苗尾電站水輪機(jī)筒閥安裝工藝研究

付有泰

（中國(guó)水利水電第十四工程局有限公司苗尾電站機(jī)電安裝項(xiàng)目部，云南 昆明650032）

1 概述

苗尾水電站位于云南省大理州云龍縣舊州鎮(zhèn)苗尾村附近瀾滄江河段上，上游與大華橋水電站銜接，下游為功果橋水電站，電站為明廠房結(jié)構(gòu)，裝有4臺(tái)單機(jī)容量為350 MW的水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量為1 400 MW，最大壩高131.30 m，最大水頭104.6 m，額定水頭93.0 m。

2 苗尾水電站筒閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

水輪機(jī)筒閥由筒體、筒閥接力器、筒閥上下密封、筒閥導(dǎo)向條組成，筒體外徑Φ8 935 mm，高2 035 mm，壁厚140 mm，由2瓣組成，總重61.462 t，每個(gè)組合面有3顆Φ40錐銷定位，2顆軸向定位，1顆徑向定位。然后用24顆M48 mm的特殊螺栓將兩瓣筒體把合成整圓，筒體上均勻布置6個(gè)M56 mm螺孔，用于筒體的吊裝與鎖定。筒閥在關(guān)閉位置可以截?cái)鄬?dǎo)水機(jī)構(gòu)與座環(huán)之間的水流通道，筒閥在開(kāi)啟位置時(shí)，提升至座環(huán)與頂蓋之間形成的空間內(nèi)，筒閥分手動(dòng)和自動(dòng)，電液控制系統(tǒng)引入機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)程序中，正常運(yùn)行時(shí)，筒閥在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)關(guān)閉機(jī)組停機(jī)后再關(guān)閉，開(kāi)機(jī)時(shí)，筒閥在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)打開(kāi)前開(kāi)啟。

筒閥下密封安裝在底環(huán)上，筒閥上密封安裝在頂蓋上，筒閥接力器提升桿采用埋入式與筒體連接，超級(jí)螺母布置在筒體上開(kāi)設(shè)的窗口內(nèi)，筒閥接力器安裝完成后，窗口外側(cè)用不銹鋼板焊接封堵，窗口內(nèi)側(cè)敞開(kāi)，方便接力器事故檢修。筒閥接力器下缸蓋與頂蓋之間設(shè)有墊環(huán)，便于接力器與頂蓋不垂直時(shí)直接修磨墊環(huán)調(diào)整其垂直度，接力器提升桿與筒體接觸面也設(shè)有墊環(huán)，便于調(diào)整筒體與提升桿的垂直度，同時(shí)增加了接觸面積，減少了擠壓力。

3 筒體組裝焊接

3.1 筒體的組裝

在安裝間筒體組裝工位布置1個(gè)組裝平臺(tái)，平臺(tái)由8個(gè)高300 mm的鋼支墩沿直徑為Φ8 935 mm分布圓均勻布置，筒體組合縫處兩邊各設(shè)置1個(gè)支墩。在鋼支墩上成對(duì)布置楔子板，用水準(zhǔn)儀測(cè)量楔子板高程應(yīng)控制在1 mm以內(nèi)，在楔子板上放置同一厚度（0.5 mm）的銅皮以保護(hù)筒體密封面，將分瓣筒體運(yùn)輸至卸貨間，依次吊放在事先布置好的鋼支墩上，拆下分瓣面的法蘭和筒體運(yùn)輸支撐，將分瓣筒體把合面、螺栓孔、把合螺栓以及銷釘?shù)葟氐浊逑锤蓛?，用刀口尺檢查，去除把合面的高點(diǎn)、毛刺。將分瓣筒體緩慢靠近直至組合面約50 mm時(shí)，穿入筒體把合螺栓，通過(guò)旋緊螺栓逐步將分瓣筒體把合在一起，并初步把緊螺栓，檢查筒體組合面及銷孔的錯(cuò)牙，滿足要求后，按圖裝入筒體分瓣面銷釘，銷釘應(yīng)低于筒體表面3 mm，最后采用廠家提供的專用工具分2次預(yù)緊把合螺栓，確保力矩滿足設(shè)計(jì)要求，螺栓預(yù)緊時(shí)應(yīng)從中間向兩端展開(kāi)。

