厄瓜多爾美納斯水電站配水環(huán)管安裝工藝

郭洪潮

【摘要】厄瓜多爾美納斯水電站有3臺立軸沖擊式水輪發(fā)電機組，總裝機275MW，額定水頭474.51m。由哈電總承包，主機設(shè)備由哈電制造廠制造。此工藝著重解決配水環(huán)管安裝過程中的重點和難點，可以為同類型電站配水環(huán)管安裝提供參考。

【關(guān)鍵詞】立軸沖擊式水電站；配水環(huán)管；打壓試驗；保壓澆筑混凝土

1、工程概述

美納斯水電站位于厄瓜多爾第三大城市昆卡西南方向，距離昆卡公路里程90公里。電站總裝機275MW，共有3臺機組，主機設(shè)備由哈電生產(chǎn)制造。水輪機為六噴嘴立軸沖擊式機組，額定水頭為474.51m。轉(zhuǎn)輪節(jié)圓直徑為2460mm。配水環(huán)管總重116t，由哈電制造廠在廠內(nèi)預(yù)裝后，分為6個管節(jié)運輸至工地現(xiàn)場拼裝，首節(jié)（定位節(jié)）最大重量為40t。配水環(huán)管整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。配水環(huán)管安裝工藝流程如圖2所示。與配水環(huán)管安裝相關(guān)的水輪機埋件有穩(wěn)水柵主、副梁，尾水里襯，機殼側(cè)板、機殼斜板及機殼上端。水輪機埋件的整體布置如圖3所示。

2、基礎(chǔ)埋件安裝

在尾水里襯外側(cè)混凝土澆筑至基礎(chǔ)板安裝高程后，開始使用全站儀放設(shè)出基礎(chǔ)板和地錨的方位點，根據(jù)樣點方位和設(shè)計高程安裝固定基礎(chǔ)板，水平要求在1mm/m以內(nèi)，高程偏差為-5～0m。

3、測量放樣

在尾水里襯下部適當(dāng)位置放置機組高程基準(zhǔn)點，做好防護。在穩(wěn)水柵主、副梁上焊接一個中心測量平臺，使其能夠放置精密水準(zhǔn)儀，用于測量岔管法蘭面中心高程。

在配水環(huán)管進(jìn)口法蘭及6個岔管法蘭的正下方焊接測量樣架，另外在尾水里襯6個角點處焊接測量樣架，端部高程和岔管法蘭中心高程一致。根據(jù)測量樣架的位置，在尾水里襯內(nèi)側(cè)搭設(shè)測量行走平臺。所有樣架不能影響機殼側(cè)板與尾水里襯的拼裝與焊接。

使用全站儀，放設(shè)配水環(huán)管7個法蘭面中心的投影點①～⑦，并在尾水里襯角點測量架上端放設(shè)出三條對角線上的6個點a～f。如圖1示。

4、拼裝調(diào)整

對配水環(huán)管坡口面進(jìn)行清理，并打磨出金屬光澤。利用主廠房橋機，依次吊放至相應(yīng)的安裝工位上。

首先調(diào)整定位節(jié)，通過千斤頂配合調(diào)整基礎(chǔ)螺栓，將定位節(jié)兩個法蘭的中心高程及分節(jié)處的腰線調(diào)至設(shè)計高程。在進(jìn)口法蘭和1#岔管法蘭上各自掛設(shè)一把磁力線錘，并使垂線通過法蘭中心。使用千斤頂和手拉葫蘆調(diào)整定位節(jié)兩個線錘分別對正樣點⑦和樣點①，再次調(diào)整兩個法蘭中心高程，保證高程公差不大于0.3mm。檢查、調(diào)整分節(jié)處的腰線高程，要同時考慮對1#岔管法蘭面的垂直度的影響。檢查1#岔管法蘭中心至轉(zhuǎn)輪節(jié)圓的切線長，即檢查該法蘭表面過中心的水平線到樣點 c 和 f 的連線Lcf 的距離為3600mm，誤差為0～+3mm。使用掛鋼琴線的方法測量各法蘭面的垂直度，要求不大于0.2mm/m。定位節(jié)進(jìn)口法蘭中心坐標(biāo)的偏差為±4mm。調(diào)整合格后，并按照圖紙要求安裝拉桿裝配，旋緊拉緊器，點焊基礎(chǔ)螺栓，并在支墩位置加焊拉桿。

