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        映秀灣電站1號機組座環(huán)修復(fù)技術(shù)

        2022-12-30 07:39:52權(quán)
        四川水力發(fā)電 2022年6期
        關(guān)鍵詞:頂蓋密封面法蘭

        談 泰 權(quán)

        (國網(wǎng)四川省電力公司映秀灣水力發(fā)電總廠,四川 都江堰 611830)

        1 電站概況

        映秀灣水電站是岷江上游左岸的一座低閘隧洞引水式徑流電站,位于汶川縣映秀鎮(zhèn)境內(nèi),廠房為地下式,裝有3臺45 MW的混流式水輪發(fā)電機組,設(shè)計水頭54 m,始建于1965年8月,于1971年9月1號機組投產(chǎn)發(fā)電。

        電站的座環(huán)為無蝶形邊的焊接結(jié)構(gòu),上、下環(huán)為箱型結(jié)構(gòu),座環(huán)外形尺寸為6 580×1 740 mm,分為兩半,用螺栓固定成整體。設(shè)計要求座環(huán)與頂蓋、底環(huán)配合法蘭面的不平行度不大于0.25 mm。自2008年“5·12”汶川特大地震后,在機組檢修時發(fā)現(xiàn)該電站機組座環(huán)存在變形情況,且座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面處存在較大的磨損現(xiàn)象。具體表現(xiàn)為:(1)頂蓋抗磨面與底環(huán)抗磨面間高度偏差達(dá)1.67 mm;(2)為保證導(dǎo)葉端面間隙均勻,對每個導(dǎo)葉進(jìn)行配車,24個導(dǎo)葉的高度不一致;(3)頂蓋密封面與座環(huán)密封槽所在平面間的間隙不均勻,且最大間隙達(dá)0.88 mm;(4)底環(huán)安裝時,需在底環(huán)與座環(huán)之間加金屬墊片,最厚金屬墊片達(dá)1.00 mm。結(jié)合電站1號機組發(fā)電機改造,決定在此期間對座環(huán)進(jìn)行修復(fù)。

        2 座環(huán)修復(fù)方案

        2.1 座環(huán)修復(fù)范圍

        結(jié)合電站1號機組座環(huán)的實際情況,此次修復(fù)范圍為水輪機座環(huán)與頂蓋配合法蘭面、與頂蓋配合密封面及與底環(huán)配合法蘭面,并對座環(huán)第二鏜口立面進(jìn)行處理,便于找出水輪機中心基準(zhǔn)。

        2.2 座環(huán)修復(fù)技術(shù)要求

        此次座環(huán)修復(fù)主要是恢復(fù)座環(huán)的設(shè)計尺寸,為了保證修復(fù)質(zhì)量,提出以下技術(shù)要求:

        (1)座環(huán)補焊過程中應(yīng)采取有效措施,確保座環(huán)焊接變形在許可范圍內(nèi),座環(huán)與頂蓋、底環(huán)連接螺栓孔分度圓滿足設(shè)計要求;

        (2)焊縫應(yīng)均勻一致、光滑,與母體金屬融合良好,且無空穴、裂紋和夾渣;

        (3)對焊接部件進(jìn)行消除殘余應(yīng)力處理,待殘余應(yīng)力消除后再對部件進(jìn)行表面機械加工處理;

        (4)水輪機座環(huán)與頂蓋配合法蘭面、與頂蓋配合密封面及與底環(huán)配合法蘭面經(jīng)修復(fù)后,三個平面的高程、平整度滿足設(shè)計要求;

        (5)在水輪機座環(huán)精加工過程中,加工設(shè)備不能使水平和中心產(chǎn)生偏移,以保證加工精度;

        (6)水輪機座環(huán)修復(fù)后,經(jīng)UT、PT或其他有效的無損檢測方式檢測合格[1]。

        2.3 座環(huán)原始數(shù)據(jù)測量

        為制定座環(huán)修復(fù)方案,有必要對座環(huán)實際水平情況進(jìn)行測量?,F(xiàn)場采用水準(zhǔn)儀測量56個座環(huán)頂蓋螺栓把合孔處的相對高程,換算得到座環(huán)的實際水平情況。水準(zhǔn)儀測量座環(huán)頂蓋螺栓把合孔相對高程數(shù)據(jù)見表1。

        表1 座環(huán)頂蓋螺栓把合孔相對高程數(shù)據(jù)表 /mm

        從表1可知,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面的不平度達(dá)3.02 mm。

        2.4 座環(huán)修復(fù)方案確認(rèn)

        結(jié)合座環(huán)變形情況,提出以下兩種修復(fù)方案:

        方案一:以座環(huán)與頂蓋配合法蘭面的最高點為基準(zhǔn),對座環(huán)進(jìn)行補焊,然后進(jìn)行車削,以車削至最高點為止,并以此平面為基準(zhǔn),按照座環(huán)設(shè)計尺寸對座環(huán)密封槽、座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面進(jìn)行處理。

