周寧抽水蓄能電站座環(huán)蝸殼安裝工藝

鄭達(dá)煒，熊 妍

(1. 中國水電第十六工程局有限公司，福建 福州 350000； 2. 華電福新周寧抽水蓄能有限公司，福建 寧德 352100)

周寧抽水蓄能電站內(nèi)安裝有4臺單機300 MW的立軸單級混流可逆式水泵水輪發(fā)電機組[1]。機組采用金屬蝸殼，座環(huán)蝸殼分兩瓣運輸至廠房安裝間后，在廠房內(nèi)進(jìn)行組裝焊接。座環(huán)蝸殼的安裝工藝流程主要包括分瓣座環(huán)組裝、焊接，蝸殼瓦片掛裝、焊接，座環(huán)蝸殼吊裝、調(diào)整，蝸殼延伸段安裝，蝸殼水壓試驗，機坑里襯下段安裝和蝸殼保壓澆筑等流程[2]。

1 施工準(zhǔn)備

座環(huán)混凝土支墩澆筑完成后，采用全站儀對座環(huán)蝸殼安裝基準(zhǔn)線、蝸殼進(jìn)口法蘭面安裝基準(zhǔn)線、基準(zhǔn)高程點進(jìn)行測量放樣[3]。根據(jù)施工經(jīng)驗，為了便于后續(xù)尾水錐管和球閥的安裝，座環(huán)安裝基準(zhǔn)中心線和基準(zhǔn)高程點放樣，應(yīng)參考已安裝的尾水肘管和引水壓力鋼管中心線；中心線的線架須牢固、可靠，做好保護(hù)，設(shè)置警示標(biāo)志；中心線使用0.3 mm的鋼琴線來設(shè)置，機組中心線和高程基準(zhǔn)點相對于廠房的基準(zhǔn)點誤差不應(yīng)超過±1.0 mm。

2 施工工藝

2.1 座環(huán)組裝

分瓣座環(huán)蝸殼運抵安裝現(xiàn)場，首先應(yīng)清理座環(huán)分瓣組合面和定位螺栓孔。使用起重設(shè)備將第一瓣的座環(huán)蝸殼吊放到鋼支墩上，使用精密水準(zhǔn)儀測量座環(huán)法蘭面水平值，調(diào)整座環(huán)蝸殼法蘭面高低差在0.40 mm以內(nèi)，并臨時加固；再將另一瓣的座環(huán)蝸殼吊起，完成座環(huán)蝸殼的整體組合[2]。

對稱擰緊定位螺栓和把合螺栓M64，檢查座環(huán)組合縫的間隙和錯牙，測量座環(huán)直徑和圓度。組合縫間隙應(yīng)低于0.05 mm，局部間隙不應(yīng)高于0.10 mm，周向水平不應(yīng)高于0.4 mm，座環(huán)上膛口和下膛口直徑偏差要求為0～0.78 mm，座環(huán)圓度不應(yīng)高于1.5 mm[4]。

2.2 座環(huán)焊接

分瓣座環(huán)的焊縫使用手工電弧焊接的方法來進(jìn)行。座環(huán)上、下環(huán)板材質(zhì)為S500Q-Z35，固定導(dǎo)葉材質(zhì)為S500Q，均使用焊條J607RH焊接；下圍板材質(zhì)為Q235B，下法蘭材質(zhì)為Q345B，使用焊條J507焊接。施焊前，應(yīng)對焊條進(jìn)行烘烤，烘烤參數(shù)詳見表1。

表1 焊條烘烤參數(shù)

材質(zhì)、規(guī)格、爐號、批號不同的焊材烘烤時用柵格隔開，并作好標(biāo)識；烘烤溫度與恒溫時間不相同的焊條，不可以同爐烘烤；二次烘烤的焊條應(yīng)做好標(biāo)記與記錄，不得與新焊條同爐烘烤。烘烤后的焊條須保存在100～150℃的恒溫箱內(nèi)，且在恒溫箱內(nèi)的保管時間不得超過72 h，焊條藥皮應(yīng)無脫落和明顯的裂紋[5]。施焊時，焊條放在保溫筒內(nèi)，隨用隨取，焊條在保溫筒內(nèi)的時間不得超過4 h；若超過4 h必須重新烘烤，且重復(fù)烘干的次數(shù)須符合表1的要求。

座環(huán)組合縫焊接前，采用履帶式陶瓷加熱器在焊縫兩側(cè)預(yù)熱，用紅外線測溫儀進(jìn)行溫度監(jiān)測，預(yù)熱溫度應(yīng)從加熱板的反面測量，溫度測量點距焊縫坡口邊緣約為70 mm。各部位的焊前預(yù)熱溫度及焊接時的層間溫度要求詳見表2。