3.2 筒體水平、圓度測(cè)量調(diào)整

用水準(zhǔn)儀配測(cè)微儀測(cè)量筒體上平面水平度，測(cè)點(diǎn)盡可能布置在頂蓋限位塊和接力器連接位置，在筒體下平面布置6個(gè)液壓千斤頂配合調(diào)整水平，確保整圈水平度控制在0.30 mm以內(nèi)，用框式水平儀校核應(yīng)控制在0.04 mm/m以內(nèi)，調(diào)整完成后，檢查筒體上、下密封面的平面度，平面度應(yīng)控制在0.30 mm以內(nèi)，水平度調(diào)整滿足要求后，用內(nèi)徑千分尺測(cè)量筒體圓度，圓度應(yīng)控制在3 mm以內(nèi)，因筒閥屬薄壁大型結(jié)構(gòu)件，運(yùn)輸、吊裝過(guò)程中難免會(huì)造成一定變形，圓度不滿足要求時(shí)可采用廠家提供的調(diào)整支架對(duì)圓度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，必要時(shí)可對(duì)焊接位置的選擇和焊接順序通過(guò)焊接變形來(lái)調(diào)控筒體的圓度。

3.3 筒體焊接

將焊接部位及區(qū)域50 mm以內(nèi)清理打磨干凈，直至露出金屬光澤，嚴(yán)格按照廠家工藝要求預(yù)熱至80℃，焊接采用多層、多道、對(duì)稱、分段、退步的焊接方法。焊接前在合縫位置加焊U型“騎馬板”加固，同時(shí)在筒體組合縫內(nèi)外兩側(cè)架設(shè)百分表對(duì)焊接變形進(jìn)行全過(guò)程監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)調(diào)整焊接位置和焊接順序，騎馬板焊接及百分表監(jiān)測(cè)如圖1所示。

圖1 騎馬板焊接示意圖及焊接變形監(jiān)測(cè)

筒體組合焊縫上平面往下約220 mm一段為不銹鋼，筒體下平面組合焊縫為不銹鋼，如圖2所示A、B、C 3個(gè)部位為不銹鋼與碳鋼焊接交接區(qū)域，焊接時(shí)采用不銹鋼焊材（GB E309 Mol-16）焊接5 mm過(guò)渡段，其余部位采用普通焊材（GB 5015）進(jìn)行焊接，過(guò)渡段焊接如圖2所示。

圖2 不銹鋼過(guò)渡焊接區(qū)域

筒體焊接完成后進(jìn)行把合孔封堵板的焊接，焊接時(shí)為間隔分段焊，全部焊接完成后，將所有焊縫打磨平滑，進(jìn)行UT和PT檢測(cè)。

4 筒體與頂蓋套裝

在筒體內(nèi)側(cè)沿圓周方向均勻布置8個(gè)高1200 mm的鋼性支墩，保證頂蓋法蘭面與筒體上平面應(yīng)有至少1 000 mm的距離，每個(gè)鋼支墩上放一對(duì)楔子板并調(diào)整其水平度控制在0.5 mm以內(nèi)，在楔子板上放置同等厚度（0.5 mm）的銅皮以保護(hù)頂蓋抗磨面。將組裝成整體的頂蓋吊放筒體內(nèi)側(cè)的鋼支墩上，吊放的過(guò)程中調(diào)整頂蓋的方位及中心，使頂蓋上的操作桿通孔與筒閥上的接力器提升桿孔基本同心，頂蓋吊裝就位后精調(diào)頂蓋水平使其控制在0.20 mm以內(nèi)，同時(shí)安裝筒閥提升螺桿，精調(diào)頂蓋與筒閥的同心度，同心度應(yīng)控制在0.50 mm以內(nèi)。

