羅 運(yùn) 軍， 劉 玲

(1.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司市場(chǎng)開發(fā)部，四川成都 610225;2.中國(guó)水利水電第五工程局有限公司能達(dá)水利水電咨詢有限公司，四川成都 610225)

1 工程概況

黃河小浪底水利樞紐工程地下發(fā)電廠房安裝有6臺(tái)單機(jī)容量為300 MW的立軸空冷半傘式三相同步水輪發(fā)電機(jī)組。6臺(tái)水輪機(jī)均由美國(guó)VOITH-SIEMENS(伏依特-西門子公司)設(shè)計(jì)制造，發(fā)電機(jī)的設(shè)計(jì)制造工作由哈爾濱電機(jī)有限公司總承包，其中哈爾濱電機(jī)有限公司設(shè)計(jì)制造3臺(tái)，東方電機(jī)股份有限公司依據(jù)同樣的圖紙制造另外3臺(tái);機(jī)電安裝承包商為FFT聯(lián)營(yíng)體(水電四局，十四局、三局聯(lián)營(yíng)體);機(jī)電安裝工程監(jiān)理由小浪底工程咨詢有限公司、中國(guó)水利水電第五、第一工程局共同承擔(dān)。

2 安裝過程的質(zhì)量控制

2.1 “三架一座”組焊的質(zhì)量控制

發(fā)電機(jī)“三架一座”是指轉(zhuǎn)子圓盤支架、定子機(jī)座、上機(jī)架和下機(jī)架。在發(fā)電機(jī)中，這四大部件均為主要的結(jié)構(gòu)件。由于其本身的外形尺寸較大，無法整體運(yùn)輸，故到貨的時(shí)候都是分成若干部件運(yùn)入地下廠房安裝間組裝成整體。而發(fā)電機(jī)的這四大部件在制造廠均經(jīng)過預(yù)裝并都經(jīng)過精密機(jī)械加工，從而要求組焊后各部分尺寸應(yīng)與出廠時(shí)基本一致。因此，其焊接質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到最終的安裝尺寸，故所采用的工藝對(duì)焊接的質(zhì)量要求較高。

(1)由于現(xiàn)場(chǎng)焊接均是由焊工手工操作完成的，因此，焊工技術(shù)水平的高低成為影響焊接質(zhì)量的關(guān)鍵因素。廠家的工藝要求所有焊工必須是經(jīng)國(guó)家勞動(dòng)人事部門發(fā)布的《鍋爐壓力容器焊工考試規(guī)則》考試合格、獲得國(guó)家勞動(dòng)人事部門頒發(fā)的“鍋爐壓力容器焊工合格證”的焊工。在焊接操作前，監(jiān)理工程師要求承包商必須報(bào)送準(zhǔn)備實(shí)施焊接作業(yè)的焊工的詳細(xì)資質(zhì)證明，并且對(duì)沒有在小浪底工程機(jī)電安裝(參加過水輪機(jī)部件焊接的除外)中從事過焊接作業(yè)的人員進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考試，經(jīng)焊接和無損檢測(cè)監(jiān)理工程師檢測(cè)合格后方允許其進(jìn)行發(fā)電機(jī)部件的焊接作業(yè)。

(2)按照廠家的工藝要求，發(fā)電機(jī)的焊接均應(yīng)采用CO2氣體保護(hù)焊。這種焊接方法的優(yōu)點(diǎn)是焊接變形小、焊接速度快，是一種比傳統(tǒng)的手工電弧焊更先進(jìn)的焊接方法。但是，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)的焊工并不習(xí)慣這種焊接方法，在焊接練習(xí)操作中出現(xiàn)的焊接缺陷比較多。因?yàn)楹腹て綍r(shí)還是以手工電弧焊為主，更愿意使用自己熟練的焊接技術(shù)。因此，監(jiān)理工程師在與廠家的技術(shù)人員協(xié)商后同意在采取了相應(yīng)的措施后部分使用手工電弧焊代替CO2氣體保護(hù)焊。在正式焊接前進(jìn)行了必要的焊縫加固，采取了適當(dāng)增加防止變形的合縫板等措施。但是，在要求變形小的部位，如副立筋配刨后回裝焊接和定子機(jī)座的環(huán)板焊接仍使用CO2氣體保護(hù)焊，以保證焊接后的外形尺寸。

