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棉花滩水电站4号机座环及蜗壳安装 |
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| 棉花滩水电站4号机座环及蜗壳安装 |
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作者：佚名 文章来源：不详 点击数： 更新时间：2008-9-24 10:30:06  |
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徐文仙
华东勘测设计研究院，浙江 杭州 310014
棉花滩水电站的地下厂房内共安装4台150 MW混流式水轮发电机组，机组额定水头87.6 m，水轮机部分由Voith公司供货，4号机由中国水利水电第十四工程局安装公司安装。
1 座环安装
座环是安装水轮机的基准，因此座环的高程、中心、水平度应严格按质量要求调整好，尤其是座环的水平度，将直接影响底环、顶盖等的水平度与垂直度，因此座环从组装、焊接到安装整个过程都应严格控制质量。
1.1 座环组装
座环总重41 t，分两瓣在工地安装场拼合组焊成整体，共有24个固定导叶，固定导叶净高为1 260 mm，材质为ZG20SIMn；座环直径为5 510 mm，上、下环厚度为105（90）mm，材质为Q345D ，Z35，中部留有10 mm钝边。
座环组装前首先对座环组合面进行清扫、去毛刺，清理组合螺栓及定位销钉，并用厂家提供的临时把合螺栓按图纸要求把合座环，用塞尺检查组合缝间隙，要求0.05 mm塞尺不能通过，局部允许间隙不大于0.10 mm。深度不大于组合缝宽度1／3，总长不超过周长的1／5，且过流面错牙局部最大不超过2 mm。
1.2 座环的焊接
座环焊接时要严格控制焊接变形。焊前先在合缝两边90 mm处各打上一排标记，以便在焊时及时观察焊缝收缩，并在座环环板上安装焊接内部支撑，以加强座环合缝面焊接时的刚度。为了减小焊接应力，对组合缝焊道及两侧各300 mm范围内进行焊前加热，加热温度在100～120℃，并在整个焊接过程中均保持此温度，焊道层间焊接时温度不得高于280℃。完成焊接后进行后热处理，后热升温每小时约40～60℃，加热至300℃左右保温2 h再降温，以每小时30～50℃的速度逐渐冷却至室温。加温采用履带式220V远红外加热器，并用石棉布等保温材料保温。
座环焊接由4名焊工上、下对称施焊，两边同时从里向外退步点焊50 mm，间隔100 mm，直至点焊完成。检查相关尺寸确认满足要求后进行下一步焊接。仍由4名焊工同时从内向外对称分段退步焊接上、下环板。上、下环板的每次焊接分4层，每层厚度不超过15 mm(座环下端的每次焊接分3层，每层厚度不超过10 mm)。完成每次焊接后复核座环圆度、水平度等，以便及时根据变形情况调整焊接工艺。当焊角高达到15×3 mm后，对合缝法兰内侧进行清根和MT检查。法兰内侧继续焊接2次即15×2 mm后割除合缝法兰、清根、MT检查。当上下环板焊接完成后，由2名焊工同时焊接座环下端。所有焊接工作完成后进行后热处理以达到消氢目的。热处理完成并经12 h后进行打磨。无损探伤在焊接完成24 h后进行。经检查，座环组合缝超声波探伤Ⅱ级以上一次合格率达100%，质量属优良；磁粉检查全部通过。焊后水平度控制在0.8 mm内。
1.3 座环吊装
利用桥机将拼焊好的座环吊到已调整好高程的混凝土钢支墩上，利用千斤顶调整座环的高程。按机组的X、Y轴线和厂家的标记进行座环的粗调，逐步调整座环的水平、高程、中心。由于考虑到蜗壳挂装影响及基础环与座环焊接带来的收缩变形，高程调整时要比设计值抬高2 mm左右。符合要求后加固座环，点焊座环的基础钢支墩，焊接拉紧器，两个混凝土支墩之间各用4只拉紧器对称拧紧，拧紧过程中要监视座环的水平、中心及高程，其余的拉紧器在蜗壳焊接完成后混凝土浇筑之前拉紧、焊接。
2 蜗壳安装
该电站蜗壳设计压力为1.30 MPa，材料为Q345C，厚度为19～41 mm，共29节，总重为132 t 。制造厂已将其中的第21～24节蜗壳和25～27节耳板与座环焊在一起，工地共需挂装25节，每节由2～3块瓦块组成。
2.1 单节蜗壳拼装焊接
