王勇剛，彭 強(qiáng)

(1.中國(guó)葛洲壩集團(tuán)機(jī)電建設(shè)有限公司，四川 成都 610000；2.湖北能源集團(tuán)溇水水電有限公司，湖北 恩施 445801)

1 工程概況

江坪河水電站安裝2臺(tái)單機(jī)容量225 MW的立軸半傘式水輪發(fā)電機(jī)組?；A(chǔ)環(huán)按永久埋入混凝土中設(shè)計(jì)，下端有合適的接口，與尾水管里襯頂端焊接。座環(huán)采用無(wú)蝶形邊的箱式結(jié)構(gòu)，由上、下環(huán)與固定導(dǎo)葉焊接成剛性結(jié)構(gòu)，主板采用 Q345-B 抗撕裂鋼板。座環(huán)分兩瓣制作、運(yùn)輸，在工地將座環(huán)和蝸殼各環(huán)節(jié)組焊在一起。座環(huán)用地腳螺栓固定在鋼支墩上，為了校正座環(huán)在現(xiàn)場(chǎng)組裝焊接和澆筑混凝土后產(chǎn)生的變形，利用專(zhuān)用精加工專(zhuān)機(jī)在現(xiàn)場(chǎng)加工座環(huán)與頂蓋、基礎(chǔ)環(huán)與底環(huán)的接觸面。

2 施工布置

2.1 準(zhǔn)備工作

2.1.1施工部位準(zhǔn)備

(1)工作面已交接驗(yàn)收，并按機(jī)電安裝要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)清理。將測(cè)量控制點(diǎn)，尤其是機(jī)組的X-Y軸線及高程控制點(diǎn)，測(cè)放至安裝部位的固定部位上，并進(jìn)行保護(hù)。

(2)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)在組裝前檢查分瓣面，去除毛刺，清洗合縫面并處理高點(diǎn)和運(yùn)輸過(guò)程中造成的缺陷，保護(hù)好所有機(jī)加工面。

2.1.2技術(shù)準(zhǔn)備

(1)仔細(xì)閱讀有關(guān)設(shè)備零部件圖、安裝圖、安裝說(shuō)明書(shū)、設(shè)備出廠檢驗(yàn)記錄和設(shè)備到貨明細(xì)表。

(2)熟悉有關(guān)圖紙及技術(shù)資料，了解設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及各項(xiàng)技術(shù)要求，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的具體情況、施工機(jī)械的配備，編制施工技術(shù)措施，經(jīng)批準(zhǔn)后施工。

(3)根據(jù)施工計(jì)劃安排，按照已批準(zhǔn)的施工方案進(jìn)行技術(shù)交底，明確施工方法及質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、安全環(huán)保措施等。

(4)參加業(yè)主、監(jiān)理工程師組織的設(shè)備開(kāi)箱檢查，確認(rèn)數(shù)量、種類(lèi)、規(guī)格無(wú)誤，設(shè)備缺陷已處理。

2.1.3材料準(zhǔn)備

鋼支墩、工字鋼、圓鋼、拉緊器、電焊條、著色探傷劑、氧氣、乙炔、磨光片及拋光片、楔子板、施工用蓋板、鋼平臺(tái)等工裝設(shè)施。

2.1.4安裝設(shè)備及工器具的準(zhǔn)備

(1)焊機(jī)、焊條烘干箱、手拉葫蘆、壓縫工具、組合面把合工具、氣割工具、腳手架等。

(2)測(cè)試工具：3 m內(nèi)徑千分尺、全站儀、水準(zhǔn)儀、鋼卷尺、測(cè)溫槍等。

2.2 吊裝鋼絲繩選用與計(jì)算

2.2.1座環(huán)吊裝分析

座環(huán)采用兩瓣運(yùn)輸，在現(xiàn)場(chǎng)把合好后，進(jìn)行焊縫焊接。單瓣座環(huán)采用4點(diǎn)吊裝，最大質(zhì)量47 t，根據(jù)廠家布置的吊裝吊耳位置，吊點(diǎn)距重心最大為3 m左右。鋼絲繩長(zhǎng)度6 m，根據(jù)計(jì)算兩鋼絲繩的最大夾角為38°。

