單機(jī)容量和總裝機(jī)容量最大的貫流式機(jī)組。機(jī)電設(shè)備左岸廠房22臺(tái)機(jī)組由東方電機(jī)提供，右岸廠房28臺(tái)機(jī)組由阿爾斯通提供。本文介紹的是東方電機(jī)機(jī)組座環(huán)的安裝過(guò)程。

1 引言

杰瑞水電站座環(huán)由上下支柱，內(nèi)環(huán)，外環(huán)，外環(huán)后段等主要部件構(gòu)成。座環(huán)的總重量為324噸，加上輔助支撐等部件一共336噸。左岸廠房共分為兩期，一期廠房共12臺(tái)機(jī)組，左右各有一個(gè)安裝間，但由于廠房整體還未形成，橋機(jī)無(wú)法從安裝間到座環(huán)安裝位置，所以，座環(huán)所有部件的起吊設(shè)備為汽車(chē)吊，從上游進(jìn)水流道運(yùn)輸和起吊座環(huán)設(shè)備。

2 座環(huán)的安裝（如圖1所示）

2.1 座環(huán)安裝前的準(zhǔn)備工作

在座環(huán)安裝之前，測(cè)量尾水管法蘭面的中心高程，測(cè)量尾水管法蘭面到轉(zhuǎn)輪中心線的距離，以尾水管上游法蘭面為基準(zhǔn)，設(shè)置座環(huán)的安裝基準(zhǔn)，即座環(huán)的中心高程與尾水管的中心高程相同，座環(huán)法蘭面到尾水管法蘭面的軸向距離滿足設(shè)計(jì)要求。

座環(huán)底部設(shè)計(jì)有50mm厚的預(yù)埋鋼板（項(xiàng)1），作為座環(huán)的基礎(chǔ)墊板，在安裝座環(huán)之前，應(yīng)敲擊檢查基礎(chǔ)墊板與混凝土之間是否有空洞，如有必要應(yīng)進(jìn)行壓力灌漿，以免在座環(huán)安裝過(guò)程中，隨著座環(huán)重量的逐漸增加，發(fā)生座環(huán)的下沉和傾斜。

2.2 下支柱（項(xiàng)2）的安裝

在基礎(chǔ)墊板上放置千斤頂，楔子板等調(diào)整工具，調(diào)整其頂面高程一致且略高于設(shè)計(jì)高程。吊裝下支柱放置在相應(yīng)的千斤頂上。通過(guò)楔子板、千斤頂以及下支柱四周的頂絲初步調(diào)整下支柱的方位，把緊下支柱基礎(chǔ)螺栓。

2.3 內(nèi)環(huán)（項(xiàng)4）下瓣的安裝

內(nèi)環(huán)重量約149噸，下游與導(dǎo)葉內(nèi)環(huán)連接法蘭直徑5635mm，上游與定子連接法蘭直徑10230mm，軸向長(zhǎng)度4870mm，共分為兩瓣。吊裝內(nèi)環(huán)放置于下支柱上，通過(guò)騎馬板等工具調(diào)整下支柱與內(nèi)環(huán)下瓣焊縫的間隙和錯(cuò)牙。同時(shí)，測(cè)量?jī)?nèi)環(huán)下瓣下游法蘭面的垂直平面度應(yīng)在0.8mm之內(nèi)，測(cè)量方法為：在內(nèi)環(huán)下游地面通過(guò)基準(zhǔn)線放置經(jīng)緯儀，用帶磁力座的鋼板尺緊貼內(nèi)環(huán)下游法蘭面，用經(jīng)緯儀讀取鋼板尺的讀數(shù)。測(cè)量其與尾水管的距離與設(shè)計(jì)偏差在2mm之內(nèi)，測(cè)量其分瓣面的高程差在1mm之內(nèi)。如不滿足要求時(shí)，需要調(diào)整下支柱底部和四周的千斤頂和楔子板，滿足要求之后，打緊下支柱基礎(chǔ)螺栓。

下支柱與內(nèi)環(huán)下瓣對(duì)接焊縫母材鋼板厚度為80mm，布置加熱板進(jìn)行焊前預(yù)熱，預(yù)熱溫度不小于100℃。采用多層、多道、對(duì)稱、分段、退步的焊接方法對(duì)此焊縫進(jìn)行焊接。焊后應(yīng)對(duì)此焊縫進(jìn)行去應(yīng)力退火處理。退火工藝為：加熱升溫到560℃～590℃，升溫速度應(yīng)小于150℃/h，保溫2～3小時(shí)，然后緩慢降溫，降溫速度應(yīng)小于150℃/h;退火時(shí)，加熱區(qū)域?qū)挾仍诤缚p兩側(cè)分別大于或等于200mm，加熱總寬度大于或等于400mm;隔熱體寬度必須是加熱區(qū)域?qū)挾鹊膬杀兑陨?，整條焊縫必須同時(shí)進(jìn)行熱處理。焊縫退火處理后，將焊縫打磨光滑，進(jìn)行100%UT和MT探傷檢查。