单节蜗壳拼装前，应测量座环上、下环之间的实际尺寸，一般蜗壳的实际开口比测量值大4～6 mm。单节蜗壳的拼装在工地钢管厂拼装平台上进行，按照图纸尺寸在平台上放样，将瓦片按编号运至平台上，用压码、拉紧器等调整对缝间隙及开口对缝间隙为2～4 mm，并用千斤顶等工具调整弧度，弧度须经样板检查符合要求。瓦块间的焊缝焊接，亦同样须进行100～120℃预热，焊接蜗壳瓦片的次序为：以中点1作为起点，接着是其左侧的点2，要求焊缝每次最长为300 mm，再是其右侧的点3，左侧的点4，右侧的点5，这样依次类推交替进行焊接。
焊接完成后，按规定进行无损检测，合格后进行蜗壳的弧度、圆度、开口尺寸等校核调整 ，达到要求后加焊内支撑以减小变形值，最后用油漆标明节号，用洋冲打上蜗壳挂装用的记号。
2.2 蜗壳挂装
该蜗壳共有5个凑合节（第2、8、14、19、29节），厂家预留的配割方向是蜗壳进水侧，所以可以从1、7、13、18节作为定位节，这样就可以分成5个工作面进行安装(见图1)。
蜗壳挂装顺序应考虑对称挂装，以减少对座环的影响，同时为防止环缝焊接应力过大，同一工作面内安装环缝的条数不应超过正在焊接环缝条数的两条。根据施工进度的要求及劳动组织情况，4号机蜗壳挂装顺序如下：20→7→6→18→17→1→13→16→25→12→5→11→26→15→10→4→3→27→9→19→28→14→8→2→29。
2.2.1定位节挂装
在座环上分别在轴线方向顺时针旋转5°分点，径向尺寸按计算值划线，并打上记号，作为定位节的控制点。安装定位节前先在上、下环的标记处焊挡板，用桥机将蜗壳定位节吊装在安装位置，通过调整蜗壳最远点的高程、半径及进口断面的倾斜值与控制线之间的距离，达到要求后进行加固、点焊，加固后应有足够的强度、刚度。加固后去除吊具后应对定位节的安装误差作出全面检测，在确定无误情况下方可安装其他管节。其他管节安装方法同定位节。
2.2.2凑合节挂装
蜗壳凑合节应在其他环缝焊接完毕后再下料。下料可以用两种方法：一种是将瓦片覆盖在其蜗壳上，进行划线下料；另一种是将蜗壳进行等分，测量蜗壳相对应点的距离，再进行划线下料 。4号机凑合节下料系用后一种方法。凑合节下料时应避免对接的间隙过大，使得焊缝处的焊接应力偏大。凑合节安装时环缝的点焊应在出口侧（由于厂家预留配割方向在进口侧），进口侧采用挡板挡住，使得进口侧在环缝焊接时成自由状态，以减少焊接应力。
蜗壳与压力钢管连接的凑合节（29节）下料的方法与蜗壳其他凑合节下料方法相同。凑合节拼装好后与压力钢管对接的焊缝暂不进行焊接，用∪型挡板8～12块在内侧将凑合节与压力钢管固定，挡板的一头焊接，另一头不焊，并且点焊好背垫条。由于蜗壳排水管影响将最后一条封闭缝改在蜗壳侧，待到蜗壳混凝土浇筑完毕，混凝土强度符合要求后，再进行焊接最后一条封闭缝 。
2.3 蜗壳焊接
蜗壳的焊接包括蜗壳各节纵缝、环缝、蜗壳与座环之间角焊缝焊接。无论是组合纵缝，还是安装环缝焊接其要求如下。
(1)所有焊缝在焊接前均要进行100～120℃的预热，整个焊接过程中被焊焊道均不低于预热温度。
(2)焊缝点焊用的焊条、定位焊缝的预热等要求与正式焊接相同，当定位焊缝开裂时，应将开裂处彻底清除研磨后重新再进行点固焊。
(3)所有焊缝原则上均采用分段退步焊接（但在盖面层时因焊缝收缩量小，可以采用不分段的直通焊接），分段长度一般为200～400 mm。
(4)所有焊缝的装配间隙为2～4 mm，当局部（或整条）装配间隙大于4 mm时，应先在坡口一侧补焊，补焊完后才允许整条焊缝进行封底焊接。
(5)全部焊缝均采用多层多道焊接。在多层多道焊接中，单焊道的宽度不大于15 mm，焊层厚度不大于4 mm。分段焊接时，各层、各道的接头应相互错开30～50 mm。
(6)所有焊接原则上均在正面焊缝焊接完成后再用电弧气刨对背面焊道进行彻底清根、研磨干净，并经MT检验合格后，方能进行背面焊缝的焊接。焊接完成后按要求进行后热。
2.3.1 凑合节纵缝焊接
当凑合节瓦片在蜗壳现场安装组对后，首先焊接凑合节的组合纵缝。焊接前应将纵缝按每段200～400 mm的长度平均分成几等分，从第一层开始直到盖面层的找平层为止，均进行如图2所示的分段跳焊。