2.2.2鋼絲繩計(jì)算

取1.1倍的動(dòng)載系數(shù)，每根鋼絲繩的受力為F1=(47×9.8÷4)×1.1=126.66 kN，取安全系數(shù)k=6，則鋼絲繩的破斷拉力為P=126.66×6=759.99 kN，鋼絲繩的抗拉強(qiáng)度1 770 MPa，鋼絲繩的直徑D2=F0×1 000×R0/k=759.99×1 000×1 770/0.33=1 301 mm，D=36.069 mm，k為某一類(lèi)別鋼絲繩的最小破斷拉力系數(shù)取0.33。選用直徑43 mm，公稱(chēng)抗拉強(qiáng)度選用1 770 MPa，長(zhǎng)度6 m的鋼絲繩可滿(mǎn)足吊裝要求。

3 施工工藝

3.1 座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝工藝流程

設(shè)備零部件檢查、清掃→基礎(chǔ)環(huán)安裝間組裝及焊接→分瓣座環(huán)機(jī)坑內(nèi)組裝→座環(huán)焊接→基礎(chǔ)環(huán)吊人機(jī)坑與座環(huán)把合→座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)整體調(diào)整加固→蝸殼掛裝焊接→蝸殼混凝土澆筑、座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)監(jiān)測(cè)→機(jī)坑澆筑至發(fā)電機(jī)層。

3.2 座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝主要施工工藝

3.2.1控制點(diǎn)放樣、基礎(chǔ)埋設(shè)

(1)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)吊入機(jī)坑安裝前，根據(jù)測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)、基準(zhǔn)線和水準(zhǔn)點(diǎn)及其書(shū)面資料以及國(guó)家測(cè)繪標(biāo)準(zhǔn)和本工程精度要求，將機(jī)組X、Y軸線及高程控制點(diǎn)用儀器引至機(jī)組軸線定位鋼琴線架上。

(2)基礎(chǔ)埋設(shè)前，根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)尺寸，檢查土建鋼筋網(wǎng)高程、方位。滿(mǎn)足要求后，測(cè)量放線，進(jìn)行基礎(chǔ)埋設(shè)，并與土建鋼筋網(wǎng)可靠焊接，其高程、水平、軸線均應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范要求。

3.2.2座環(huán)組裝及安裝

(1)座環(huán)安裝工作面，用水準(zhǔn)儀檢查、測(cè)量座環(huán)支墩基礎(chǔ)螺栓，調(diào)整座環(huán)楔子板及螺紋千斤頂高度，并做好位置記號(hào)，圓周均布擺放座環(huán)調(diào)整的8個(gè)鋼支墩及32 t千斤頂。

(2)座環(huán)組焊在機(jī)坑內(nèi)進(jìn)行。將8個(gè)支墩上的楔子板上平面調(diào)整比座環(huán)安裝高程低0.5 mm,先吊裝+Y方向第1瓣座環(huán)，用主廠房橋機(jī)配合初步調(diào)整對(duì)正座環(huán)廠內(nèi)加工+Y方向的標(biāo)記線，用千斤頂初步調(diào)整水平后，在座環(huán)內(nèi)外圓用4根Φ114無(wú)縫鋼管臨時(shí)可靠支撐、加固，防止傾翻。

(3)吊裝第2瓣，初調(diào)合縫錯(cuò)牙及水平，穿好合縫把合螺栓，用千斤頂精調(diào)兩瓣合縫加工面錯(cuò)牙小于0.04 mm后，穿入定位銷(xiāo)釘，把緊合縫螺栓，合縫面用0.04 mm的塞尺對(duì)間隙檢查。

(4)機(jī)組座環(huán)為緊湊型結(jié)構(gòu)，組合螺栓無(wú)法使用常規(guī)方式緊固，現(xiàn)場(chǎng)采用熱拉伸的方式對(duì)組合螺進(jìn)行緊固。緊固完成后，測(cè)定螺栓的伸長(zhǎng)值應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

