付康

哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部

水輪機轉輪機坑內(nèi)部補氣改造焊接工藝

付康

哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部

轉輪是水輪機的重要部件，它的平穩(wěn)運行是保證水輪發(fā)電機組電能順利輸出的關鍵，轉輪如在運行過程中產(chǎn)生較大的震動不但影響機組的工作效率，也會產(chǎn)生極大的安全隱患，本文通過某電站轉輪運行震動過大進行改造處理的實例，總結出一種對于此類問題成熟的改造工藝方案。

轉輪；機坑；補氣改造；焊接

引言

在水輪發(fā)電機組中，轉輪是位于座環(huán)底部，尾水錐管上側的環(huán)形旋轉結構件，是將水利勢能轉化為電能的關鍵部件，是整個發(fā)電機組的心臟，它的穩(wěn)定運行是機組發(fā)電的重要保障。

我國某電站水輪發(fā)電機組在運行過程中發(fā)現(xiàn)轉輪在低負荷的運轉時震動幅度超出設計理論值，造成機組噪音很大，影響機組的使用壽命及安全，經(jīng)水力專家現(xiàn)場考證其震動來源為機組在運行是由于補氣裝置長度不足產(chǎn)生渦流造成的，因此決定對該機組的補氣裝置進行改造，通過制定合理的返修方案，延長轉輪下側補氣管長度，減少因補氣管過短造成的渦流對機組震動的影響，確保機組運行的穩(wěn)定性。

1.轉輪補氣改造結構特點

該電站轉輪原補氣裝置為傳統(tǒng)結構，補氣管位于轉輪泄水錐內(nèi)部，此次改造需將原補氣管進行延長，原泄水錐氣刨割除后在此位置按新的補氣管長度裝焊新的泄水錐。

由于該電站轉輪補氣裝置改造工作在水輪機錐管內(nèi)進行，錐管進人門尺寸為800mm×800mm，根據(jù)設計給出的改造圖紙改造后的補氣管長度將近4m；泄水錐長度為2.3mm，直徑1.3m，超出錐管進人門尺寸。施工檢修平臺總承重能力為3噸，為均勻受力結構，每平米受力不允許大于500Kg，而泄水錐總重為3000Kg，遠超出檢修平臺的承重能力，給施工帶來了極大的安全隱患。結合現(xiàn)場復雜的施工環(huán)境，需制定一套合理的工藝方案確保改造工作的順利進行，經(jīng)多方探討，決定補氣管及泄水錐采取分節(jié)、分瓣的方式單節(jié)制造，運往工地后在水輪機錐管內(nèi)進行整體組裝焊接。

轉輪補氣裝置改造結構示意圖見圖1：

圖1 轉輪補氣裝置改造結構示意圖

2.補氣改造施工過程

根據(jù)補氣裝置的制造特點及現(xiàn)場的實際情況制定可靠的施工工藝方案，方案確定后經(jīng)多方認證該方案的可靠性及可操作性，

2.1 搭建施工腳手架。檢修平臺距水輪機轉輪下環(huán)側距離為6m，超出人員施工的能力范圍，施工前需專業(yè)人員搭建施工腳手架，搭建后由安全員進行檢查確保腳手架的安全可靠，合格后方可投入使用。

2.2 割除原泄水錐。按施工圖紙對原泄水錐氣刨位置進行劃線，劃線后復檢劃線圓尺寸與新泄水錐上段坡口尺寸是否對應，采用碳弧氣刨的方式割除原泄水錐。氣刨前對葉片進行防護，用角鋼搭建支撐架，在上面用石棉布將葉片保護起來。原泄水錐氣刨掉3/4后，在泄水錐內(nèi)側均布裝焊四個吊耳，用手拉葫蘆將泄水錐拉緊，上部固定到上冠內(nèi)腔中的4個吊環(huán)上，氣刨結束后，用手拉葫蘆將泄水錐緩慢的吊放到施工腳手架上。

