劉加華，黃永勝

(中國水利電力對外有限公司，北京 100120)

蘇阿皮蒂水電站是西非幾內(nèi)亞共和國孔庫雷河梯級開發(fā)的第二級，距首都科納克里約135 km。壩址流域面積10 800 km2，總庫容63.17億m3，調(diào)節(jié)庫容39.4億m3，年均來水103.3億m3，屬多年調(diào)節(jié)水庫。碾壓混凝土重力壩，左岸壩后式廠房，最大壩高120 m，壩頂長1 158 m?；炝魇綑C(jī)組，裝機(jī)容量4×112.5 MW=450 MW；座環(huán)上下過度段采用優(yōu)質(zhì)的Q235R鋼板；上、下法蘭材質(zhì)為Q345B焊接制成。座環(huán)分二瓣到貨，單瓣最大重量為24.22 t、總重44.83 t。

1 現(xiàn)場施工條件限制，針對性制定座環(huán)的吊裝措施

施工前期，電站配備的主橋機(jī)未安裝，只能利用土建施工配備的設(shè)備作為吊裝手段，蘇阿皮蒂水電站使用的是MQ600B尾水門機(jī)30 t吊鉤；尾水門機(jī)中心線為0+029.8 m，距離座環(huán)設(shè)計(jì)位置中心尺寸為29.8 m，參照門機(jī)設(shè)備起重特性曲線參數(shù)(圖1)可知，門機(jī)在23 m范圍內(nèi)可吊裝25 t，門機(jī)不具備將單瓣座環(huán)直接吊裝就位的條件。門機(jī)中心線距下游副廠房邊墻距離為19.8 m，混凝土邊墻伸出鋼筋按照1.5 m計(jì)、座環(huán)重心位置按照1.5 m計(jì)，門機(jī)將座環(huán)吊入機(jī)坑實(shí)際距離為22.8 m，具備座環(huán)吊入機(jī)坑的能力。綜上所述，現(xiàn)場制定了將座環(huán)單瓣吊入機(jī)坑組合，后通過運(yùn)輸滑道拖至設(shè)計(jì)位置的方案。

圖1 MQ600B門機(jī)特性曲線

提前在機(jī)坑內(nèi)部搭設(shè)座環(huán)組裝平臺和運(yùn)輸滑道，將座環(huán)分瓣吊入機(jī)坑后拼裝成整體，考慮到水平運(yùn)輸距離較短，采用手拉葫蘆牽引至設(shè)計(jì)位置；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，鋼與鋼之間的滑動摩擦系數(shù)選取0.15，45 t重物的最大滑動摩擦力為：f=μN(yùn)=6.75 t，選用二臺5 t手拉葫蘆就可以滿足使用。注意座環(huán)不能和運(yùn)輸滑道直接摩擦，故手拉葫蘆拉動的是20 mm厚鐵板制作成的組裝平臺，為了減小摩擦，可在組裝平臺和運(yùn)輸滑道之間涂抹潤滑脂。座環(huán)運(yùn)輸就位后，用千斤頂將座環(huán)頂起3 cm，拆除底部組裝平臺和滑道，再將座環(huán)降落至混凝土支墩上。

2 座環(huán)的調(diào)整

2.1 座環(huán)調(diào)整的技術(shù)參數(shù)

把合后座環(huán)合縫面間隙應(yīng)滿足：0.05 mm塞尺不能通過，局部間隙不得大于0.1 mm且深度小于1/3分瓣面寬度，長度不超過合縫面總長度的20%，合縫處安裝面錯(cuò)牙小于0.10 mm。

調(diào)整參數(shù)如表1。

表1 座環(huán)調(diào)整參數(shù)表

2.2 合縫處安裝面錯(cuò)牙和座環(huán)水平調(diào)整

1)座環(huán)整體降落在混凝土支墩前，座環(huán)固定用M42地腳螺栓16支提前放入支墩套管中，避免座環(huán)就位后無法安裝。楔子板放置支墩上，調(diào)整水平，楔子板應(yīng)成對使用，搭接長度在2/3以上。安裝后應(yīng)用0.05 mm塞尺檢查接觸情況，接觸長度應(yīng)大于70%；拆卸座環(huán)把合螺栓，調(diào)整兩瓣座環(huán)合縫面錯(cuò)牙和水平度。

