李 秘，董鐘明，周玉國，幸紹凱

（中國長江電力股份有限公司白鶴灘電廠籌建處，四川 涼山615400）

1 前言

白鶴灘水電站位于云南、四川界河河段，右岸隸屬云南省巧家縣，左岸隸屬四川省寧南縣，是金沙江下游四座世界級巨型梯級水電站——烏東德、白鶴灘、溪洛渡、向家壩中的第二級，其裝機(jī)規(guī)模世界第二大、在建規(guī)模世界第一。白鶴灘電站為單機(jī)容量100 萬kW 居世界第一，這是我國首次全部采用國產(chǎn)（技術(shù)研發(fā)制造）的百萬千瓦級水輪發(fā)電機(jī)組。

該機(jī)組埋件蝸殼采用800 MPa 級調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼，這是當(dāng)前水電站機(jī)組埋件批量應(yīng)用最高級別的結(jié)構(gòu)鋼。機(jī)組蝸殼在制造安裝焊接過程中易產(chǎn)生焊接冷裂紋，最大板厚達(dá)到97 mm，屈服強(qiáng)度大于690 MPa，抗拉強(qiáng)度大于780 MPa，斷后伸長率≥15%，在零下40℃沖擊功≥100 J。下面我們詳細(xì)研究探討一下蝸殼的掛裝、調(diào)整、焊接等施工工藝以及安裝質(zhì)量控制要點(diǎn)。

2 蝸殼安裝

蝸殼的掛裝工作應(yīng)在蝸殼制造完工，拼裝驗(yàn)收合格、座環(huán)安裝合格后方可進(jìn)行。

2.1 安裝準(zhǔn)備

（1）熟悉圖紙及制造廠提供的技術(shù)資料，了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及安裝工藝要求，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際，編制施工技術(shù)措施、安全防護(hù)措施和質(zhì)量控制措施。

（2）安裝工器具已準(zhǔn)備到位。

（3）蝸殼基礎(chǔ)埋件已安裝完成，基礎(chǔ)板、支墩等混泥土強(qiáng)度已滿足要求。

（4）對到貨的蝸殼各管節(jié)（湊合節(jié)為瓦片到貨）的斷面尺寸、開口尺寸、周長、圓度、腰線距離等進(jìn)行檢查測量。

（5）參照蝸殼裝焊圖，以座環(huán)上的X、Y 基準(zhǔn)線標(biāo)記為基準(zhǔn)，用經(jīng)緯儀或全站儀在座環(huán)上、下過渡板以及周圍混凝土上分別放出蝸殼各節(jié)掛裝用的斷面標(biāo)記點(diǎn)、最遠(yuǎn)點(diǎn)，并作出清晰的標(biāo)記來作為蝸殼掛裝的基準(zhǔn)。

（6）將蝸殼底部和腰線處支撐用的鋼管、千斤頂及千斤頂墊板清理干凈，并按蝸殼座環(huán)地基圖放置在相應(yīng)的基礎(chǔ)板上，并使千斤頂墊板頂面高程低約3～5 mm。

2.2 蝸殼掛裝

蝸殼由定位節(jié)、普通管節(jié)和湊合節(jié)組成，定位管節(jié)起定位作用，安裝時(shí)以定位管節(jié)為基礎(chǔ)，從兩端分別進(jìn)行安裝，通過湊合節(jié)連成整體，如圖1 所示，按1 →2 →3 掛裝順序及方向掛裝。湊合節(jié)采用瓦片形式掛裝，在現(xiàn)場進(jìn)行修割壓縫。