        方案二:以座環(huán)與頂蓋配合法蘭面的最低點為基準(zhǔn),對座環(huán)與頂蓋配合法蘭面直接進(jìn)行車削,以車削至最低點為止,并以此平面為基準(zhǔn)對座環(huán)密封槽、座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面進(jìn)行處理,最后在座環(huán)與頂蓋配合法蘭面加不銹鋼調(diào)節(jié)墊片[2],以保證座環(huán)與頂蓋之間的配合。

        座環(huán)頂蓋配合法蘭面寬度為135 mm、厚度為40 mm,若大面積焊接,會導(dǎo)致座環(huán)變形,螺栓孔亦會隨之變形,后期將無法保證頂蓋配合,因此,方案一不可行。同時,方案二也存在不足,若將不平度全部車除,座環(huán)厚度將由設(shè)計的40 mm降為37 mm,減薄了座環(huán)配合法蘭面的厚度。但是,對減薄后的座環(huán)進(jìn)行強度計算分析,仍然有足夠的安全裕度,所以,最終選擇方案二。

        3 現(xiàn)場施工

        3.1 數(shù)控機床安裝

        機床由支撐架、中心集成組件、刀臂、配重臂、刀架驅(qū)動組件、電氣控制單元等主要部件構(gòu)成。采用數(shù)控控制機床回轉(zhuǎn)速度、刀具進(jìn)給量,對座環(huán)進(jìn)行車削、精磨。

        機床安裝順序為:(1)架設(shè)牛腿支撐,并將其與尾水管里襯和機坑里襯進(jìn)行焊接,以確保機床支撐牢固;(2)安裝操作平臺;(3)安裝中心柱和中心框架;(4)安裝上支撐架;(5)調(diào)整設(shè)備水平;(6)調(diào)整機床中心,檢查設(shè)備水平。因現(xiàn)場及數(shù)控機床限制,無法實現(xiàn)數(shù)控機床安裝一次而完成三個平面的處理,結(jié)合數(shù)控機床安裝及加工特點,現(xiàn)場采取座環(huán)與頂蓋配合法蘭面、與頂蓋配合密封面一同處理,座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面單獨處理的方式。座環(huán)上平面處理機具安裝和座環(huán)下平面處理機具安裝示意圖分別見圖1、2。

        圖1 座環(huán)上平面處理機具安裝示意圖

        圖2 座環(huán)下平面處理機具安裝示意圖

        3.2 座環(huán)處理

        為縮短座環(huán)處理工期,現(xiàn)場施工時放棄了從上到下的加工順序[3],將座環(huán)處理順序調(diào)整為先處理座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面,后處理座環(huán)與頂蓋配合法蘭面和與頂蓋配合密封面。具體方法是以座環(huán)與頂蓋配合法蘭面最低點測量數(shù)據(jù)為基準(zhǔn),通過座環(huán)兩平面間的相對高程換算得到座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面的高程,對該平面進(jìn)行處理,最后處理座環(huán)與頂蓋配合法蘭面和與頂蓋配合密封面,并保持三者之間的相對高差與頂蓋實際尺寸匹配,且三個平面在處理完成后均經(jīng)PT、UT無損檢測合格。

        3.2.1 座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面處理

        為提高座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面的抗磨蝕性能,決定采用不銹鋼焊絲對其進(jìn)行補焊?,F(xiàn)場采用氣體保護(hù)焊方式進(jìn)行焊接,采用窄道、短弧焊接工藝。在焊接相近位置對稱4處架設(shè)焊前、焊中、焊后監(jiān)測點,以監(jiān)測焊接過程中座環(huán)焊接量和焊接變形情況[4],當(dāng)發(fā)現(xiàn)焊接速度不一致、焊接變形量超過0.5 mm時,及時進(jìn)行調(diào)整[5]。在焊接量滿足要求后,對座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面進(jìn)行車削、精磨,并實時監(jiān)測高程,最后用水準(zhǔn)儀對稱測得該平面24點相對高程。座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面高程數(shù)據(jù)見表2。

        表2 座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面高程數(shù)據(jù)表 /mm

        由表2可知,該平面最大高差為0.22 mm,不平度滿足不大于0.25 mm的要求。

        3.2.2 座環(huán)與頂蓋配合法蘭面處理

        以座環(huán)與頂蓋配合法蘭面最低點為基準(zhǔn),對該平面進(jìn)行車削、精磨,以車削至最低點為止,同時,還要對該平面立面進(jìn)行車削。用水準(zhǔn)儀對稱測量座環(huán)與頂蓋配合法蘭面8點相對高程(表3);用內(nèi)徑千分尺測量座環(huán)與頂蓋配合法蘭面內(nèi)徑(表4);并分8點復(fù)核座環(huán)與頂蓋配合法蘭面和與底環(huán)配合法蘭面之間的高程差(表5)。

