付有泰

（中國水利水電第十四工程局有限公司苗尾電站機電安裝項目部，云南 昆明650032）

1 概述

苗尾水電站位于云南省大理州云龍縣舊州鎮(zhèn)苗尾村附近瀾滄江河段上，上游與大華橋水電站銜接，下游為功果橋水電站，電站為明廠房結(jié)構(gòu)，裝有4臺單機容量為350 MW的水輪發(fā)電機組，總裝機容量為1 400 MW，最大壩高131.30 m，最大水頭104.6 m，額定水頭93.0 m。

2 苗尾水電站筒閥結(jié)構(gòu)特點

水輪機筒閥由筒體、筒閥接力器、筒閥上下密封、筒閥導(dǎo)向條組成，筒體外徑Φ8 935 mm，高2 035 mm，壁厚140 mm，由2瓣組成，總重61.462 t，每個組合面有3顆Φ40錐銷定位，2顆軸向定位，1顆徑向定位。然后用24顆M48 mm的特殊螺栓將兩瓣筒體把合成整圓，筒體上均勻布置6個M56 mm螺孔，用于筒體的吊裝與鎖定。筒閥在關(guān)閉位置可以截斷導(dǎo)水機構(gòu)與座環(huán)之間的水流通道，筒閥在開啟位置時，提升至座環(huán)與頂蓋之間形成的空間內(nèi)，筒閥分手動和自動，電液控制系統(tǒng)引入機組的啟動和停機程序中，正常運行時，筒閥在導(dǎo)水機構(gòu)關(guān)閉機組停機后再關(guān)閉，開機時，筒閥在導(dǎo)水機構(gòu)打開前開啟。

筒閥下密封安裝在底環(huán)上，筒閥上密封安裝在頂蓋上，筒閥接力器提升桿采用埋入式與筒體連接，超級螺母布置在筒體上開設(shè)的窗口內(nèi)，筒閥接力器安裝完成后，窗口外側(cè)用不銹鋼板焊接封堵，窗口內(nèi)側(cè)敞開，方便接力器事故檢修。筒閥接力器下缸蓋與頂蓋之間設(shè)有墊環(huán)，便于接力器與頂蓋不垂直時直接修磨墊環(huán)調(diào)整其垂直度，接力器提升桿與筒體接觸面也設(shè)有墊環(huán)，便于調(diào)整筒體與提升桿的垂直度，同時增加了接觸面積，減少了擠壓力。

3 筒體組裝焊接

3.1 筒體的組裝

在安裝間筒體組裝工位布置1個組裝平臺，平臺由8個高300 mm的鋼支墩沿直徑為Φ8 935 mm分布圓均勻布置，筒體組合縫處兩邊各設(shè)置1個支墩。在鋼支墩上成對布置楔子板，用水準(zhǔn)儀測量楔子板高程應(yīng)控制在1 mm以內(nèi)，在楔子板上放置同一厚度（0.5 mm）的銅皮以保護筒體密封面，將分瓣筒體運輸至卸貨間，依次吊放在事先布置好的鋼支墩上，拆下分瓣面的法蘭和筒體運輸支撐，將分瓣筒體把合面、螺栓孔、把合螺栓以及銷釘?shù)葟氐浊逑锤蓛?，用刀口尺檢查，去除把合面的高點、毛刺。將分瓣筒體緩慢靠近直至組合面約50 mm時，穿入筒體把合螺栓，通過旋緊螺栓逐步將分瓣筒體把合在一起，并初步把緊螺栓，檢查筒體組合面及銷孔的錯牙，滿足要求后，按圖裝入筒體分瓣面銷釘，銷釘應(yīng)低于筒體表面3 mm，最后采用廠家提供的專用工具分2次預(yù)緊把合螺栓，確保力矩滿足設(shè)計要求，螺栓預(yù)緊時應(yīng)從中間向兩端展開。

3.2 筒體水平、圓度測量調(diào)整

用水準(zhǔn)儀配測微儀測量筒體上平面水平度，測點盡可能布置在頂蓋限位塊和接力器連接位置，在筒體下平面布置6個液壓千斤頂配合調(diào)整水平，確保整圈水平度控制在0.30 mm以內(nèi)，用框式水平儀校核應(yīng)控制在0.04 mm/m以內(nèi)，調(diào)整完成后，檢查筒體上、下密封面的平面度，平面度應(yīng)控制在0.30 mm以內(nèi)，水平度調(diào)整滿足要求后，用內(nèi)徑千分尺測量筒體圓度，圓度應(yīng)控制在3 mm以內(nèi)，因筒閥屬薄壁大型結(jié)構(gòu)件，運輸、吊裝過程中難免會造成一定變形，圓度不滿足要求時可采用廠家提供的調(diào)整支架對圓度進行相應(yīng)的調(diào)整，必要時可對焊接位置的選擇和焊接順序通過焊接變形來調(diào)控筒體的圓度。