第2管節(jié)通過使用千斤頂配合調(diào)整基礎(chǔ)螺栓，將2#岔管法蘭的中心高程及兩個分節(jié)處的腰線調(diào)至設(shè)計高程。使用千斤頂和手拉葫蘆將第2管節(jié)靠至定位節(jié)分節(jié)管口2～4mm范圍內(nèi)。接下來按照定位節(jié)的調(diào)整方法調(diào)整。

其它管節(jié)參照第2管節(jié)的調(diào)整方法，依次調(diào)整合格。在所有管節(jié)調(diào)整完畢后再進(jìn)行一次整體的尺寸檢查，整體合格后，再進(jìn)行焊接工作。

5、配水環(huán)管焊接

配水環(huán)管材質(zhì)為Q345R，焊接材料使用GB E5015焊條，焊接工藝規(guī)范見表1：

對配水環(huán)管的尺寸調(diào)整符合要求后，在每處分節(jié)位置裝焊四件固定搭板，搭焊牢固。

在配水環(huán)管每節(jié)分節(jié)處放置加熱器。焊前預(yù)熱不小于90℃，層間溫度不大于260℃。對于壁厚≥38mm的配水環(huán)管，需進(jìn)行焊前預(yù)熱與焊后熱處理。定位焊采用火焰預(yù)熱，預(yù)熱溫度控制在95～100。C；焊接預(yù)熱采用溫控柜控制，履帶式加熱片加溫，對焊接區(qū)域及其附近200mm范圍內(nèi)進(jìn)行預(yù)熱，焊前加溫溫度控制在95～100。C；焊接最高層間溫度控制：≤260。C；配水環(huán)管焊接完成后應(yīng)立即進(jìn)行后熱保溫1小時以上，后熱溫度控制在180～200。C。溫度控制使用紅外線測溫儀進(jìn)行監(jiān)測。

安排專人記錄焊縫開始加溫時間及開始焊接時間，在預(yù)熱及焊接過程中每小時檢查一次焊縫層間溫度并記錄。開焊前需要在配水環(huán)管各法蘭上架設(shè)百分表，通過百分表的變化值調(diào)整配水環(huán)管焊接順序，控制配水管法蘭焊接變形量。

首先對焊縫進(jìn)行定位焊，每段定位焊長度約為60mm～80mm，間距200mm～400mm，焊縫厚度8mm～12mm。定位焊的焊接要求與正式焊縫一樣。

在焊接過程中除第一層和最后一層外，其余各層均需采用錘擊的方式降低焊縫殘余應(yīng)力。焊道寬度不得大于16mm。

焊接順序如下：

一、首先焊接配水環(huán)管第1節(jié)與第2節(jié)，第3節(jié)與第4節(jié)，第5節(jié)與第6節(jié)間的環(huán)焊縫；二、焊接配水環(huán)管第2節(jié)與第3節(jié)間環(huán)縫，焊接第4節(jié)與第5節(jié)間環(huán)縫。三、采用多層多道分段退步焊，每300mm～400mm分一段，層間焊接接頭至少錯開50mm。

由1～2名焊工按照以上順序?qū)σ惶幁h(huán)縫進(jìn)行焊接。依次焊接5處環(huán)縫。

在大坡口側(cè)焊滿坡口深度的2/3后，用碳棒氣刨進(jìn)行背面清根，打磨清根部位至露出全部金屬光澤，對整個焊接根部進(jìn)行PT探傷檢測。經(jīng)PT探傷檢測探傷無裂紋及缺陷后，交替焊接兩側(cè)焊縫，焊接完畢整體再進(jìn)行一次PT探傷。