焊接和熱處理之后，再次測(cè)量?jī)?nèi)環(huán)下瓣下游法蘭面的垂直平面度應(yīng)在0.8mm之內(nèi)，測(cè)量其與尾水管的距離與設(shè)計(jì)偏差在2mm之內(nèi)，測(cè)量其分瓣面的高程差在1mm之內(nèi)。

2.4 內(nèi)環(huán)上瓣以及上支柱（項(xiàng)3）的安裝

吊裝內(nèi)環(huán)上瓣，放置在內(nèi)環(huán)下瓣上，調(diào)整其相對(duì)位置，安裝銷(xiāo)釘螺栓和把合螺栓，通過(guò)液壓扭矩扳手和氣動(dòng)泵預(yù)緊螺栓扭矩到設(shè)計(jì)值。測(cè)量組圓后的內(nèi)環(huán)圓度應(yīng)在2mm之內(nèi)，測(cè)量?jī)?nèi)環(huán)下游法蘭面的垂直平面度應(yīng)在0.8mm之內(nèi)，測(cè)量其與尾水管的距離與設(shè)計(jì)偏差在2mm之內(nèi)，測(cè)量其中心高程與尾水管的中心高程差在1mm之內(nèi)。

滿足要求之后，安裝上支柱，其焊接和退火過(guò)程與下支柱相同。

2.5 上下導(dǎo)流板（項(xiàng)7和項(xiàng)8）的安裝

吊裝上下導(dǎo)流板，調(diào)整上下導(dǎo)流板和內(nèi)環(huán)，導(dǎo)流板和上下支柱之間的焊縫間隙和錯(cuò)牙，對(duì)此焊縫進(jìn)行焊接。焊后其退火過(guò)程和探傷檢查與內(nèi)環(huán)和支柱焊縫相同。上下導(dǎo)流板安裝好之后，在此檢查內(nèi)環(huán)下游法蘭面的尺寸。

2.6 外環(huán)（項(xiàng)5）安裝

外環(huán)重量約34噸，下游與導(dǎo)葉外環(huán)連接法蘭面直徑11590mm，上游與外環(huán)后段焊接管口直徑為12510mm，軸向長(zhǎng)度為1110mm。在內(nèi)環(huán)安裝好之后，以內(nèi)環(huán)下游法蘭面為基準(zhǔn)，安裝調(diào)整外環(huán)。座環(huán)內(nèi)外環(huán)之間通過(guò)48根支撐管（項(xiàng)11）進(jìn)行連接，座環(huán)內(nèi)外環(huán)在工廠進(jìn)行預(yù)裝時(shí)，在檢查內(nèi)外環(huán)下游法蘭面軸向距離滿足設(shè)計(jì)要求之后，確定支撐管的長(zhǎng)度，然后配加工支撐管，所以在現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，只需按照工廠的標(biāo)記安裝支撐管，利用支撐管上的頂絲進(jìn)行局部調(diào)整即可。內(nèi)外環(huán)共分為4瓣，分瓣面在45°方向，由于空間位置關(guān)系，只能分瓣吊裝，先吊裝底部1/4瓣放置在座環(huán)外部支撐管（項(xiàng)13）上，再吊裝左右兩瓣，最后吊裝頂部1/4瓣。4瓣外環(huán)吊裝在內(nèi)環(huán)上之后，進(jìn)行外環(huán)組圓，按照設(shè)計(jì)值預(yù)緊分瓣面把合螺栓。通過(guò)內(nèi)外環(huán)之間支撐管上的頂絲調(diào)整外環(huán)下游法蘭面的垂直平面度在1mm之內(nèi)，圓度在2mm之內(nèi)，與內(nèi)環(huán)之間的軸向距離與設(shè)計(jì)偏差不大于0.5mm，與內(nèi)環(huán)之間的方位偏差不大于1mm。

2.7 外環(huán)后段（項(xiàng)6）的安裝

外環(huán)后段重30噸，下游管口直接與外環(huán)焊接，與上游流道混凝土連接管口直徑15229mm，軸向長(zhǎng)度2067mm。外環(huán)后段共分為4瓣，和外環(huán)一樣，也是通過(guò)支撐管與內(nèi)環(huán)連接。其安裝方法與外環(huán)安裝相同，為了減小焊接對(duì)外環(huán)下游法蘭面的影響，外環(huán)后段與外環(huán)之間的環(huán)焊縫在座環(huán)混凝土澆筑之后再焊接。

2.8 水平支撐（項(xiàng)9）的安裝

為了增加整個(gè)座環(huán)的剛性，改善水力性能，在座環(huán)內(nèi)外環(huán)之間，設(shè)計(jì)了兩個(gè)水平支撐，其一邊與內(nèi)環(huán)焊接，另外一邊穿過(guò)外環(huán)后段，直接固定在混凝土內(nèi)。