5 筒閥接力器安裝

頂蓋筒閥套裝完成后，進(jìn)行筒閥接力器的安裝，將筒閥接力器運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，在油壓6.3 MPa下進(jìn)行密封滲漏試驗(yàn)、串油試驗(yàn)，接力器應(yīng)動(dòng)作靈活、不發(fā)卡，缸體間的漏油量不超過(guò)0.04 L/min，過(guò)程中測(cè)量接力器行程，偏差應(yīng)在1 mm以內(nèi)，試驗(yàn)結(jié)束后拆除接力器墊環(huán)密封。

用磨光機(jī)將頂蓋上平面安裝墊環(huán)的位置清理干凈，將試驗(yàn)合格的接力器逐個(gè)吊放在頂蓋上，緩慢將筒閥接力器逐個(gè)與筒體連接，初步預(yù)緊超級(jí)螺母，采用掛鋼琴線的方法測(cè)量活塞桿的垂直度，垂直度應(yīng)控制在0.10 mm/m，否則應(yīng)拆下接力器墊環(huán)，根據(jù)垂直度數(shù)據(jù)對(duì)接力器墊環(huán)進(jìn)行修磨。修磨量計(jì)算如圖3所示。

已知墊環(huán)半徑D，活塞桿垂直度A，活塞桿長(zhǎng)度M，計(jì)算修磨量X，采用相似三角形原理：A/M=X/D→X=A×D/M，計(jì)算出X后，根據(jù)計(jì)算值拆下墊環(huán)進(jìn)行修磨，修磨時(shí)用刀口尺對(duì)平面度檢查，用外徑千分尺測(cè)量修磨量，修磨完成后重復(fù)安裝步驟，同時(shí)用0.02 mm塞尺檢查筒體與提升桿墊環(huán)處無(wú)間隙，再次測(cè)量接力器活塞桿垂直度，垂直度滿足設(shè)計(jì)要求，將接力器墊環(huán)點(diǎn)焊固定。

圖3 修磨量計(jì)算圖

拆除接力器超級(jí)螺栓，進(jìn)行接力器墊環(huán)焊接，焊接時(shí)才用分段、對(duì)稱、退步的焊接工藝，先焊接外側(cè)，再焊接內(nèi)側(cè)，焊接過(guò)程中用百分表成90°方向?qū)附幼冃芜M(jìn)行監(jiān)測(cè)，使焊接變形有利于接力器提升桿垂直度更優(yōu)的方向進(jìn)行，焊接完成后將焊縫打磨光滑，進(jìn)行表面PT探傷和煤油滲漏試驗(yàn)，確保焊縫無(wú)滲漏。

然后將接力器拆除，檢查墊環(huán)平面度，必要時(shí)可進(jìn)行修磨，平面度檢查合格后，安裝墊環(huán)密封，重復(fù)接力器安裝步驟，將接力器把緊在墊環(huán)上，采用掛鋼琴線的方法再次測(cè)量接力器提升桿垂直度，垂直度應(yīng)控制在0.10 mm以內(nèi)，垂直度滿足要求后按圖安裝超級(jí)螺栓、超級(jí)螺母，并用力矩扳手?jǐn)Q緊，再次檢查接力器提升桿垂直度。各項(xiàng)指標(biāo)滿足要求后，接入壓泵進(jìn)行動(dòng)作試驗(yàn)，動(dòng)作過(guò)程中對(duì)其同步性進(jìn)行監(jiān)測(cè)，升降均勻度應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)，整個(gè)過(guò)程筒閥接力器應(yīng)動(dòng)作靈活、不發(fā)卡。

