水輪機改造方案分析

苗亞旭 周 婭

(葛洲壩集團機電建設有限公司，云南 麗江 674100)

1 前言

某水電站分兩期開發建設，一期工程采用低壩引水式開發，正常蓄水位515m，死水位508m，電站裝機容量2×50MW，額定水頭221.5m，額定轉速428.6r/min。主廠房內裝設2臺50MW混流式水輪發電機組及其附屬設備，電站由壩前引水，通過引水隧洞及壓力鋼管輸水，廠房前分叉供兩臺混流式水輪發電機組發電，在每臺水輪機蝸殼進口前設有球閥裝置。

二期工程為高壩方案，正常蓄水位627m，死水位555m。二期大壩建成蓄水后，一期工程首部樞紐將被淹沒，一期工程額定水頭提高到320m，電站機電設備需進行改造。機電設備改造的原則是僅改造水輪機，不改造發電機及電氣設備，機組的額定轉速和單機容量保持不變。

2 水輪機改造項目

水輪機是立軸金屬蝸殼的混流式水輪機型，其更換、改造情況如下:

1)蝸殼、座環:一期工程蝸殼和座環已按后期承壓的要求設計，在不考慮混凝土聯合受力或任何支撐的條件下，能承受在二建成后最大水頭下產生的最大水壓450m水柱所產生的各種應力，不需要改造。由于二期工程選用的C型轉輪座環開口高度比一期工程的座環開口高度低，所以需要對座環進行改造。改造后座環在原座環的上、下環板上采用焊接的方式各加一層墊板以滿足流道要求。

2)鎖錠裝置由原裝裝置按照新接力器的全關位置進行修割改造而成。

3)由于座環開口高度發生改變，導葉開口、水流情況變化。轉輪、頂蓋、底環、控制環、接力器、導葉、導葉摩擦裝置、尾水錐管均需要進行更換。

3 座環改造施工工藝

水輪機座環改造是本次改造的工作重點，也是難點。原座環固定導葉開口為330mm，在上下各加一層墊板后，開口由外側向內側逐漸過渡到230mm(見圖1)。

圖1 座環改造示意圖

墊板為整圓環板，需要根據提供的樣板切割成若干小塊，然后逐塊進行修配、安裝、焊接、打磨，最終滿足開口要求。由于是高水頭下的過水部件，此過程要嚴格控制焊接的質量和監控焊接變形。其主要施工工藝過程如下:

3.1 座環墊板配制

徹底清理座環，將待焊部位的油漆、鐵銹徹底清理干凈，將16個固定導葉按照一定順序進行編號。由于固定導葉內外兩側比中間寬，直接切割成16塊無法塞到空檔中，需要利用墊板切割模板，將座環墊板切割成32塊，先焊接每個固定導葉與其兩側墊板，然后再將兩塊墊板焊接起來。

由于上環墊板配制時需要用千斤頂撐起固定，考慮到開口空間有限，先配制上環墊板。配制時將配割好的小塊墊板與座環進行預裝，裝配的焊接間隙不得大于2mm，否則需要先進行堆焊 (堆焊的部位PT檢查)，打磨處理，同時檢查墊板與座環之間的間隙不得大于0.2mm，否則需要校正，以滿足裝配要求。

3.2 座環墊板焊接

1)先焊接上環墊板，全部完成后再配制、焊接下環墊板。

2)每次對稱同時安裝調整兩固定導葉之間的兩塊墊板，每一塊墊板用一只千斤頂將其定位;墊板調整固定完畢后，將其四周進行臨時點焊固定。

3)對墊板進行定位焊，首先焊接墊板與固定導葉之間的焊縫，其次再焊墊板內外向焊縫，最后焊接兩墊板之間的徑向焊縫，焊縫長度一般為50mm。

4)首先焊接墊板與固定導葉之間的焊縫，然后再進行塞焊，再其次焊墊板內外環向焊縫，最后焊兩墊板之間的徑向焊縫，

5)正式焊接墊板焊縫前，需用火焰對焊縫進行加溫，加溫到80℃左右時方可開始焊接;在進行焊接時，由2名焊工在座環圓周方向同速、同規范、多道多層、對稱、分段、退步焊接;除第一層和最后一層不進行錘擊外，其余各層均需逐層進行錘擊，以便消除焊接殘余應力和控制焊接變形;焊接完成后方可松開千斤頂。

6)在整個焊接過程中，應監控座環安裝平面的變形情況，同時根據實際情況調整焊接方向。

7)根據兩塊墊板之間的實際間隙配制圓鋼以減少徑向焊縫填充量，然后采用上述正式焊接的方法進行焊接。

3.3 焊后檢查與處理

焊接完成后對焊縫進行100%PT探傷檢查，對有缺陷的位置進行返修。

對開口高度進行檢查，應符合230(0～+2)mm要求。

按原座環內孔打磨墊板內圓，使其不得突出于原座環內圓。

對座環上下環平面水平進行檢查，必要時進行修磨，最終應滿足GB/T8565－2003對座環水平的要求。

3.4 改造后回裝

回裝過程的質量控制與正式安裝時相同，且需對機組軸線重新進行檢查。

4 結束語

水輪機改造的重點是座環改造，對座環在焊接過程中的變形監控是改造工作的一個難點，因此需要在配制、焊接、監控的各個工序都需要嚴格按工藝執行，嚴格控制焊接速度，限制焊條擺動幅度，控制焊接線能量。通過一系列工序的精細施工，改造取得良好效果，改造后投產運行一切正常。

［1］設計圖紙和相關設備廠家技術資料［Z］.

［2］GB8564－2003.水輪發電機安裝技術規范 ［S］.