2.9 其他部件的安裝

通過(guò)以上部件的安裝，整個(gè)座環(huán)的過(guò)流部件已安裝結(jié)束，為了減小在混凝土澆筑對(duì)座環(huán)的影響，在測(cè)量其座環(huán)尺寸滿足要求之后，還需要對(duì)座環(huán)進(jìn)行加固。

在座環(huán)內(nèi)外環(huán)之間，焊接槽鋼，減少混凝土澆筑時(shí)外環(huán)和外環(huán)后段的變形。

在尾水管墻面和座環(huán)之間，設(shè)計(jì)有支撐管（項(xiàng)12），以免在混凝土澆筑時(shí)座環(huán)軸向傾斜。

在外環(huán)和外環(huán)后段四周，布置拉緊器，與混凝土側(cè)墻、地面上的基礎(chǔ)板固定。

3 混凝土澆筑以及澆筑后的工作

在混凝土過(guò)程時(shí)，每澆筑一層，應(yīng)測(cè)量座環(huán)的尺寸，檢查是否有變化，如有必要，調(diào)整混凝土的澆筑順序。

（1）在混凝土澆筑后，割除座環(huán)過(guò)流面的內(nèi)部支撐管，檢查混凝土與座環(huán)之間是否有空洞，杰瑞電站采用敲擊檢查的方法，對(duì)于空洞尺寸小于0.2m2（￠500mm）的區(qū)域，不作處理;對(duì)于空洞尺寸大于0.2m2（￠500mm）的區(qū)域進(jìn)行壓力灌漿處理，如圖2所示，其具體要求如下：

灌漿孔尺寸：1”，排氣孔尺寸：￠10，最大灌漿壓力：0.15Mpa

壓力灌漿完成后對(duì)灌漿孔及排氣孔進(jìn)行封焊，打磨平滑后進(jìn)行100%MT探傷。

（2）在座環(huán)混凝土澆筑凝固之后，需要檢查測(cè)量座環(huán)的尺寸。主要檢查座環(huán)下游內(nèi)外環(huán)法蘭垂直平面度，如法蘭平面度太大會(huì)影響導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝之后法蘭的密封性，在巴西杰瑞電站座環(huán)混凝土澆筑之后，均出現(xiàn)了座環(huán)下游法蘭面垂直平面度超差的情況。

（3）以首臺(tái)機(jī)為例介紹座環(huán)下游法蘭面垂直平面度超差的處理。

1）外環(huán)下游法蘭面等分64個(gè)區(qū)域，內(nèi)環(huán)下游法蘭等分32個(gè)區(qū)域，用激光跟蹤儀準(zhǔn)確測(cè)量座環(huán)內(nèi)外環(huán)下游法蘭面的垂直平面度，內(nèi)環(huán)為4.3mm，外環(huán)為5.6mm;

2）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定打磨基準(zhǔn)，內(nèi)環(huán)打磨基準(zhǔn)為4741mm，外環(huán)打磨基準(zhǔn)為3801.5mm;

3）確定每個(gè)區(qū)域的打磨量，用工具標(biāo)記打磨深度。

4）采用風(fēng)動(dòng)砂輪機(jī)進(jìn)行打磨。

5）局部用刀口尺檢查平面，高低點(diǎn)相差不能大于0.20mm;首臺(tái)機(jī)組打磨之后，用激光跟蹤儀測(cè)量座環(huán)內(nèi)外環(huán)下游法蘭垂直平面度，內(nèi)環(huán)為1.0mm，外環(huán)為1.7mm。

座環(huán)內(nèi)外環(huán)下游法蘭面垂直平面度打磨前后如圖3，圖4所示。：

導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝之后，座環(huán)和導(dǎo)水機(jī)構(gòu)法蘭面密封水壓試驗(yàn)，試驗(yàn)壓力0.4MPa，時(shí)間30分鐘，沒(méi)有出現(xiàn)漏水的情況，說(shuō)明座環(huán)下游法蘭面的打磨是滿足要求的。首臺(tái)機(jī)座環(huán)打磨時(shí)間約15天，后續(xù)機(jī)組座環(huán)法蘭面打磨約10天。

4 結(jié)語(yǔ)

大型貫流式機(jī)組座環(huán)，在電站安裝時(shí)，一般橋機(jī)都無(wú)法使用，根據(jù)電站的實(shí)際情況制定相應(yīng)的安裝方案。

大型貫流式機(jī)組座環(huán)法蘭面容易受到由于運(yùn)輸、焊接、混凝土澆筑等諸多因數(shù)而變形，在安裝過(guò)程中，如果法蘭面平面度無(wú)法調(diào)整或者調(diào)整難度過(guò)大，可以通過(guò)澆筑混凝土之后進(jìn)行打磨處理。

作者簡(jiǎn)介：高彬（1979—），男，漢族，四川簡(jiǎn)陽(yáng)人，工程師，東方電機(jī)有限公司安裝技術(shù)服務(wù)部，主要從事水電站水輪機(jī)及其附屬設(shè)備安裝、調(diào)

試技術(shù)工作。