(5)在座環(huán)內(nèi)搭設(shè)臨時(shí)測(cè)量平臺(tái)，檢查測(cè)量座環(huán)上下環(huán)圓度、水平、高程、分瓣面錯(cuò)牙等應(yīng)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

(6)在座環(huán)周?chē)昂峡p搭設(shè)腳手架，用防火保溫篷布進(jìn)行可靠遮擋防風(fēng)及防雨。按廠家專(zhuān)門(mén)的焊接工藝要求焊接座環(huán)合縫，焊接過(guò)程中對(duì)座環(huán)8個(gè)方向架百分表監(jiān)控變形情況，并根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)，隨時(shí)調(diào)整焊接次序，控制焊接線能量，確保焊接變形在最小范圍。焊接完成后按設(shè)計(jì)要求對(duì)各部焊縫進(jìn)行探傷檢查合格后，再次測(cè)定熱伸長(zhǎng)螺栓的伸長(zhǎng)值。如果伸長(zhǎng)超出了允許值范圍，需重新對(duì)螺栓進(jìn)行加熱緊固，并對(duì)熱伸長(zhǎng)螺栓的伸長(zhǎng)測(cè)定過(guò)程及結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)記錄。

(7)調(diào)整座環(huán)圓度、同軸度、固定導(dǎo)葉中心線高程、水平及4個(gè)軸線方位偏差等。中心偏差不大于2 mm，高程偏差不大于2 mm，水平度0.05 mm/m。調(diào)整完成后，楔子板、墊板等點(diǎn)焊在支墩上。

(8)用槽鋼將座環(huán)下環(huán)板與預(yù)埋基礎(chǔ)板焊連，加固過(guò)程中應(yīng)對(duì)座環(huán)圓度、高程及水平進(jìn)行監(jiān)控。

3.2.3基礎(chǔ)環(huán)組裝、焊接

(1)在安裝間準(zhǔn)備8個(gè)臨時(shí)支墩及16 t千斤頂，用于基礎(chǔ)環(huán)的拼裝焊接調(diào)整。

(2)清掃、打磨基礎(chǔ)環(huán)各瓣坡口。用廠房橋機(jī)按廠內(nèi)預(yù)裝編號(hào)依次吊裝2瓣基礎(chǔ)環(huán)，用千斤頂及楔子板調(diào)整基礎(chǔ)環(huán)合縫焊縫錯(cuò)牙、轉(zhuǎn)輪支撐法蘭面錯(cuò)牙，基礎(chǔ)環(huán)加工面圓度、水平等滿(mǎn)足廠家技術(shù)要求后，按照熱伸長(zhǎng)螺栓要求把合。先焊接組合焊縫的縱向焊縫，保證焊縫質(zhì)量合格。再組裝合縫面處的2小段止漏環(huán)，并封焊坡口。

(3)焊接基礎(chǔ)環(huán)組合縫。焊接過(guò)程中測(cè)量控制基礎(chǔ)環(huán)的圓度及水平，并根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整焊接次序。焊后將加工面組合縫打磨平整。按圖紙及規(guī)范要求進(jìn)行焊縫探傷檢查，應(yīng)滿(mǎn)足要求(見(jiàn)圖1)。

圖1 基礎(chǔ)環(huán)焊接部位示意

(4)按照?qǐng)D紙要求，在基礎(chǔ)環(huán)外圓標(biāo)記出基礎(chǔ)環(huán)錨鉤位置并打磨出金屬光澤，按設(shè)計(jì)要求焊接錨鉤。當(dāng)座環(huán)焊接調(diào)整好后，將整體基礎(chǔ)環(huán)用主廠房橋機(jī)吊入機(jī)坑與座環(huán)連接。

