幸能旺，王 孟

（中國水利水電第十四工程局有限公司機(jī)電安裝事業(yè)部，云南 昆明 650032）

1 工程概述

以禮河為金沙江右岸支流，流域共建有4座梯級(jí)電站，以禮河四級(jí)電站（小江水力發(fā)電廠）為其中最下游一級(jí)電站，白鶴灘水庫蓄水后僅淹沒原以禮河四級(jí)水電站的尾部廠房及部分引水系統(tǒng)，以禮河四級(jí)電站復(fù)建工程將沿用原電站首部調(diào)節(jié)池、泄洪槽、輸水隧洞（含管橋）、調(diào)壓室等，新建引水隧洞、尾水隧洞、地下廠房、地面出線場等。以禮河四級(jí)電站復(fù)建后總裝機(jī)容量為130 MW，按其裝機(jī)容量確定為中型三等工程。

以禮河四級(jí)電站復(fù)建工程裝有4×32.5 MW沖擊式水輪發(fā)電機(jī)組，水輪機(jī)型號(hào)： CJA1581-L-185/4×15.4。額定水頭517.5 m，最大水頭542.7 m，額定流量7.23 m3/s，最小水頭，515.3 m，額定轉(zhuǎn)速500 r/min，飛逸轉(zhuǎn)速900 r/min，額定容量：32.5 MW，旋轉(zhuǎn)方向，俯視逆時(shí)針。

配水環(huán)管是沖擊式水輪機(jī)的重要過流部件，它與球閥和噴嘴連接結(jié)構(gòu)形式較為復(fù)雜，與一般的鋼蝸殼有很大區(qū)別[1]，如何可靠安裝是電站安全運(yùn)行的關(guān)鍵問題之一。

2 配水環(huán)管組裝

以禮河四級(jí)電站水輪機(jī)配水環(huán)管入口直徑為Φ1 250 mm，4個(gè)出口直徑為Φ638 mm，4臺(tái)機(jī)入口和出口直徑相同，每臺(tái)機(jī)配水環(huán)管總重36 000 kg，設(shè)計(jì)壓力為6.77 MPa，試驗(yàn)壓力為10.2 MPa。

配水環(huán)管分3節(jié)到貨，工地焊接2條環(huán)縫后形成整體，第一節(jié)配水環(huán)管由4個(gè)基礎(chǔ)支撐，第二節(jié)由3個(gè)基礎(chǔ)支撐，第三節(jié)由4個(gè)基礎(chǔ)支撐。配水環(huán)管采用Q345R的鋼板焊接而成，現(xiàn)場由第一～三節(jié)順序組裝完成，焊縫焊接并進(jìn)行探傷檢查，合格后進(jìn)行水壓試驗(yàn)和混凝土保壓澆筑。

配水環(huán)管平面布置如圖1所示。

圖1 配水環(huán)管平面布置圖

2.1 安裝準(zhǔn)備

安裝準(zhǔn)備工作是保證配水環(huán)管施工質(zhì)量的關(guān)鍵步驟。根據(jù)現(xiàn)場尾水里襯預(yù)埋情況，首先需在尾水里襯內(nèi)搭建臨時(shí)施工和測量平臺(tái)，為保證施工過程中人員的人身安全和配水環(huán)管安裝的精確度，平臺(tái)必須固定牢靠，并經(jīng)相關(guān)人員檢查通過。其次安裝的機(jī)組中心和高程點(diǎn)通過全站儀放置在尾水里襯上，并測量出每節(jié)配水環(huán)管各岔管法蘭位置端線及中心線，做好明顯標(biāo)示。最后對(duì)配水環(huán)管的支墩預(yù)埋基礎(chǔ)板進(jìn)行復(fù)測，預(yù)埋板高程偏差不大于-5～0 mm，中心和分布位置偏差不大于10 mm，基礎(chǔ)板水平偏差不超過1 mm/m，檢查配水環(huán)管的尺寸是否合格，管身有無變形等情況，并對(duì)影響配水環(huán)管吊裝的鋼筋切除。

2.2 配水環(huán)管吊裝

根據(jù)機(jī)組布置情況和現(xiàn)場安裝條件，為保證配水環(huán)管進(jìn)口法蘭和各岔管出口法蘭的安裝精度，決定最先吊裝配水環(huán)管第一節(jié)作為定位節(jié)。利用現(xiàn)場80 t行車吊起第一節(jié)環(huán)管，并在支墩上帶上基礎(chǔ)螺栓，根據(jù)廠家提供的圖紙高程初步調(diào)整基礎(chǔ)螺栓的高度，將配水環(huán)管平穩(wěn)放置在支墩上，利用水準(zhǔn)儀調(diào)整管節(jié)安裝高程，高程調(diào)整合格后，利用吊錘和內(nèi)徑千分尺對(duì)管節(jié)的進(jìn)口法蘭和岔管出口法蘭的軸線和垂直度進(jìn)行調(diào)整。