焊后打磨焊縫表面，使內(nèi)表面沿著過流的方向平滑過渡，沒有高點及局部凸起。然后進(jìn)行UT探傷檢測。探傷不合格部位，用碳弧氣刨清除缺陷，打磨并做PT和UT探傷，確認(rèn)無缺陷后，再次進(jìn)行補焊。

焊接完成后，復(fù)測配水環(huán)管安裝尺寸。要求各法蘭中心線高程誤差為±2mm；各法蘭到轉(zhuǎn)輪節(jié)圓切線長為3600±2mm；各法蘭面垂直度≤1mm。

割掉配水環(huán)管分節(jié)處的搭板和定位銷組合塊，并仔細(xì)打磨、修焊局部切割處，對傷及母材的部位進(jìn)行補焊處理，并打磨做PT檢查。

焊接配水環(huán)管測壓管路，所有焊縫進(jìn)行PT檢查，并制作臨時支撐，固定測壓管路。此測壓管將與配水環(huán)管一起進(jìn)行打壓試驗。

6、機殼側(cè)板及斜板安裝

由于機殼側(cè)板上端口高程低于配水環(huán)管最高點，保壓澆筑混凝土需要全部覆蓋配水環(huán)管，所以需要安裝機殼斜板。關(guān)于機殼上端不予安裝，是考慮其重量超過20t，在配水環(huán)管混凝土澆筑前安裝后，難以支撐穩(wěn)固，另外考慮機殼上端N面法蘭內(nèi)圓直徑只有1660mm，打壓工具難以出入。

7、配水環(huán)管打壓試驗

配水環(huán)管設(shè)計壓力為6.15MPa，整體試驗壓力為9.22MPa，混凝土澆筑時需要保持壓力為3.75MPa。

打壓試驗前，在其外壁及各法蘭處架設(shè)百分表，以作觀察在配水環(huán)管壓力逐步上升的過程中數(shù)值變化，監(jiān)測配水環(huán)管膨脹、位移和扭曲變形。

首先找出配水環(huán)管內(nèi)腔所有高點，通過磁鐵固定硬質(zhì)膠管，將高點連通至附近的測壓管內(nèi)，并插入測壓管內(nèi)，使其出口高于內(nèi)腔高點。

按照圖紙安裝打壓工具。然后灌水，等到所有測壓管路都冒水后，封堵測壓管路，對封堵頭焊縫進(jìn)行PT檢查。

檢查配水環(huán)管和測壓管路無滲漏后，啟動打壓泵，按壓力試驗表的要求進(jìn)行配水環(huán)管壓力試驗。

具體壓力試驗表如圖4所示：

在配水環(huán)管打壓過程中，應(yīng)檢查配水環(huán)管及測壓管路所有焊縫、悶板、接頭等是否滲漏水，如果發(fā)現(xiàn)有滲漏，立即停止試驗，釋放壓力，處理缺陷。

在試驗壓力9.22MPa和保壓壓力6.15MPa都順利結(jié)束后，將壓力逐部降至0 MPa。交由土建單位進(jìn)行混凝土澆筑前的準(zhǔn)備工作。

8、保壓澆注混凝土

首先將配水環(huán)管加壓至3.75MPa，然后開始對稱均勻澆筑混凝土。在混凝土的澆筑過程中，根據(jù)實際情況，隨時調(diào)整壓力，使其維持在3.75MPa?；炷翝仓裂€位置時，割斷拉桿?；炷翝仓耆采w配水環(huán)管后，并且等強結(jié)束后，按照打壓曲線降壓至零，排水，拆除悶頭等打壓工具。

9、結(jié)語

配水環(huán)管安裝是沖擊式水輪機埋件安裝中的重點和難點，對于美納斯水電站這種大型沖擊式機組來說，其安裝精度和質(zhì)量要求都很高。以美納斯水電站配水環(huán)管安裝及打壓試驗的情況來看，本安裝工藝能夠很好地保證其安裝精度和質(zhì)量要求。