2.2.1 蝸殼定位節(jié)掛裝

分別吊裝3 節(jié)定位節(jié)，根據(jù)定位節(jié)位置，將定位節(jié)開口與座環(huán)上過渡板上標(biāo)記對應(yīng)，用座環(huán)上過渡板上的擋塊將蝸殼拖住，緩慢落鉤，讓蝸殼下滑，底板向座環(huán)下過渡板靠攏，落在座環(huán)下過渡板上的擋塊上，用蝸殼遠(yuǎn)點(diǎn)的支撐、蝸殼底板支撐臨時(shí)支撐固定蝸殼定位節(jié)，調(diào)整定位節(jié)與座環(huán)過渡板縱縫錯(cuò)牙和間隙、定位節(jié)進(jìn)水邊和出水邊的垂直平面度、腰線高程、最遠(yuǎn)點(diǎn)到機(jī)組中心線的距離及最遠(yuǎn)點(diǎn)基準(zhǔn)的偏差等滿足圖紙技術(shù)要求，并記錄測量數(shù)據(jù)，實(shí)行驗(yàn)收制度。定位節(jié)調(diào)整合格后，將相應(yīng)的調(diào)整旋套、拉緊器點(diǎn)焊固定，將相應(yīng)的千斤頂點(diǎn)焊固定。

圖1 蝸殼安裝順序示意圖

圖2 定位節(jié)掛裝示意圖

圖3 定位節(jié)現(xiàn)場安裝圖

2.2.2 蝸殼普通管節(jié)掛裝

蝸殼定位節(jié)調(diào)整驗(yàn)收完畢后，分別以3 節(jié)定位節(jié)為基準(zhǔn)，分3 個(gè)工作面繼續(xù)掛裝蝸殼普通管節(jié)，掛裝順序如圖1 所示，按1 →2 →3 掛裝順序及方向掛裝普通管節(jié)，掛裝方法可按照定位節(jié)的掛裝方法實(shí)施。定位節(jié)安裝后最多連續(xù)掛裝調(diào)整3 節(jié)普通管節(jié)，即進(jìn)行環(huán)縫的焊接。焊接結(jié)束后，進(jìn)行下3 節(jié)的掛裝調(diào)整。

蝸殼掛裝時(shí)應(yīng)注意座環(huán)的受力平衡、盡量采用中心對稱掛裝蝸殼，并在蝸殼掛裝過程中及時(shí)的安裝上相應(yīng)的蝸殼支撐以將蝸殼的重量盡量轉(zhuǎn)移到蝸殼支撐上。同時(shí)，在蝸殼的掛裝、調(diào)整過程中應(yīng)監(jiān)視座環(huán)的水平，蝸殼環(huán)縫的調(diào)整順序應(yīng)與蝸殼的掛裝順序一致（見圖4）。

圖4 蝸殼普通管節(jié)掛裝

2.2.3 蝸殼湊合管節(jié)配割掛裝

所有普通管節(jié)吊裝完畢后進(jìn)行湊合節(jié)瓦片配割，配割采用實(shí)測劃線的方式進(jìn)行：1）先測量與湊合節(jié)相鄰兩斷面腰線位置坡口鈍邊線的間距L0，然后從腰線向上、向下弧長間隔200 mm 測量兩截面的間距L，并做記錄。2）根據(jù)上述實(shí)際測量尺寸，劃出該湊合節(jié)的斷面配割線。如圖7 所示：從腰線開始以該瓦片中心線對稱劃出斷面⑤和⑥間距L0線和L線，然后將其端點(diǎn)圓滑連接，做出斷面⑤和斷面⑥配割線。3）采用半自動(dòng)火焰氣割機(jī)按照蝸殼湊合節(jié)斷面配割線件配割，配割后對湊合節(jié)進(jìn)行試裝，試裝合格后按照圖紙要求配割坡口，并打磨完全露出金屬光澤，坡口表面進(jìn)行MT 或PT 無損探傷檢測。