要求調(diào)整進(jìn)口法蘭中心高程偏差不超過±1 mm，岔管法蘭中心高程不超過0.30 mm，岔管法蘭面至轉(zhuǎn)輪節(jié)圓切點(diǎn)之間的切線長度偏差不超過±2 mm，法蘭的垂直度不大于0.2 mm/m。各控制點(diǎn)相關(guān)尺寸調(diào)整合格后固定，首先將基礎(chǔ)螺栓與預(yù)埋基礎(chǔ)板焊接在一起，其次利用預(yù)埋好的地錨，焊接保證配水環(huán)管不會(huì)偏移的支撐，初步固定。

第一節(jié)調(diào)整、加固完成后，依次吊裝第二、第三節(jié)配水環(huán)管，調(diào)整各岔管法蘭方位、高程、垂直度符合以下要求：4個(gè)岔管法蘭中心高程誤差應(yīng)在±0.30 mm以內(nèi)，各節(jié)間組合環(huán)縫的內(nèi)表面錯(cuò)牙不應(yīng)大于2.0 mm。合格后在相鄰節(jié)間組合面穿入定位銷釘螺栓，將配水環(huán)管的基礎(chǔ)螺栓、拉緊器等工裝焊接固定牢靠，復(fù)核上述數(shù)據(jù)應(yīng)滿足要求。

3 配水環(huán)管節(jié)間焊接

各管節(jié)組裝完成后，焊接前需對(duì)配水環(huán)管進(jìn)行復(fù)測，合格后方可焊接。

3.1 焊接準(zhǔn)備

焊接前焊工對(duì)焊接工藝的了解程度和準(zhǔn)備是否充分，是保證配水環(huán)管焊接質(zhì)量的重要步驟。

（1）提供與配水環(huán)管材質(zhì)相同的鋼板，對(duì)施焊焊工進(jìn)行焊前考試，考試合格者方可對(duì)焊接配水環(huán)管施焊。

（2）正式焊接前，在配水環(huán)管的進(jìn)口法蘭和岔管法蘭的正面和側(cè)面各架設(shè)1塊百分表監(jiān)測配水環(huán)管變形，檢查配水環(huán)管基礎(chǔ)螺栓與基礎(chǔ)板是否焊牢，配水環(huán)管節(jié)間定位銷釘螺栓是否全部預(yù)緊。

（3）焊前打磨：對(duì)環(huán)縫20 mm范圍內(nèi)，使用不銹鋼絲輪角磨機(jī)沿著焊縫方向打磨，使環(huán)縫打磨出金屬光澤。

（4）焊前預(yù)熱：環(huán)縫預(yù)熱溫度不小于80℃，層間溫度不大于200℃；預(yù)熱區(qū)的寬度為焊縫中心線兩側(cè)各3倍板厚且不小于100 mm。預(yù)熱測量要求：當(dāng)50 mm≥板厚＞12 mm時(shí)，測點(diǎn)位置為距坡口邊緣50 mm處，當(dāng)板厚＞50 mm時(shí)，測點(diǎn)位置為距坡口邊緣75 mm處。

（5）依照焊條說明書，使用焊條烘干箱將焊條烘干并置于100～150℃保溫箱內(nèi)存儲(chǔ)，隨用隨取。

3.2 環(huán)縫焊接

為應(yīng)對(duì)配水環(huán)管焊接過程中的應(yīng)力變形，配水環(huán)管焊縫采用多層多道多段退步焊接方式進(jìn)行焊接，兩名焊工于環(huán)縫對(duì)稱面同時(shí)施焊，如圖2中所示1分段有一名焊工焊接時(shí)，6分段有一名焊工同時(shí)焊接，環(huán)縫分段和焊接順序如圖2所示。

圖2 環(huán)縫分段與焊接順序

（1）定位焊：定位焊縫長度為100～150 mm，間隔為300～400 mm，焊接兩層，焊條規(guī)格為Ф3.2 mm，焊接工藝規(guī)范見表1。

表1 配水環(huán)管工地現(xiàn)場焊接規(guī)范

（2）焊接過程必須使用規(guī)定的焊條焊接，焊縫堆焊除第一層和最后一層外，其余各層均需采用錘擊的方式降低焊縫殘余應(yīng)力。

（3）焊接順序：首先焊接第一節(jié)和第二節(jié)節(jié)間環(huán)縫，其次焊接第二節(jié)和第三節(jié)節(jié)間環(huán)縫。