2.3 安裝補氣管上段。由鉗工拆除原補氣管下段螺栓，為防止該處密封結構發(fā)生移動而影響補氣效果，此處20個把合螺栓拆除16個，拆除螺栓時用合金磨頭打磨焊點，盡量向母材方向打磨，避免損傷螺栓，打磨后噴涂螺栓松動劑用電動扳手將螺栓取下。在新補氣管上段中部軸線對稱位置裝焊2個吊耳，用上冠內(nèi)腔中的吊環(huán)采用手拉葫蘆的起吊方式將補氣管上段起吊至裝配位置，調(diào)整垂直度滿足要求后用螺栓把合牢固，涂抹螺紋鎖固膠后點焊固定。

2.4 泄水準上段的裝配焊接。受檢修平臺的承重能力限制，單節(jié)泄水錐重量過大，不允許擺放在檢修平臺上，根據(jù)現(xiàn)場情況，每節(jié)的兩瓣泄水錐需在起吊的狀態(tài)下進行組圓，合縫面兩端不允許出現(xiàn)錯口。組圓后在泄水錐上段的軸線的對稱位置裝焊2個吊耳，在轉輪出水邊均布焊接4個吊耳，起吊泄水錐上段至合適位置，調(diào)整尺寸合格后用搭板將泄水錐與轉輪上冠搭焊牢固。

受施工現(xiàn)場條件限制，焊接方法采用手工電弧焊，為控制焊接熱輸入量，減小焊接變形，焊材選用Φ3.2mm的焊條GB E309L-15，焊前預熱溫度≥80℃；層間溫度≤100℃，焊接工藝規(guī)范參照表1：

表1 焊接工藝規(guī)范

焊接時由兩名焊工在圓周對稱位置采用同向、同速、同規(guī)范、分段、多層、多道、退步焊的方式進行焊接，使焊縫在圓周方向上均勻收縮，防止產(chǎn)生扭曲焊接變形[1]，焊接順序先焊接內(nèi)圓側焊縫，內(nèi)圓側焊縫焊滿后在外圓側進行清根，打磨滲碳層并做PT探傷檢查，合格后將焊縫焊滿，由于該環(huán)焊縫為泄水錐及補氣管的唯一承重焊縫，其焊縫要求質(zhì)量極高，須專業(yè)及有多年相關工作經(jīng)驗的焊接人員進行操作。

2.5 其余泄水錐及補氣管的裝配焊接。按圖紙要求對余下工件采取從上到下的順序進行裝配，裝配方法同上；泄水錐中段與上段、下段及單節(jié)泄水錐的連接結構為合縫板把合及外部封焊的結構，為保證總體安裝尺寸及補氣管中、下段的安裝順利，封焊焊縫暫不焊接，待補氣裝置整體裝配結束后一并焊接。

2.6 探傷及尺寸驗收。所有焊縫焊接完成后，對焊縫進行100%的PT探傷檢查，檢查標準按ASME-Ⅷ-APP-8執(zhí)行，并對泄水錐總體尺寸進行檢查，合格后對焊縫外表面進行打磨，使焊縫兩側母材光滑過渡。

3.施工過程中的難點

3.1 由于單件工件重量過大，運往機坑時因無合適的起吊設備提供支持，需大量的人員采取人力的方式進行工件的轉運，工作效率較低。

3.2 由于單節(jié)兩瓣泄水錐的合縫板未安裝定位銷，在組圓后起吊過程中受自身重力影響在合縫處產(chǎn)生2mm～3mm錯口，影響裝焊質(zhì)量，需采用過渡焊的方式進行調(diào)整。

3.3 補氣管中段與補氣管上、下段的裝配方式為直口裝配，裝配間隙單側不大于0.5mm，下部法蘭板與泄水錐把合，補氣管法蘭板在泄水錐法蘭板下側，安裝時需先安裝泄水錐再裝配補氣管，受空間結構限制，在安裝補氣管時因無法目測上接補氣管的裝配位置，因采用在泄水錐內(nèi)部裝焊導向條的方式輔助裝配補氣管。

4.結語

依托合理的改造工藝方案及現(xiàn)場施工人員的相關經(jīng)驗，該電站的轉輪補氣改造工作順利完成，根據(jù)1個多月機組的運轉情況，其轉輪震動問題得到了改善。對于其他類似結構，相似震動問題的改造處理具有積極的借鑒意義。

[1]盧昌福.溪洛渡水電站轉子支架裝焊工藝.電機技術[J].2013.04