2)座環(huán)水平測點(diǎn)的選擇。水平測量點(diǎn)分布如圖2所示，每個(gè)合縫面兩邊應(yīng)該各取一個(gè)點(diǎn)1、1-1以及5、5-5，這樣方便調(diào)整兩瓣座環(huán)水平和錯(cuò)牙，也對消除合縫面間隙有利。

3)座環(huán)上下環(huán)水平度測量的數(shù)據(jù)分析調(diào)整。

①蘇阿皮蒂1號座環(huán)調(diào)整前測量的水平度數(shù)據(jù)見表2。

圖2 水平測點(diǎn)分布

mm

②數(shù)據(jù)的分析(按所處坐標(biāo)位置，分別稱為+X瓣、-X瓣，如圖3所示)。上環(huán)：+Y方向“-X瓣”比“+X瓣”低0.2 mm(0.1-0.3=0.2 mm)，-Y方向“-X瓣”比“+X瓣”高0.1 mm(0.3-0.2=0.1 mm)；下環(huán)：+Y方向“-X瓣”比“+X瓣”高0.3 mm(0.5-0.2=0.3 mm)，-Y方向“-X瓣”和“+X瓣”平(0.3-0.3=0)，如圖4所示。

圖3 分瓣示意

圖4 錯(cuò)位示意

③根據(jù)數(shù)據(jù)分析做調(diào)整。如圖5所示，座環(huán)下環(huán)“1”-Y方向錯(cuò)位合格，把合“1”處螺栓；由于座環(huán)的高度約2 m，長度約為5 m，根據(jù)杠桿原理，不能調(diào)整“3”處，需先調(diào)整下環(huán)板“2”+Y方向錯(cuò)位0.3 mm，利用千斤頂調(diào)整(注意：千斤頂位置的選取，靠近筋板或者合縫面板立面受力牢固位置為宜，并加以保護(hù)，以免產(chǎn)生局部變形，損壞工件)，架百分表監(jiān)控位移，直至錯(cuò)牙合格，把合“2”處螺栓；后利用同樣的方法調(diào)整“3”和“4”處錯(cuò)位，在錯(cuò)牙調(diào)整完成后，重新測量水平，調(diào)整座環(huán)上下環(huán)水平至合格。

圖5 座環(huán)上下環(huán)尺寸示意簡圖

2.3 座環(huán)圓度數(shù)據(jù)分析和調(diào)整

座環(huán)的圓度測量數(shù)據(jù)應(yīng)在水平調(diào)整完成后測量；工件不在水平位置時(shí)，利用鋼琴線掛錘球測量圓度所得的數(shù)據(jù)是有偏差的。

1)1號座環(huán)圓度測量(測量位置如圖11)數(shù)據(jù)見表3。

2)整理數(shù)據(jù)后的雷達(dá)示意圖，見圖6，圖7。

3)整理后的數(shù)據(jù)分析。從整理后的數(shù)據(jù)看：下環(huán)錯(cuò)位小，上環(huán)錯(cuò)位大，需進(jìn)行調(diào)整，用千斤頂調(diào)整水平錯(cuò)牙的方法調(diào)整圓度錯(cuò)位至合格；另按照整個(gè)數(shù)據(jù)看，座環(huán)上下環(huán)有一定偏心(如圖8所示)，偏心的原因有：①退火不完全，應(yīng)力釋放；②運(yùn)輸過程中硬拉、吊點(diǎn)選取不合適、受到撞擊等，造成變形；③加工時(shí)，進(jìn)刀快，進(jìn)刀量大，或裝夾加工部件時(shí)力度過大。

表3 上下環(huán)圓度測量數(shù)據(jù) mm

圖7 下環(huán)數(shù)據(jù)雷達(dá)示意圖

圖8 上下環(huán)偏心雷達(dá)示意圖

偏心的原因結(jié)合現(xiàn)場上下環(huán)板的加工面情況看：上環(huán)加工時(shí)，車刀進(jìn)刀量大，表面也比較差，初步認(rèn)定為第3條原因占的比重比較大如圖9所示。

