抽水蓄能電站錐管與底環(huán)的安裝焊接技術

李慶堂

（中國水利水電第十四工程局有限公司機電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 概述

福建永泰抽水蓄能電站的主機設備由東方電機廠供貨。水泵水輪機為立軸、單級、混流、可逆式結構型式，水泵水輪機額定轉速為428.6 r/min，安裝高程為136.0 m，額定水頭416.0 m，帶有金屬蝸殼和彎肘型尾水管，與發(fā)電電動機通過法蘭直接連接。旋轉方向為：水輪機工況俯視順時針旋轉，水泵工況俯視逆時針旋轉。水泵水輪機主要由：埋入部件、導水機構、轉輪、主軸、水導軸承、主軸密封、導葉接力器、環(huán)形軌道及吊車、機坑踏板、油氣水管路系統(tǒng)、監(jiān)測及控制管路系統(tǒng)等部件組成。

水泵水輪機底環(huán)為整體結構，底環(huán)安裝完成后四周用混凝土填實，底環(huán)通過80顆M30螺栓與座環(huán)把合連接，底環(huán)與座環(huán)間的連接處設置有3道密封，在工地安裝時需進行水壓試驗以確定密封的嚴密性。底環(huán)泄流環(huán)與錐管上口進行焊接連接，錐管下口與肘管上口進行焊接連接。

底環(huán)整體重41.64 t（不含下止漏環(huán)），外形尺寸為Φ5 630 mm×1 830 mm。錐管重12.245 t，外形尺寸為Φ3 030 mm/Φ2 360.6 mm×4 531.3 mm，在錐管上+Y向設置有一道進人門。用主廠房250 t橋機進行底環(huán)與錐管的吊裝工作。

2 吊裝和安裝流程

施工準備→在上里襯安裝前，將錐管與底環(huán)吊入機坑，臨時就位→在座環(huán)研磨前將底環(huán)懸吊在上里襯上→座環(huán)研磨完成后，將底環(huán)落下→底環(huán)安裝調整→底環(huán)與錐管環(huán)縫壓縫→底環(huán)與錐管環(huán)縫焊接→錐管與肘管環(huán)縫壓縫→環(huán)縫外側背板安裝和背板焊接→底環(huán)與錐管外圍鋼筋綁扎、混凝土澆筑→澆筑完成保養(yǎng)7 d后，進行底環(huán)與錐管外圍混凝土灌漿→灌漿完成3 d后進行混凝土壓水試驗→錐管與肘管內側環(huán)縫（封閉縫）焊接→探傷合格后進行涂漆→最后需再次復查底環(huán)安裝尺寸和水平，并進行驗收。

3 吊裝和懸掛方法

用主廠房250 t橋機主鉤進行底環(huán)和錐管的吊裝，用專用吊具與橋機主鉤連接后，將底環(huán)調至水平狀態(tài)，并平穩(wěn)地吊至機坑上方，緩慢落放在座環(huán)上，檢查確認底環(huán)在座環(huán)上放置牢固可靠后，拆除吊具，在底環(huán)孔洞處設置安全網(wǎng)與安全警示牌，同時對水輪機機坑出口處進行可靠封閉，防止人員進入不慎掉入底環(huán)孔洞。待發(fā)電機層混凝土澆筑完成后使用專用工具將底環(huán)懸掛至上里襯上，以方便進行座環(huán)研磨工作。底環(huán)吊入機坑臨時擺放示意如圖1所示，底環(huán)懸掛在上里襯上示意如圖2所示。

圖2 底環(huán)懸吊在上里襯上示意圖

根據(jù)設計圖紙在上里襯上懸吊孔內安裝底環(huán)懸吊螺桿和螺母M72×6 mm、墊圈Φ200 mm/Φ75 mm×30 mm，共8件整圓均勻布置。調整懸吊螺桿在同一垂直高度，安裝墊圈，擰緊螺母，下落橋機主鉤，使懸吊螺桿受力后拆除鋼絲繩（底環(huán)專用吊具保留）。

4 錐管與底環(huán)安裝和焊接

4.1 底環(huán)安裝

（1）座環(huán)研磨完成且驗收合格后，進行底環(huán)正式安裝。

（2）由于底環(huán)是臨時擺放和懸吊在機坑內，為保護好底環(huán)，未對底環(huán)加工面保護層進行清洗，在正式安裝前需進行底環(huán)、座環(huán)各把合面、密封槽的徹底清洗工作，根據(jù)底環(huán)裝配圖安裝3 道密封圈，并進行水壓試驗。

（3）安裝2根50 t鋼絲繩和4個55 t卸扣，緩緩起身橋機主鉤，吊起底環(huán)至懸吊螺桿不受力時，拆除懸吊螺桿和螺母。

（4）緩緩下降橋機主鉤，根據(jù)底環(huán)的X、Y標記線，以座環(huán)為基準調整底環(huán)方位偏差在±3 mm，平均方位偏差在±1.5 mm以內。