表2 焊前預(yù)熱溫度及焊接時層間溫度要求

當(dāng)焊接中斷重新焊接時或分道退焊時用紅外線測溫儀測量層間溫度，發(fā)現(xiàn)層間溫度低于表2所示的溫度時，應(yīng)對焊縫重新加熱[6]。層間溫度應(yīng)在焊道上進(jìn)行測量。座環(huán)上、下環(huán)板、過渡段焊縫在冷卻降溫前，應(yīng)立即加熱升溫到200～250℃，保溫至少2 h，然后緩慢冷卻到室溫。

2.3 蝸殼掛裝

蝸殼湊合節(jié)瓦塊下料測量如圖1所示。

圖1 蝸殼湊合節(jié)瓦片下料測量圖

蝸殼湊合節(jié)割配好后，掛裝湊合節(jié)，并調(diào)整湊合節(jié)與相鄰蝸殼斷面環(huán)縫間隙、錯牙，裝配間隙控制在0～4 mm之間，上錯牙不大于2 mm，局部錯牙最大值應(yīng)小于蝸殼板厚10%，間隙如達(dá)不到可做長焊處理。

為減少座環(huán)蝸殼在機坑安裝時間，蝸殼進(jìn)口段環(huán)節(jié)也依次在安裝間進(jìn)行掛裝及焊接。

2.4 蝸殼焊接

蝸殼湊合節(jié)焊接時先焊接進(jìn)水口側(cè)的環(huán)縫，完成后焊接出水口側(cè)環(huán)縫，最后焊接與過渡段的焊縫；蝸殼進(jìn)口段焊接時，按掛裝順序依次焊接環(huán)縫，最后焊接過渡段的焊縫。過渡段縱縫焊接時，先焊接下蝶形邊，后焊接上蝶形邊。

蝸殼焊接采用多層多道鑲邊退步焊接方法，在大坡口側(cè)焊滿坡口深度1/2后，背面清根，打磨，經(jīng)檢測合格后，兩側(cè)交替對稱施焊。

湊合節(jié)出水口側(cè)環(huán)縫為合攏環(huán)縫，屬于封閉焊接，應(yīng)力較大。打底焊時采用疊焊，對稱施焊。疊焊長度為300～400 mm，打底焊縫焊接應(yīng)連續(xù)完成，不得間斷。在焊接過程中除第一層和最后一層焊道外，其余各層焊道均進(jìn)行錘擊。

2.5 吊裝調(diào)整

由于座環(huán)蝸殼為非對稱結(jié)構(gòu)，蝸殼進(jìn)口段在安裝間裝配、焊接完成后，座環(huán)蝸殼合成重心位于第三象限，坐標(biāo)為：(-513.7 mm，-401.4 mm)(X軸，Y軸)，總重約為128.8 t。本著節(jié)約成本、確保安全的目的，采用4根導(dǎo)水機構(gòu)吊裝用φ110 mm鍍鋅無接頭鋼絲繩作為吊索進(jìn)行座環(huán)蝸殼吊裝作業(yè)。

導(dǎo)水機構(gòu)吊裝用鍍鋅無接頭鋼絲繩周長為12 m，座環(huán)蝸殼吊裝時只能做雙股鋼絲繩使用，則鋼絲繩使用時有效長度為定值6 m。根據(jù)座環(huán)蝸殼重心分布位置可知，座環(huán)蝸殼吊裝時，-X側(cè)吊耳至座環(huán)蝸殼重心的水平距離最短，為2 146 mm，橋機吊鉤距吊耳所在水平面的垂直高度相同，則-X側(cè)吊耳至吊鉤的鋼絲繩長度最短，以6 m計，經(jīng)施工放樣，可知橋機吊鉤至吊耳所在水平面距離為5 603 mm。結(jié)合其他各吊耳至座環(huán)蝸殼重心距離，可放樣得出+X側(cè)、+Y側(cè)、-Y側(cè)吊耳至吊鉤的鋼絲繩長度分別為6 470、6 417、6 059 mm，各方向鋼絲繩放樣示意圖見圖2。

圖2 座環(huán)蝸殼吊裝鋼絲繩放樣示意圖

因座環(huán)蝸殼吊裝選用的座環(huán)蝸殼導(dǎo)水機構(gòu)吊裝用鍍鋅無接頭鋼絲繩等長，為滿足座環(huán)蝸殼吊裝時鋼絲繩長度要求，搭配使用55、85 t卸扣調(diào)節(jié)吊索長度。座環(huán)蝸殼吊裝吊索配置如表3所示。