結(jié)束后按照?qǐng)D紙要求依次焊接各個(gè)窗口封堵板，并將焊縫打磨光滑進(jìn)行UT和PT檢測(cè)。

6 筒閥導(dǎo)軌安裝焊接

采用掛鋼琴線的方法測(cè)量筒體外表面12個(gè)導(dǎo)向條垂直度，垂直度應(yīng)控制在0.10 mm以內(nèi)。同時(shí)測(cè)量座環(huán)固定導(dǎo)葉垂直度，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝前對(duì)固定導(dǎo)葉導(dǎo)向條的平面度和垂直度進(jìn)行初步修磨。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝時(shí)，頂蓋中心方位及同心度確定后，測(cè)量筒體外側(cè)青銅導(dǎo)向條與座環(huán)固定導(dǎo)葉的間隙，測(cè)量時(shí)筒體均勻起落3次，測(cè)量3次，取其平均值作為最終的間隙值，并根據(jù)該值計(jì)算出各導(dǎo)向條的厚度，導(dǎo)向條焊接完成后筒體與固定導(dǎo)葉之間的間隙為1.0～1.2 mm。

將加工后的導(dǎo)向條按照固定導(dǎo)葉編號(hào)做出相應(yīng)的標(biāo)記，安裝時(shí)按圖將座環(huán)固定導(dǎo)葉尾部進(jìn)行氣割打磨處理，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)預(yù)裝完成后，用自制的楔子工具將加工合格的導(dǎo)向條按照編號(hào)安裝在對(duì)應(yīng)的固定導(dǎo)葉上，用0.03 mm檢查固定導(dǎo)葉與導(dǎo)向條之間的間隙，不得通過(guò)，然后將導(dǎo)向條點(diǎn)焊固定，焊角為5 mm，每個(gè)焊點(diǎn)長(zhǎng)度不小于10 mm，兩側(cè)點(diǎn)焊間距控制在300 mm左右，點(diǎn)焊完成后拆除楔子工具。

導(dǎo)向條焊接時(shí)采用2個(gè)人對(duì)稱、同步、分段、退步、窄道的焊接工藝，焊接完成后按導(dǎo)葉翼型打磨光滑過(guò)渡，并進(jìn)行表面PT檢測(cè)，采用掛鋼琴線的方法測(cè)量導(dǎo)向條的垂直度，應(yīng)控制在0.08 mm以內(nèi)，用塞尺配合平尺檢查導(dǎo)向條的平面度，對(duì)局部高低點(diǎn)進(jìn)行修磨，導(dǎo)向條安裝焊接及修磨過(guò)程中一定要將活動(dòng)導(dǎo)葉端面保護(hù)好，避免鐵屑等渣子掉入。導(dǎo)水機(jī)構(gòu)正式安裝時(shí)，頂蓋安裝就位并對(duì)稱初步把緊部分把合螺栓，接入壓泵將筒體緩慢分段下落，過(guò)程中安排專人測(cè)量筒體下落，同步性應(yīng)控制在2 mm以內(nèi)，分段測(cè)量座環(huán)導(dǎo)向條與筒體導(dǎo)向條之間的間隙值應(yīng)在1.0～1.2 mm，必要時(shí)進(jìn)行修磨，間隙檢查滿足要求后，把緊頂蓋與座環(huán)把合螺栓進(jìn)行筒閥油管路的安裝，最后按照廠家設(shè)計(jì)圖紙安裝筒閥上、下密封。

7 筒閥動(dòng)作試驗(yàn)

上述工作全部完成，同時(shí)筒形閥油管路安裝完成，油壓裝置建壓后，進(jìn)行筒閥的無(wú)水調(diào)試試驗(yàn)，筒閥應(yīng)整體動(dòng)作靈活、不發(fā)卡，再次測(cè)量固定導(dǎo)葉導(dǎo)向條與筒體之間的間隙應(yīng)滿足廠家設(shè)計(jì)要求。

8 結(jié)束語(yǔ)

至2018年3月苗尾電站4臺(tái)套350 MW水輪發(fā)電機(jī)組全部投產(chǎn)發(fā)電，圓筒閥安裝調(diào)試各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，隨著國(guó)內(nèi)高水頭巨型水電站的不斷開(kāi)工建設(shè)，水輪機(jī)筒閥在水電站的運(yùn)用優(yōu)點(diǎn)將更加突出，這里認(rèn)真總結(jié)了苗尾水電站筒形閥的安裝工藝，其成功的工藝措施可對(duì)同類工程提供技術(shù)支持。