（5）底環(huán)就位后，調整底環(huán)與座環(huán)徑向間隙均勻，單邊間隙值應在0.25～0.6 mm范圍內；調整底環(huán)止漏環(huán)安裝止口與座環(huán)上環(huán)板鏜口同心不大于0.5 mm。

（6）用水準儀測量底環(huán)水平，底環(huán)水平不大于0.2 mm。

（7）按照設計要求把緊底環(huán)與座環(huán)連接螺栓和螺母。

（8）檢查底環(huán)下法蘭面與座環(huán)把合面間的軸向間隙，間隙應為0～0.3 mm（螺栓預緊前間隙）。

（9）按照設計圖紙要求對底環(huán)的軸向、徑向密封進行0.7 MPa密封性能試驗。

4.2 錐管安裝和壓縫

（1）底環(huán)固定、測量完成后，調整錐管方位，方位偏差不得大于±4 mm，綜合偏差不大于±2 mm，以肘管上管口的高程、水平為基準調整錐管進水端面的水平，水平偏差應不大于5 mm，必要時修磨錐管或者肘管進水口。在錐管管口與底環(huán)環(huán)縫間隙及錯牙調整時根據(jù)該間隙值配車調整板的厚度以滿足間隙小于3 mm的要求。

（2）高程調整完成后，利用騎馬板、壓板、拉緊器等工具調整錐管管口與底環(huán)環(huán)縫的錯牙小于板厚的10%，間隙小于3 mm。對局部間隙大于3 mm的部位，采用長焊的方法，直至焊縫間隙小于3 mm為止；對局部錯牙大于板厚10%且不可調的部位，采用1∶3焊縫坡度進行平滑過渡，必要時在相應的錐管上開設縱縫來調整。底環(huán)與錐管焊縫如圖3所示。

圖3 底環(huán)與錐管焊縫示意圖

（3）用同樣的方法調整錐管與肘管間隙和錯牙。錐管與肘管環(huán)縫錯牙調整合格后，裝焊連接板、筋板及槽鋼。錐管與肘管焊縫如圖4所示。

圖4 錐管與肘管焊縫示意圖

4.3 錐管與底環(huán)間環(huán)縫焊接

（1）安排2～4名焊工，按對稱、分段、同步焊接的方法進行錐管與底環(huán)環(huán)縫的焊接。

（2）焊接時采用百分表對底環(huán)水平和位移進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)變形超標時，及時改變焊接順序。

（3）對錐管與底環(huán)環(huán)縫進行探傷檢查。

（4）錐管與底環(huán)（泄流環(huán)）環(huán)縫焊接后進行錐管與肘管間環(huán)縫外側連接板的安裝和焊接。按設計圖紙，錐管與肘管間環(huán)縫間隙為20 mm。

4.4 錐管與底環(huán)外側混凝土澆筑

按設計圖紙要求，進行錐管與底環(huán)外圍鋼筋綁扎和混凝土澆筑，混凝土保養(yǎng)達7 d后，進行灌漿，灌漿工作滿3 d后，進行混凝土的壓水試驗，確保錐管與底環(huán)混凝土澆筑密實。

4.5 錐管與肘管環(huán)縫焊接

錐管與底環(huán)混凝土澆筑和灌漿完成，確認合格后，進行錐管與肘管內側環(huán)縫的焊接。

（1）徹底清理焊縫內的雜物和水泥漿，打磨焊縫至露出金屬光澤。

（2）安排2～4名焊工，按對稱、分段、同步焊接的方法進行錐管與肘管環(huán)縫的焊接。

（3）焊接時采用百分表對底環(huán)水平和位移進行監(jiān)控。

（4）按設計圖紙要求對環(huán)縫進行探傷檢查。

5 結束語

抽水蓄能電站是我國“十四五”規(guī)劃的重要建設項目，以后將有大批的抽水蓄能電站進行招標、投標以及建設、投產(chǎn)。因抽水蓄能電站錐管與底環(huán)的安裝順序和施工方法不同于常規(guī)電站，研究和熟練掌握其安裝焊接技術是機組安裝的基礎，是很有必要的。底環(huán)的安裝精度要求高，在底環(huán)/錐管/肘管間的兩條環(huán)縫焊接完成后，對底環(huán)的水平偏差會有影響，所以在焊接過程中需用百分表嚴密監(jiān)測底環(huán)的變形量，根據(jù)變形量及時調整焊接順序，以確保焊接完成后底環(huán)水平能滿足要求。此安裝焊接技術以期對同類型建設項目提供技術支持和借鑒。