表3 座環(huán)蝸殼吊裝吊索配置表

按照以上配置座環(huán)蝸殼吊具，在座環(huán)蝸殼吊裝時各方向吊索總長度基本達(dá)到理論值，在座環(huán)蝸殼吊裝時周向水平度約為10 mm，滿足吊裝需求。

座環(huán)蝸殼吊裝就位后，根據(jù)事先在機坑放樣的基準(zhǔn)線和高程基準(zhǔn)點，反復(fù)調(diào)整座環(huán)上法蘭面的中心、水平、高程，直到滿足設(shè)計要求。由于蝸殼和座環(huán)是一個整體，所以座環(huán)調(diào)整時，應(yīng)注意兼顧蝸殼的調(diào)整，同時兼顧壓力鋼管出水口位置、高程。座環(huán)蝸殼調(diào)整好后，把緊拉近螺桿并復(fù)測上述技術(shù)指標(biāo)應(yīng)滿足要求。

2.6 延伸段安裝

座環(huán)蝸殼整體調(diào)整加固完成后，按廠內(nèi)所打的標(biāo)記將蝸殼延伸段吊裝就位，調(diào)整延伸段段法蘭面與座環(huán)X軸的平行距離，延伸段進(jìn)口中心線與座環(huán)Y軸的平行距離及法蘭面的垂直度、中心高程。調(diào)整合格后，參照蝸殼湊合節(jié)焊接工藝進(jìn)行焊接，焊接過程中嚴(yán)格控制焊接變形，確保壓力鋼管、進(jìn)水閥、直管段、伸縮節(jié)等與蝸殼的正確連接與平滑過度。

3 水壓試驗及保壓澆筑

座環(huán)蝸殼安裝完成并驗收合格后，安裝與蝸殼連接的各排氣、排水以及測壓管路，并按要求安裝封水環(huán)及悶頭等蝸殼打壓設(shè)備。

蝸殼水壓試驗前，在座環(huán)蝸殼軸線內(nèi)外等處焊接水壓試驗測量支架，以便架設(shè)百分表，在水壓試驗時監(jiān)測蝸殼變形情況及座環(huán)水平、中心變化情況。蝸殼變形監(jiān)測端面布置如圖3所示。

圖3 蝸殼水壓試驗監(jiān)測百分表布置示意圖

在蝸殼水壓試驗具備條件后，開始對蝸殼進(jìn)行注水，過程中打開延伸管頂端上的閥門排氣，直至開始排

水，關(guān)閉閥門。然后利用試驗泵從水箱抽水進(jìn)行加壓，通過觀測壓力均壓管口壓力表，試驗泵壓力表和進(jìn)水管壓力表讀數(shù)對蝸殼壓力進(jìn)行控制，按壓力遞增圖采取分階段逐步升壓、保壓，如圖4所示。

圖4 蝸殼打壓及澆筑壓力試驗圖

在蝸殼水壓試驗過程中，應(yīng)實時監(jiān)控蝸殼各部位的變形情況，如發(fā)現(xiàn)漏水、變形量太大、整體位移等異常情況要第一時間停止試驗，經(jīng)過處理并驗收合格后方可再次進(jìn)行試驗。在蝸殼水壓試驗合格后，應(yīng)對座環(huán)高程、水平、軸線等數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)測，合格后才能進(jìn)行二期混凝土澆筑。

為防止蝸殼在混凝土澆筑時產(chǎn)生有害變形以及保證混凝土的澆筑質(zhì)量，混凝土澆筑應(yīng)分層、分倉，嚴(yán)格控制澆筑順序和澆筑速度；同時要監(jiān)測蝸殼變形情況，根據(jù)監(jiān)測情況隨時做出調(diào)整。至此座環(huán)蝸殼安裝完成。

4 結(jié) 語

周寧抽水蓄能電站4臺機組的座環(huán)蝸殼均采用上述工藝進(jìn)行安裝，目前已全部完成安裝，各臺機組的座環(huán)整體水平度均小于0.2 mm，安裝質(zhì)量明顯優(yōu)于以往的項目。實踐證明，本文所述的抽水蓄能電站地下廠房分瓣座環(huán)蝸殼安裝工藝及注意事項有助于工程建設(shè)單位進(jìn)行質(zhì)量管控、提升安裝質(zhì)量，對今后類似工程的施工具有借鑒意義。