3 蝸殼的焊接

蝸殼掛裝焊接采用“兩環(huán)一蝶”的方式進(jìn)行，即采用邊掛裝邊焊接邊探傷的施工方式進(jìn)行。

3.1 蝸殼焊接要求

圖5 蝸殼安裝圖

圖6 蝸殼安裝示意圖

圖7 湊和節(jié)斷面配割示意圖

800 MPa 級調(diào)質(zhì)低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼對焊接要求極高，焊接時(shí)需注意以下事項(xiàng)：①蝸殼襯板上焊接臨時(shí)加強(qiáng)筋板、支撐筋板等臨時(shí)構(gòu)件時(shí)，其材料必須與蝸殼材質(zhì)保持一致，否則應(yīng)采用與焊接蝸売襯板同類型焊接材料堆焊（厚度不小于4 mm）過渡，之后才能焊接此類異質(zhì)臨時(shí)構(gòu)件；②線能量、預(yù)熱溫度及層間溫度控制：焊接線能量一般控制范圍： 20 kJ/cm～30 kJ/cm，線能量控制得好壞直接決定蝸殼焊接質(zhì)量，層間預(yù)熱溫度控制在120 ℃左右，層間溫度控制在200℃左右；③不允許在坡口以外的金屬表面引弧，在坡口以外的母材表面引弧、或有電弧劃傷，應(yīng)打磨清除，并進(jìn)行MT 無損探傷檢測。必要時(shí)，進(jìn)行焊接修復(fù)；④所有焊縫按ASME 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行100%UT+100%MT/PT 探傷檢查；⑤所有縱縫、蝸殼與壓力鋼管連接環(huán)縫、“T”型焊縫（縱環(huán)縫相交300 mm 范圍內(nèi)），進(jìn)行100%TOFD 檢查。

3.2 蝸殼環(huán)縫焊接

蝸殼掛裝驗(yàn)收合格后，首先焊接蝸殼環(huán)縫，每條環(huán)縫焊接順序，如圖8 所示。每一環(huán)縫可由4 名焊工分別在1 象限、II 象限、III 象限和Ⅳ象限按照圖示的焊接順序進(jìn)行焊接。焊接采用疊焊、多層、多道、分段退步焊接方式進(jìn)行焊接，每段焊縫長300～400 mm。

圖8 環(huán)縫焊接順序

3.3 蝸殼湊合節(jié)焊接

湊合節(jié)焊接，首先焊接湊合節(jié)瓦塊間的縱縫，然后焊接其中一條環(huán)縫，最后焊接另一條環(huán)縫。

3.4 蝸殼與坐環(huán)過渡板的焊接

焊接時(shí)采用分段退步焊接，保持焊接速度一致，焊接順序如圖9 所示，蝸殼與過渡板焊縫的焊接宜連續(xù)進(jìn)行直至焊完，不宜間斷。

圖9 蝸殼與坐環(huán)過渡板焊接

4 蝸殼和座環(huán)的定位尺寸檢查

蝸殼掛裝焊接完成后，復(fù)測座環(huán)中心、方位、高程、水平及圓度應(yīng)滿足圖紙技術(shù)要求。蝸殼焊接完成及座環(huán)復(fù)測合格后，將蝸殼及座環(huán)所有的拉緊器、拉錨、千斤頂/千斤頂墊板、支撐鋼管等按圖紙要求進(jìn)行焊接固定，嚴(yán)禁千斤頂墊板與蝸殼進(jìn)行焊接。

5 結(jié)語

白鶴灘水電站1 000 MW 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組在世界水電行業(yè)屬于無人區(qū)，蝸殼作為重要的過流部件，承受高水壓、大流量、水壓變化大等問題。對白鶴灘水電站1 000 MW 水輪機(jī)發(fā)電機(jī)組蝸殼安裝施工工藝進(jìn)行研究、總結(jié)，不僅可以推動(dòng)白鶴灘水電站機(jī)組蝸殼安裝質(zhì)量水平的全面提升，同時(shí)可以為未來安裝超高水頭、超大容量水電機(jī)組的水電站開發(fā)，以及提高國內(nèi)水電行業(yè)競爭力，走出國門開發(fā)大型水電站，奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。