(3)在焊接實(shí)施前，監(jiān)理工程師要求承包商報(bào)送相關(guān)的《焊接施工措施》，經(jīng)審核并征求制造廠家的意見后批準(zhǔn)實(shí)施，同時(shí)，監(jiān)督承包商嚴(yán)格按照批準(zhǔn)后的《焊接施工措施》進(jìn)行施工。由于焊接作業(yè)是一個(gè)比較復(fù)雜的過程，且存在材料差異、環(huán)境變化、焊工的操作水平等因素，“三架一座”部件結(jié)構(gòu)龐大、復(fù)雜，焊縫眾多且互相影響，從而使焊后收縮應(yīng)力和變形均較大且復(fù)雜，造成外形尺寸和焊縫質(zhì)量不能精確控制。因此，承包商和監(jiān)理工程師加強(qiáng)了對(duì)焊接質(zhì)的控制，隨時(shí)監(jiān)測(cè)焊接變形并適時(shí)調(diào)整焊接順序和焊接方向，盡可能地減少焊接變形對(duì)外形尺寸的影響，焊接后的“三架一座”按照廠家的工藝要求進(jìn)行了UT或MT探傷。

小浪底水電站6臺(tái)發(fā)電機(jī)“三架一座”的焊接過程和焊接質(zhì)量完全在監(jiān)理工程師的控制范圍內(nèi)，焊接質(zhì)量和焊接后部件的外形尺寸亦完全達(dá)到了較高的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，滿足了后續(xù)安裝作業(yè)的要求。

2.2 定子組裝及安裝的質(zhì)量控制

定子施工主要包括分瓣定子機(jī)座組圓、焊接、定位筋安裝、鐵芯疊裝，鐵損試驗(yàn)合格后將其整體吊入機(jī)坑調(diào)整就位，最后進(jìn)行下線和耐壓試驗(yàn)。

定子鐵芯設(shè)計(jì)高度為2 300 mm，被63層6 mm高的通風(fēng)槽片分成64段，其中0.52 mm厚的定子沖片約有17多萬張。為保證鐵芯疊壓質(zhì)量，疊片時(shí)分段壓緊，槽部公差不大于0.3 mm。為保證鐵芯確實(shí)被壓緊，采用了冷壓后再熱壓緊的特殊工藝措施。定子沖片兩面涂有0.02 mm厚的F級(jí)9163二甲苯樹脂改性硅鋼片漆，以減小渦流損耗。鑒于疊片過程是一個(gè)比較重要的工序，因此，不但要保證沖片的潔凈，而且在取放定子沖片時(shí)都要輕拿輕放，以免劃傷其表面的漆膜而造成鐵損試驗(yàn)時(shí)層間短路發(fā)熱燒壞鐵芯。開始疊片后，監(jiān)理工程師隨時(shí)檢查疊片過程，糾正施工人員的不當(dāng)操作。如有的機(jī)組定子剛開始疊片時(shí)，承包商只提供了鐵錘進(jìn)行整型，而不使用措施中明確要求使用的銅錘，這樣操作導(dǎo)致的后果可能會(huì)使槽口尺寸滿足要求，但片間絕緣卻被破壞、鐵損試驗(yàn)不能通過的嚴(yán)重后果。這時(shí)，監(jiān)理工程師及時(shí)叫停，要求承包商在準(zhǔn)備了足夠的銅錘后才恢復(fù)疊片;疊片中出現(xiàn)的重片和反片也是工藝中所不允許的，重片有可能造成波浪度的超差而改變鐵芯的電磁性能，反片則會(huì)使片間的錯(cuò)牙增大，下線時(shí)有可能劃破定子線棒的絕緣層而造成線棒的耐壓試驗(yàn)失敗。監(jiān)理工程師除督促承包商嚴(yán)格“三檢制”外，還與廠家一同隨時(shí)檢查疊片的質(zhì)量，確實(shí)發(fā)現(xiàn)在有的機(jī)組疊片中出現(xiàn)重片和反片現(xiàn)象，及時(shí)要求進(jìn)行整改(拆片后重新按工藝要求疊裝)，在消除了隱患后方繼續(xù)進(jìn)行施工。雖然會(huì)造成一定的返工和工期影響，但是把隱患消滅在萌芽期更有益于定子的總體安裝質(zhì)量。