3.3 筒體焊接

將焊接部位及區(qū)域50 mm以內(nèi)清理打磨干凈，直至露出金屬光澤，嚴格按照廠家工藝要求預(yù)熱至80℃，焊接采用多層、多道、對稱、分段、退步的焊接方法。焊接前在合縫位置加焊U型“騎馬板”加固，同時在筒體組合縫內(nèi)外兩側(cè)架設(shè)百分表對焊接變形進行全過程監(jiān)測，以便及時調(diào)整焊接位置和焊接順序，騎馬板焊接及百分表監(jiān)測如圖1所示。

圖1 騎馬板焊接示意圖及焊接變形監(jiān)測

筒體組合焊縫上平面往下約220 mm一段為不銹鋼，筒體下平面組合焊縫為不銹鋼，如圖2所示A、B、C 3個部位為不銹鋼與碳鋼焊接交接區(qū)域，焊接時采用不銹鋼焊材（GB E309 Mol-16）焊接5 mm過渡段，其余部位采用普通焊材（GB 5015）進行焊接，過渡段焊接如圖2所示。

圖2 不銹鋼過渡焊接區(qū)域

筒體焊接完成后進行把合孔封堵板的焊接，焊接時為間隔分段焊，全部焊接完成后，將所有焊縫打磨平滑，進行UT和PT檢測。

4 筒體與頂蓋套裝

在筒體內(nèi)側(cè)沿圓周方向均勻布置8個高1200 mm的鋼性支墩，保證頂蓋法蘭面與筒體上平面應(yīng)有至少1 000 mm的距離，每個鋼支墩上放一對楔子板并調(diào)整其水平度控制在0.5 mm以內(nèi)，在楔子板上放置同等厚度（0.5 mm）的銅皮以保護頂蓋抗磨面。將組裝成整體的頂蓋吊放筒體內(nèi)側(cè)的鋼支墩上，吊放的過程中調(diào)整頂蓋的方位及中心，使頂蓋上的操作桿通孔與筒閥上的接力器提升桿孔基本同心，頂蓋吊裝就位后精調(diào)頂蓋水平使其控制在0.20 mm以內(nèi)，同時安裝筒閥提升螺桿，精調(diào)頂蓋與筒閥的同心度，同心度應(yīng)控制在0.50 mm以內(nèi)。

5 筒閥接力器安裝

頂蓋筒閥套裝完成后，進行筒閥接力器的安裝，將筒閥接力器運輸至現(xiàn)場后，在油壓6.3 MPa下進行密封滲漏試驗、串油試驗，接力器應(yīng)動作靈活、不發(fā)卡，缸體間的漏油量不超過0.04 L/min，過程中測量接力器行程，偏差應(yīng)在1 mm以內(nèi)，試驗結(jié)束后拆除接力器墊環(huán)密封。

用磨光機將頂蓋上平面安裝墊環(huán)的位置清理干凈，將試驗合格的接力器逐個吊放在頂蓋上，緩慢將筒閥接力器逐個與筒體連接，初步預(yù)緊超級螺母，采用掛鋼琴線的方法測量活塞桿的垂直度，垂直度應(yīng)控制在0.10 mm/m，否則應(yīng)拆下接力器墊環(huán)，根據(jù)垂直度數(shù)據(jù)對接力器墊環(huán)進行修磨。修磨量計算如圖3所示。

已知墊環(huán)半徑D，活塞桿垂直度A，活塞桿長度M，計算修磨量X，采用相似三角形原理：A/M=X/D→X=A×D/M，計算出X后，根據(jù)計算值拆下墊環(huán)進行修磨，修磨時用刀口尺對平面度檢查，用外徑千分尺測量修磨量，修磨完成后重復(fù)安裝步驟，同時用0.02 mm塞尺檢查筒體與提升桿墊環(huán)處無間隙，再次測量接力器活塞桿垂直度，垂直度滿足設(shè)計要求，將接力器墊環(huán)點焊固定。

圖3 修磨量計算圖

拆除接力器超級螺栓，進行接力器墊環(huán)焊接，焊接時才用分段、對稱、退步的焊接工藝，先焊接外側(cè)，再焊接內(nèi)側(cè)，焊接過程中用百分表成90°方向?qū)附幼冃芜M行監(jiān)測，使焊接變形有利于接力器提升桿垂直度更優(yōu)的方向進行，焊接完成后將焊縫打磨光滑，進行表面PT探傷和煤油滲漏試驗，確保焊縫無滲漏。