圖9 上下環(huán)板加工情況對比圖

2.4 座環(huán)合縫面的焊接調(diào)整分析

1)焊接工藝要求。由4名焊工在各合縫位置，每道合縫處分上、下兩層各1名焊工同時(shí)對稱分別施焊；先進(jìn)行定位焊，定位焊與正常焊接的順序相同，定位焊完成后，采用多層多道退步的方法進(jìn)行焊接；在焊接過程中防止焊接變形，應(yīng)按圖10所示順序1-9進(jìn)行焊接；為監(jiān)控焊接變形情況，在座環(huán)R、S面上各取10點(diǎn)以及在上下環(huán)上各取10點(diǎn)，沿周向均布，要求每瓣座環(huán)的合縫處必須測量，并打上相應(yīng)標(biāo)記；用水準(zhǔn)儀監(jiān)測焊接過程中兩面的平面度變化，用掛鋼琴線的方法測量圓度(測量位置如圖11)。并根據(jù)焊接變形情況對焊接順序及時(shí)調(diào)整以滿足座環(huán)焊接質(zhì)量；封焊后將封焊位置打磨平滑并對焊接位置按圖紙要求進(jìn)行MT或PT檢查。

圖10 焊接順序編號

圖11 上下環(huán)圓度測量位置(R1/R2)

2)1號座環(huán)焊接前后水平和圓度數(shù)據(jù)見表4、表5。

3)座環(huán)焊接前后水平數(shù)據(jù)分析：座環(huán)合縫面焊接過程中，利用千斤頂和支墩上的楔子板的升降，對座環(huán)水平進(jìn)行了調(diào)整及焊接預(yù)變形，焊接速度加以控制，得到了合格的座環(huán)水平數(shù)據(jù)(表4)。

表4 座環(huán)水平測量數(shù)據(jù) mm

表5 座環(huán)圓度測量數(shù)據(jù) mm

4)座環(huán)焊接前后圓度數(shù)據(jù)整理后的分析。座環(huán)焊接前后的數(shù)據(jù)(表5)整理成雷達(dá)示意圖(如圖12)來看：Y方向(合縫面位置)焊接后變形朝內(nèi)側(cè)收攏，X方向向外擴(kuò)張，焊接變形原理簡化后的示意圖(如圖13)。

根據(jù)現(xiàn)場座環(huán)合縫面焊接變形的過程監(jiān)控和焊接完成后的結(jié)果，可看出上環(huán)變形趨勢朝圓度差的方向變化，下環(huán)朝圓度好的方向變化，焊接工藝應(yīng)做更細(xì)致的調(diào)整，把上環(huán)和下環(huán)的焊接工序區(qū)分開(圖10焊接順序編號)；根據(jù)焊接變形大小，在上環(huán)焊接時(shí)把焊接序5的立面和焊接序6對調(diào)；或者根據(jù)焊接變形大小，焊接序5時(shí)穿插焊接序6，可得到更好的圓度數(shù)據(jù)。

在焊接時(shí)，需兼顧座環(huán)的水平和圓度數(shù)據(jù)以及焊接過程中的變形情況，做細(xì)致分析；根據(jù)焊接的預(yù)變形和反變形原理，作不同的工藝調(diào)整，其中包括焊接電流的大小、焊接速度，工件的水平和圓度情況等等；2、3、4號座環(huán)對焊接順序和焊接工藝做了相應(yīng)的調(diào)整，更好控制了焊接變形，水平和圓度數(shù)據(jù)良好。

圖12 上下環(huán)圓度雷達(dá)示意圖

圖13 焊接變形簡化示意圖

3 結(jié) 語

通過對座環(huán)合縫面錯(cuò)位、水平度、圓度的調(diào)整、座環(huán)合縫面焊接數(shù)據(jù)分析，并不斷的總結(jié)和改進(jìn)，優(yōu)質(zhì)地完成了蘇阿皮蒂水電站座環(huán)的安裝，希望經(jīng)過本文的介紹，為大型分瓣類設(shè)備安裝調(diào)整提供借鑒。