        表3 座環(huán)與頂蓋配合法蘭面8點相對高程 /mm

        表4 座環(huán)與頂蓋配合法蘭面內(nèi)徑 /mm

        表5 座環(huán)與頂蓋配合法蘭面和與底環(huán)配合法蘭面之間的高程差 /mm

        由表3可知,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面的最大高差為0.10 mm,不平度滿足不大于0.25 mm要求;由表4可知,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面內(nèi)徑偏差最大為0.40 mm,圓度滿足座環(huán)允許偏差要求;由表5可知,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面和與底環(huán)配合法蘭面的高程差在1 694.73~1 694.77 mm之間,設(shè)計高程差在1 698.00~1 698.25 mm之間,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面需加不銹鋼調(diào)節(jié)墊片厚度在3.23~3.52 mm范圍內(nèi),符合要求。

        3.2.3 座環(huán)與頂蓋配合密封面處理

        座環(huán)密封槽所在平面厚度為20 mm,且原密封槽為“R型”,現(xiàn)場加工處理“R型”密封槽的難度大、工期長,決定對原“R型”密封槽進(jìn)行堆焊,然后用機床重新配車“U型”密封槽。由于密封部位焊接量大,且密封止口底部厚度較薄,焊接時止口容易向上變形,需對密封圈部位采取防變形措施。焊接前在密封部位先均勻布置防變形塊(間距:300 mm),以減少焊接變形量,同時,在密封止口的正面及背面錯位處也布置防變形塊,間距為300 mm,背面防變形塊尺寸為200 mm×45 mm×25 mm(長×寬×高),正面防變形塊尺寸為40 mm×40 mm×25 mm(長×寬×高)。

        焊接時,采用對稱和局部少量焊接方式進(jìn)行焊接,避免焊接時熱量集中導(dǎo)致密封止口變形程度大,同時在焊接相近位置對稱4處架設(shè)焊前、焊中、焊后測量點,以監(jiān)視焊接速度和焊接變形量。密封槽堆焊完成后,以與座環(huán)與頂蓋配合法蘭面間的高程差為基準(zhǔn),對該平面進(jìn)行車削,最后加工密封槽和精磨,并對密封槽立面、座環(huán)第二鏜口立面進(jìn)行車削。用游標(biāo)卡尺對稱測量座環(huán)與頂蓋配合法蘭面與密封面相對高程差(表6);用內(nèi)徑千分尺測量密封槽立面、座環(huán)第二鏜口立面內(nèi)徑(表7)。

        表6 座環(huán)與頂蓋配合法蘭面與密封面相對高程差 /mm

        表7 密封槽立面、座環(huán)第二鏜口立面內(nèi)徑 /mm

        由表6可知,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面與密封面相對高程的最大偏差為0.04 mm,考慮疊加座環(huán)與頂蓋配合法蘭面的不平度,此平面不平度仍滿足不大于0.25 mm的設(shè)計要求;由表7可知,密封槽、座環(huán)第二鏜口圓度滿足座環(huán)允許偏差要求。

        座環(huán)與頂蓋配合法蘭面與密封面的設(shè)計高程差為320.00~320.10 mm,座環(huán)與頂蓋配合法蘭面需加不銹鋼調(diào)節(jié)墊片厚度在3.38~3.52 mm范圍內(nèi)。因此,只要在座環(huán)與頂蓋配合法蘭面處所加不銹鋼調(diào)節(jié)墊片厚度控制在3.38~3.52 mm,即可滿足三平面相對高程差要求。

        4 結(jié) 語

        電站機組座環(huán)在2008年汶川特大地震中出現(xiàn)嚴(yán)重變形,在電站1號發(fā)電機改造期間,對1號機組變形嚴(yán)重的座環(huán)進(jìn)行處理,結(jié)合數(shù)控機床及座環(huán)特點,采用對座環(huán)與頂蓋配合法蘭面進(jìn)行車削和精磨,對座環(huán)與底環(huán)配合法蘭面及與頂蓋密封配合面進(jìn)行補焊、車削和精磨的方式,對座環(huán)三個平面進(jìn)行了處理,同時對座環(huán)與頂蓋把合面立面、密封槽立面和座環(huán)第二鏜口進(jìn)行了車削處理。處理之后,三個平面的不平度及三個立面的圓度均滿足設(shè)計要求。經(jīng)機組回裝證明,此次座環(huán)修復(fù)有效解決了水輪機檢修時座環(huán)加墊、頂蓋與座環(huán)間密封間隙偏差大、導(dǎo)葉高度不一致等問題,達(dá)到了預(yù)期效果,同時為該電站2、3號機組及其他有類似情況的機組座環(huán)處理提供參考。

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