定位筋掛裝關(guān)系到整個(gè)鐵心的疊裝質(zhì)量，故對(duì)基準(zhǔn)定位筋、大等份定位筋的尺寸檢查、測(cè)量尤其重要。首先從全部144根定位筋中挑出平直度和加工尺寸較好的12根定位筋作為基準(zhǔn)定位筋進(jìn)行精確調(diào)整，待其合格后，使用廠家提供的專用裝筋樣板安裝其它定位筋。小浪底水電站采用的是一種比較先進(jìn)的浮動(dòng)式雙鴿尾定位筋，定位筋與定子鐵芯及托塊間有一定的徑向間隙，用于防止由于鐵芯熱膨脹而產(chǎn)生的擠壓應(yīng)力。這種定位筋與國(guó)內(nèi)其它大型電站定子的固定式定位筋安裝方式也不盡相同。由于定位筋前后均有間隙，故調(diào)整半徑和弦長(zhǎng)都有一定的困難，但是，經(jīng)過承包商、廠家和監(jiān)理工程師的共同努力，通過在定位筋與托塊間加墊片臨時(shí)固定的方式調(diào)整定位筋的尺寸(在疊片時(shí)適時(shí)取出所加的墊片并不影響定子鐵芯本身的結(jié)構(gòu)特性)。全部定位筋掛裝后，逐個(gè)檢查定位筋的半徑、扭斜、旋長(zhǎng)、垂直度，驗(yàn)收合格后，進(jìn)行定位筋托塊的焊接工序，焊后再檢查各項(xiàng)尺寸，如超差則刨掉，重新調(diào)整焊接直至全部驗(yàn)收合格。

2.3 機(jī)組軸線找正的質(zhì)量控制

機(jī)組軸線的找正是通過盤車的方式進(jìn)行，先用百分表和位移傳感器等儀器測(cè)出轉(zhuǎn)動(dòng)部件的擺度值，經(jīng)過分析計(jì)算后找出機(jī)組軸線產(chǎn)生的原因、大小和方位，經(jīng)過適當(dāng)處理后，使整個(gè)軸系的折線得到一定程度的改善，并保證軸線的擺度值減小到允許的范圍內(nèi)。機(jī)組的軸線找正是一個(gè)關(guān)鍵的施工過程，該項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)程度和準(zhǔn)確程度將是機(jī)組軸線調(diào)整或者處理的依據(jù)，也是導(dǎo)軸瓦間隙調(diào)整的依據(jù)，它關(guān)系到機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。根據(jù)小浪底機(jī)組的類型，最終確定盤車采用抱緊上導(dǎo)和下導(dǎo)兩部導(dǎo)軸承的電動(dòng)彈性盤車方案。