（4）焊接過程通過觀察各法蘭口百分表的數(shù)值變化，若變化超出范圍需對(duì)配水環(huán)管作調(diào)整或改變焊接位置。

（5）焊后打磨焊縫表面滿足規(guī)范要求，并按圖紙要求進(jìn)行超聲波探傷和磁粉檢測。

（6）探傷合格后，切除相鄰節(jié)間的定位銷螺栓和配水環(huán)管起吊用的吊耳，按圖紙要求進(jìn)行打磨，做滲透或者磁粉探傷。

（7）最后按圖紙要求對(duì)焊縫和吊耳切除部位等部位清理和防腐。

4 配水環(huán)管水壓試驗(yàn)

配水環(huán)管水壓試驗(yàn)的目的在于檢查配水環(huán)管的焊縫質(zhì)量、消除焊接時(shí)的內(nèi)應(yīng)力，模擬其在靜壓狀態(tài)下的應(yīng)變狀態(tài)[2]。

配水環(huán)管工地現(xiàn)場組焊完成并探傷合格后，進(jìn)行水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)步驟如下：

（1）利用堵板將配水環(huán)管內(nèi)側(cè)測壓管管口堵焊，堵板后期安裝中切除、打磨、探傷合格。

（2）將配水環(huán)管內(nèi)部清理干凈，安裝配水環(huán)管悶頭和支撐桿，悶頭螺栓按廠家技術(shù)要求的力矩進(jìn)行預(yù)緊，預(yù)緊完成后用塞尺逐一檢查悶頭與法蘭面的間隙是否符合圖紙要求。

（3）在配水環(huán)管X、Y軸4個(gè)方向，進(jìn)口法蘭和各岔管法蘭口架設(shè)足夠百分表檢測變形情況。

（4）配水環(huán)管打壓工具組裝檢查合格。

配水環(huán)管充水排氣完成后，便開始水壓試驗(yàn)。水壓試驗(yàn)時(shí)，升壓和降壓速度應(yīng)控制在0.1 MPa/min以內(nèi)，升壓至3 MPa，保壓15 min，詳細(xì)記錄百分表變化情況，檢查配水環(huán)管各部位無滲漏情況方可繼續(xù)升壓；壓力升至分別5 MPa、7 MPa、9 MPa，均保壓10 min，同樣詳細(xì)記錄百分表變化情況，檢查配水環(huán)管各部位無滲漏情況繼續(xù)升壓；當(dāng)壓力升至10.2 MPa時(shí)，保壓2 h，記錄備份表變化情況，檢查配水環(huán)管各部位無滲漏情況后，開始降壓，壓力降至6.77 MPa，保壓4 h，檢查無異常后繼續(xù)降壓，壓力降至4.55 MPa，進(jìn)行保壓混凝土澆筑。水壓試驗(yàn)曲線圖如圖3所示。

圖3 水壓試驗(yàn)曲線圖

5 保壓混凝土澆筑

水壓試驗(yàn)結(jié)束后，首先要全面檢查配水環(huán)管加固情況，將基礎(chǔ)螺栓和拉緊器預(yù)緊后焊接固定，并在進(jìn)口和各岔管法蘭悶頭水平和徑向位置架設(shè)1塊百分表，在混凝土澆筑過程中隨時(shí)觀察并記錄百分表變化情況，必要時(shí)根據(jù)變化情況改變混凝土澆筑順序。同時(shí)要嚴(yán)格控制混凝土的澆筑速度，防止配水環(huán)管發(fā)生漂移。當(dāng)混凝土澆至配水環(huán)管腰線時(shí)，將配水環(huán)管外側(cè)焊接的臨時(shí)加強(qiáng)板切除，并打磨、探傷合格。

因混凝土澆筑后會(huì)逐漸放出水化熱，所以混凝土澆筑過程和澆筑后要隨時(shí)監(jiān)測并記錄配水環(huán)管水壓力值，當(dāng)壓力值升高或超出（4.55±0.5） MPa時(shí)應(yīng)進(jìn)行降壓或升壓調(diào)整。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后，將配水環(huán)管排空，水壓試驗(yàn)結(jié)束。

6 結(jié)論

通過對(duì)以禮河四級(jí)電站復(fù)建工程32.5 MW沖擊式水輪機(jī)配水環(huán)管的組裝、焊接和水壓試驗(yàn)過程的介紹，綜合分析組裝時(shí)保證配水環(huán)管精度的調(diào)整方式、焊接中應(yīng)對(duì)焊接應(yīng)力變形的措施和水壓試驗(yàn)過程的有效把控，希望對(duì)同類型的安裝提供有益的幫助。