凑合节组合纵缝焊接完成后进行后热，后热工艺为：从100～120℃，再升温至200～220℃，然后经过1 h保温（200～220℃），最后进行降温。当温度降至室温并经过24 h后才能进行无损探伤，无损探伤合格后再进行凑合节第一条环缝的焊接。
2.3.2凑合节环缝焊接
凑合节第一条环缝采用对称分段退步焊，第二条环缝属于封闭焊接，焊接应力很大，需采取特殊的焊接工艺措施并严格遵守焊接工艺规程。焊接工艺措施如下：
(1)从第一层焊道开始焊接直至焊接全部完成，每条焊缝均由4名焊工完成，4名焊工按X轴和Y轴界线分成焊接区段，同时再把各区段分成同等长度的若干对称退步焊段，为避免在焊接第一层焊道时产生裂纹，故在封底焊时宜采用如图3所示的叠焊方法，并且第一层焊缝应连续完成。从第二层焊道开始直至盖面层焊道之前，均采用如图4所示的多层、多道、对称、分段、退步焊接。
(2)在每层第一条焊道的焊接中，4名焊工尽量以同样的焊接工艺参数进行对称焊接，力求在同一时间内完成同一层焊道的焊接；每条环缝焊接过程最好连续进行，中断焊接前最小焊接厚度不得小于蜗壳板厚的2／3。
(3)从第二层焊道开始到盖面层焊道之前，在每层焊道焊接完成后，立即采用风动工具对焊缝进行锤击（锤头应呈半圆形，其半径不小于5 mm），锤击方向应沿着焊接方向成矩形运动，通过锤击使熔敷金属得到延伸，释放应力，从而有效地减小或消除应力，避免出现裂纹。焊缝完成后，按工艺要求进行后热，后热工艺同纵缝焊接。
(4)凑合节第二条环缝的无损探伤应在焊缝焊完并后热冷却24 h后进行，对怀疑有延迟裂纹的部位应在72 h后再进行复探。
2.3.3蜗壳与座环之间角焊缝焊接
焊接时先焊接下部环向焊缝，后焊接上部环向焊缝。上下环向焊缝均先焊外侧（即非过流面），然后在内侧彻底清根、研磨，并经MT检验合格后再焊接内侧焊缝。
从第1节蜗壳到第20节蜗壳(见图1)，上下环向焊缝均长16 069 mm，平均分成36段（每个焊工焊接6～9段），每段长446 mm，焊前先在焊缝边沿画上分段线，并标明焊接方向，由4～6名焊工同时进行分段退步焊接，外侧的焊缝应连续焊完，不可中间停顿，参与上下环向焊缝的所有焊工应做到在同一时间内进行同一层的同一焊道的焊接。因此焊工应以尽量相同的焊接工艺参数（焊条直径、焊接电流和焊接速度）进行焊接，以保证在同一时间内完成每条焊道的焊接。上下环向焊缝焊接完成后，进行后热，后热处理工艺与座环组合缝后热处理工艺相同。
上下环向环缝的无损探伤应在焊缝焊完并后热冷却24 h后进行，对怀疑有延迟裂纹的部位应在72 h后再进行复探。
4号机蜗壳焊缝无损检测结果如下：
(1)所有焊缝在背面清根、打磨后按要求均进行了磁粉探伤，全部满足要求。
(2)所有焊缝均进行了100%UT检查。其中纵缝一次合格率99.6%，环缝一次合格率97.8%，质量属于优良。
(3)对纵缝进行了20%、环缝进行了10%的X射线探伤，共拍片125张，其中Ⅰ级片59张，Ⅱ级片52张，Ⅲ级片14张，即Ⅲ级以上一次合格率为98.8%，质量属于优良。
3 存在的问题及处理
在蜗壳挂装过程中，由于1号定位节（即蜗壳第1节）向上游偏移角度为3′，造成2号凑合节（即蜗壳第2节）尺寸短100～120 mm，经参建各方讨论并征得厂家同意，将2号凑合节上下两片（41 mm厚）与第3节对缝拼接，保持与第1节对应空间为400 mm，多余部分割去，中片（28 mm厚）与第1节拼接，保持与第3节的对应空间为800 mm，割去多余部分。所缺瓦片用3号机蜗壳的2号凑合节来补充。实践证明，按上述方法处理是可行的。
4 几点体会
(1)良好的焊接工艺是质量保证的前提。棉花滩4号机座环、蜗壳安装时做到事前组织参建各方对厂家所提出的焊接工艺进行详细讨论，集各方所长，形成切实可行的焊接方案，并经厂家认可，在施工中严格执行。
(2)座环、蜗壳安装及混凝土浇筑过程中，为防止变形应有牢固的支撑结构及加固措施，并做到施工过程中严密监测变形情况，以便及时采取措施解决。
(3)座环、蜗壳设计时应多考虑现场施工条件，便于现场施工，以利于更好地保证施工质量 。棉花滩电站座环、蜗壳设计制造时由于厂家未事先将蜗壳与座环连接部位瓦片焊在座环上，再加上座环混凝土支墩的影响，造成蜗壳与座环下部非过流断面角焊缝焊接空间非常狭小，焊接困难 ，在以后的电站设计、制造时应加以改进。
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