(5)基礎(chǔ)環(huán)與座環(huán)的焊接在座環(huán)安裝調(diào)整、基礎(chǔ)螺桿孔二期混凝土回填及養(yǎng)護(hù)期達(dá)到設(shè)計(jì)要求后進(jìn)行。打磨座環(huán)下環(huán)板底部焊縫連接面及基礎(chǔ)環(huán)坡口油漆或銹蝕，用千斤頂頂起基礎(chǔ)環(huán)，調(diào)整好與座環(huán)的同心、高程及方位后，與座環(huán)固定。

(6)根據(jù)基礎(chǔ)環(huán)與錐管上口實(shí)測(cè)尺寸進(jìn)行尾水錐管湊合節(jié)配割、安裝，基礎(chǔ)環(huán)與錐管間的環(huán)焊縫等蝸殼混凝土澆筑完成后，再進(jìn)行焊接。

3.2.4座環(huán)焊接

座環(huán)焊接示意見(jiàn)圖2。

圖2 座環(huán)焊接示意(單位：mm)

(1)凡參加座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)焊接的焊工，應(yīng)取得相應(yīng)的合格證。

(2)施焊前，應(yīng)將坡口及兩側(cè)20～30 mm范圍內(nèi)的鐵銹、熔渣、油垢、水跡清除干凈。檢查裝配尺寸和定位焊縫質(zhì)量，定位焊縫上的裂紋、氣孔、夾渣等缺陷均清除。

(3)施焊前必須按照焊條說(shuō)明書(shū)的要求進(jìn)行烘焙，烘焙溫度350～380 ℃，烘焙時(shí)間1～2 h，當(dāng)溫度降至150 ℃時(shí)再轉(zhuǎn)入保溫箱保存。焊條的發(fā)放和使用應(yīng)隨用隨取，做好記錄，焊工每次攜帶的焊條數(shù)量不得超過(guò)80根，并放在保溫桶里，使用后剩余的焊條應(yīng)放入烘箱再次烘焙，重復(fù)烘焙次數(shù)不宜超過(guò)2次。

(4)焊接前應(yīng)對(duì)各條焊縫進(jìn)行定位焊，定位焊長(zhǎng)度200～250 mm，定位焊焊縫厚度10～15 mm。

(5)焊縫宜持續(xù)焊接完成，若中途停止焊接，則必須采取保溫措施，恢復(fù)施焊時(shí)應(yīng)達(dá)到預(yù)熱溫度要求。

(6)由4名焊工在組合縫的位置上下對(duì)稱(chēng)、均勻焊接。打底焊接時(shí)必須采用小電流焊接。焊接時(shí)為減小變形，應(yīng)采用分段、對(duì)稱(chēng)、退步、窄道焊接的工藝。

(7)多層多焊道焊接時(shí)，各層的焊接接頭應(yīng)錯(cuò)開(kāi)30～50 mm，焊接時(shí)焊條的擺動(dòng)寬度為其直徑的3～4倍，焊縫厚度不大于5 mm。

表1 江坪河水電站1號(hào)機(jī)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)主要安裝數(shù)據(jù)記錄

(8)除打底和蓋面層以外，其余每焊完一層均要用風(fēng)鏟進(jìn)行錘擊消應(yīng)。焊后保溫緩冷，冷卻速度保持在30～50 ℃/h之間。

(9)焊接監(jiān)測(cè)。在頂蓋、底環(huán)安裝面分別均布8個(gè)測(cè)點(diǎn)(每瓣4個(gè))，用于測(cè)量安裝面水平情況，測(cè)量水平時(shí)使用水準(zhǔn)儀進(jìn)行。在上下環(huán)板內(nèi)鏜口分別均布16個(gè)測(cè)點(diǎn)，用于監(jiān)測(cè)座環(huán)圓度和半徑的變化，測(cè)量時(shí)采用內(nèi)徑千分尺測(cè)量直徑的變化。在環(huán)板、過(guò)渡板等焊接位置的定位焊、打底焊、正背縫焊至1/2、焊完各個(gè)階段均必須進(jìn)行測(cè)量，并記錄測(cè)量結(jié)果。開(kāi)焊前，均必須測(cè)量以上數(shù)據(jù)，作為當(dāng)天焊接順序、方法調(diào)整的依據(jù)；焊接過(guò)程中，在不影響焊接的情況下隨時(shí)檢查以上數(shù)據(jù)，以便及時(shí)調(diào)整焊接順序和方法。