然后將接力器拆除，檢查墊環(huán)平面度，必要時可進行修磨，平面度檢查合格后，安裝墊環(huán)密封，重復(fù)接力器安裝步驟，將接力器把緊在墊環(huán)上，采用掛鋼琴線的方法再次測量接力器提升桿垂直度，垂直度應(yīng)控制在0.10 mm以內(nèi)，垂直度滿足要求后按圖安裝超級螺栓、超級螺母，并用力矩扳手擰緊，再次檢查接力器提升桿垂直度。各項指標(biāo)滿足要求后，接入壓泵進行動作試驗，動作過程中對其同步性進行監(jiān)測，升降均勻度應(yīng)控制在5 mm以內(nèi)，整個過程筒閥接力器應(yīng)動作靈活、不發(fā)卡。

結(jié)束后按照圖紙要求依次焊接各個窗口封堵板，并將焊縫打磨光滑進行UT和PT檢測。

6 筒閥導(dǎo)軌安裝焊接

采用掛鋼琴線的方法測量筒體外表面12個導(dǎo)向條垂直度，垂直度應(yīng)控制在0.10 mm以內(nèi)。同時測量座環(huán)固定導(dǎo)葉垂直度，導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝前對固定導(dǎo)葉導(dǎo)向條的平面度和垂直度進行初步修磨。導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝時，頂蓋中心方位及同心度確定后，測量筒體外側(cè)青銅導(dǎo)向條與座環(huán)固定導(dǎo)葉的間隙，測量時筒體均勻起落3次，測量3次，取其平均值作為最終的間隙值，并根據(jù)該值計算出各導(dǎo)向條的厚度，導(dǎo)向條焊接完成后筒體與固定導(dǎo)葉之間的間隙為1.0～1.2 mm。

將加工后的導(dǎo)向條按照固定導(dǎo)葉編號做出相應(yīng)的標(biāo)記，安裝時按圖將座環(huán)固定導(dǎo)葉尾部進行氣割打磨處理，導(dǎo)水機構(gòu)預(yù)裝完成后，用自制的楔子工具將加工合格的導(dǎo)向條按照編號安裝在對應(yīng)的固定導(dǎo)葉上，用0.03 mm檢查固定導(dǎo)葉與導(dǎo)向條之間的間隙，不得通過，然后將導(dǎo)向條點焊固定，焊角為5 mm，每個焊點長度不小于10 mm，兩側(cè)點焊間距控制在300 mm左右，點焊完成后拆除楔子工具。

導(dǎo)向條焊接時采用2個人對稱、同步、分段、退步、窄道的焊接工藝，焊接完成后按導(dǎo)葉翼型打磨光滑過渡，并進行表面PT檢測，采用掛鋼琴線的方法測量導(dǎo)向條的垂直度，應(yīng)控制在0.08 mm以內(nèi)，用塞尺配合平尺檢查導(dǎo)向條的平面度，對局部高低點進行修磨，導(dǎo)向條安裝焊接及修磨過程中一定要將活動導(dǎo)葉端面保護好，避免鐵屑等渣子掉入。導(dǎo)水機構(gòu)正式安裝時，頂蓋安裝就位并對稱初步把緊部分把合螺栓，接入壓泵將筒體緩慢分段下落，過程中安排專人測量筒體下落，同步性應(yīng)控制在2 mm以內(nèi)，分段測量座環(huán)導(dǎo)向條與筒體導(dǎo)向條之間的間隙值應(yīng)在1.0～1.2 mm，必要時進行修磨，間隙檢查滿足要求后，把緊頂蓋與座環(huán)把合螺栓進行筒閥油管路的安裝，最后按照廠家設(shè)計圖紙安裝筒閥上、下密封。

7 筒閥動作試驗

上述工作全部完成，同時筒形閥油管路安裝完成，油壓裝置建壓后，進行筒閥的無水調(diào)試試驗，筒閥應(yīng)整體動作靈活、不發(fā)卡，再次測量固定導(dǎo)葉導(dǎo)向條與筒體之間的間隙應(yīng)滿足廠家設(shè)計要求。

8 結(jié)束語

至2018年3月苗尾電站4臺套350 MW水輪發(fā)電機組全部投產(chǎn)發(fā)電，圓筒閥安裝調(diào)試各項質(zhì)量指標(biāo)均達到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)，隨著國內(nèi)高水頭巨型水電站的不斷開工建設(shè)，水輪機筒閥在水電站的運用優(yōu)點將更加突出，這里認真總結(jié)了苗尾水電站筒形閥的安裝工藝，其成功的工藝措施可對同類工程提供技術(shù)支持。