小浪底水電站水輪機(jī)為美國(guó)VOITH-SIEMENS公司生產(chǎn)，發(fā)電機(jī)為國(guó)內(nèi)廠家制造。根據(jù)廠家之間的合同技術(shù)條款要求發(fā)電機(jī)首先單獨(dú)盤車，合格后才能進(jìn)行水輪機(jī)軸和發(fā)電機(jī)軸聯(lián)軸工作、整體盤車。首臺(tái)機(jī)組進(jìn)行盤車時(shí)完全按照這種合同要求進(jìn)行，盤車歷時(shí)20 d左右，原因是發(fā)電機(jī)單獨(dú)盤車合格而聯(lián)軸后有的盤車數(shù)據(jù)不理想，根據(jù)兩個(gè)廠家的要求，水輪機(jī)軸和發(fā)電機(jī)軸反復(fù)進(jìn)行聯(lián)軸(聯(lián)軸前要在法蘭面涂摩擦劑，24 h后才能聯(lián)軸，且聯(lián)軸需使用專用的液壓拉伸器將聯(lián)軸螺栓拉伸一定長(zhǎng)度)和分拆，耗時(shí)較多，并進(jìn)行了多次發(fā)電機(jī)單獨(dú)盤車和聯(lián)軸后機(jī)組整體盤車，而且為了取得更多的數(shù)據(jù)，盤車方法也是多種多樣，如連續(xù)盤車記數(shù)、轉(zhuǎn)一個(gè)點(diǎn)位停止轉(zhuǎn)動(dòng)后記數(shù)、測(cè)量轉(zhuǎn)輪與迷宮環(huán)間隙、抱上導(dǎo)和下導(dǎo)瓦測(cè)水導(dǎo)擺度值、抱上導(dǎo)和水導(dǎo)瓦測(cè)下導(dǎo)擺度值等。當(dāng)然，這些測(cè)量數(shù)據(jù)對(duì)于分析軸線的真實(shí)情況和采取相應(yīng)的處理方法是非常有用的，包括對(duì)后續(xù)的5臺(tái)機(jī)組的軸線檢查也提供了依據(jù)。但在操作中監(jiān)理工程師認(rèn)為:這種盤車方案有其優(yōu)點(diǎn)，但也有其不足。當(dāng)機(jī)組進(jìn)入軸線找正階段時(shí)，所有的部件都已基本安裝就位，每個(gè)單獨(dú)的主要部件都經(jīng)過了階段驗(yàn)收，能夠保證其是合格的產(chǎn)品，而當(dāng)這些部件安裝、組合后可能會(huì)因?yàn)槔塾?jì)或配合誤差造成程度不同的偏差，但這種偏差一般也是在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，此時(shí)通常是根據(jù)盤車時(shí)的擺度值通過計(jì)算后調(diào)整某些可以調(diào)整的部件進(jìn)行修正，使安裝結(jié)果盡可能優(yōu)良，目的是使機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)更好，但最終的處理還是由承包商在現(xiàn)場(chǎng)處理上端軸安裝位置(平移、人為偏心等)或調(diào)整各部導(dǎo)軸承的間隙(偏抱)來解決。實(shí)測(cè)最大擺度值的位置并不一定就是折線最大的地方。由于盤車時(shí)要將三部導(dǎo)軸承中的兩部抱死，因此，整個(gè)軸系的擺度都反映到了沒有被抱死的軸承部位，而僅僅進(jìn)行發(fā)電機(jī)單獨(dú)盤車，由于其上導(dǎo)和下導(dǎo)均被抱死，盤車結(jié)果使全擺度值肯定不會(huì)超過抱瓦間隙，結(jié)果一定令人滿意。但水輪機(jī)由于其自身結(jié)構(gòu)問題是無法單獨(dú)進(jìn)行盤車的，這時(shí)區(qū)分哪家的產(chǎn)品加工偏差較大沒有實(shí)際意義，除非盤車結(jié)果嚴(yán)重超差，才需要找出問題所在后進(jìn)行處理。因此，監(jiān)理工程師經(jīng)過綜合分析后、在第二臺(tái)機(jī)組盤車前，與發(fā)電機(jī)廠家和水輪機(jī)廠家多次分析研究，尤其是說服了水輪機(jī)的國(guó)外設(shè)備制造商接受了監(jiān)理工程師的意見，確定了后面5臺(tái)機(jī)組采用新的盤車方案，即采用水輪機(jī)和發(fā)電機(jī)聯(lián)軸后的整體盤車方案進(jìn)行軸線檢查，如果出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，那么再分拆水輪機(jī)軸和發(fā)電機(jī)軸，并根據(jù)情況決定是否需要對(duì)發(fā)電機(jī)進(jìn)行單獨(dú)盤車。后面5臺(tái)機(jī)組的盤車結(jié)果證明了這種方案的可靠性:均是整體一次性盤車，并且在保證了總裝配質(zhì)量的前提下優(yōu)化了施工方法，節(jié)省了人力和物力，節(jié)約了工期，也確保了機(jī)電安裝工程總工期按計(jì)劃完成。

3 結(jié)語

發(fā)電機(jī)安裝過程中，承包商能夠按照批準(zhǔn)的工藝措施進(jìn)行施工，廠家提供的產(chǎn)品質(zhì)量能夠達(dá)到規(guī)范要求，監(jiān)理工程師嚴(yán)格管理、嚴(yán)格質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，使小浪底水電站的6臺(tái)大型發(fā)電機(jī)組裝和安裝質(zhì)量均達(dá)到了優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)。