3.2.5座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)焊縫檢測(cè)要求

(1)過(guò)流部分表面打磨光滑，無(wú)凸凹不平的缺陷。

(2)基礎(chǔ)環(huán)焊縫檢測(cè)做PT檢測(cè)。

(3)座環(huán)焊縫需要做焊縫內(nèi)部檢測(cè)時(shí)根據(jù)圖紙要求采用超聲波檢測(cè)。

3.2.6座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)、混凝土澆筑監(jiān)測(cè)及不銹鋼湊合節(jié)焊接

(1)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝完成后，在機(jī)坑內(nèi)整體調(diào)整，根據(jù)圖紙進(jìn)行整體外部加固。

(2)待蝸殼安裝完畢、混凝土澆筑前，在座環(huán)軸線位置安裝位移監(jiān)測(cè)架，安裝百分表，由專(zhuān)人負(fù)責(zé)澆筑全過(guò)程的監(jiān)控，如發(fā)現(xiàn)位移超預(yù)警值時(shí)，及時(shí)通知現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)理工程師，調(diào)整澆筑工序及方位。

(3)將相應(yīng)的焊縫坡口清理干凈，根據(jù)基礎(chǔ)環(huán)圖紙要求安裝、焊接基礎(chǔ)環(huán)不銹鋼段與尾水錐管上段環(huán)縫背后的圍板；不銹鋼段的環(huán)縫待混凝土澆筑完畢后再進(jìn)行焊接。

3.2.7座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝質(zhì)量控制要求及指標(biāo)

(1)基礎(chǔ)墊板的埋設(shè)，其高程偏差一般不超過(guò)5～0 mm，中心和分布位置偏差一般不大于10 mm，水平偏差一般不大于1 mm/m。

(2)埋設(shè)部件安裝后應(yīng)加固牢靠，基礎(chǔ)螺栓、千斤頂、拉緊器、楔子板、基礎(chǔ)板等均應(yīng)點(diǎn)焊固定。埋設(shè)部件與混凝土結(jié)合面，應(yīng)無(wú)油污和嚴(yán)重銹蝕。

(3)楔子板應(yīng)成對(duì)使用，搭接長(zhǎng)度在2/3以上。對(duì)于承受重要部件的楔子板，安裝后應(yīng)用0.05 mm塞尺檢查接觸情況，每側(cè)接觸長(zhǎng)度應(yīng)大于70%。

(4)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)組合面應(yīng)光潔無(wú)毛刺，合縫間隙用0.05 mm塞尺檢查，不能通過(guò)；允許有局部間隙，用0.10 mm塞尺檢查，深度不應(yīng)超過(guò)組合面寬度的1/3，總長(zhǎng)不應(yīng)超過(guò)周長(zhǎng)的20%；組合螺栓及銷(xiāo)釘周?chē)粦?yīng)有間隙。組合縫處安裝面錯(cuò)牙一般不超過(guò)0.18 mm。

江坪河水電站1號(hào)機(jī)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)主要安裝數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

4 結(jié) 語(yǔ)

以江坪河水電站1號(hào)機(jī)座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)安裝為例，安裝、焊接過(guò)程嚴(yán)格遵照本文所述方式進(jìn)行，安裝完成后所有控制項(xiàng)數(shù)據(jù)均達(dá)到優(yōu)良標(biāo)準(zhǔn)?？梢?jiàn)，通過(guò)上述技術(shù)方法進(jìn)行安裝，有效的控制焊接變形，可使安裝質(zhì)量得到有效保障。

綜上所述，座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)是水電站水輪發(fā)電機(jī)組的基準(zhǔn)埋件，其中心、高程、水平的安裝施工質(zhì)量直接影響機(jī)組安裝質(zhì)量和機(jī)組發(fā)電效率，控制好座環(huán)、基礎(chǔ)環(huán)的施工尤為重要。