沖擊式水輪機配水環管的安裝

蘇 征 平

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰 611830)

1 概 述

瑪依納水電站位于哈薩克斯坦共和國東南部阿拉木圖州萊姆別克區的恰倫河上游，電站距阿拉木圖市約260 km。該水電站擁有哈薩克斯坦共和國目前建成的、單機容量最大的水輪發電機組，也是亞洲目前建成的、單機容量最大的沖擊式水輪發電機組。

電站引水發電系統型式為“一洞一井一管兩機”。引水隧洞長4 912 m，洞徑由5.6 m漸變到4.1 m。調壓井為豎井，直徑6 m，深178.41 m；調壓井后的壓力鋼管總長度約為4 251 m，壓力鋼管主管直徑4.1 m，支管直徑2.8 m，支管長度約68 m。電站裝設2×150 MW沖擊式水輪發電機組。水輪機型號：CJ1085X-L-350/6×29，額定水頭471.1 m， 額定流量36.25 m3/s， 額定出力153.5 MW， 額定轉速250 rpm。

2 配水環管的組裝

大型多噴嘴沖擊式水輪機配水環管安裝比混流式水輪機蝸殼安裝復雜，安裝控制參數多。

瑪依納水電站水輪機配水環管進口直徑為φ2 300，配水環管出口直徑為6～1 060 mm，設計壓力為6.52 MPa，試驗壓力為9.78 MPa。

配水環管采用16 MnR鋼板焊接而成，在廠內進行整體預裝，分7節運至工地現場進行組裝和節間焊縫的焊接。安裝完成后進行工地焊縫的探傷檢查，合格后進行水壓試驗和保壓澆筑混凝土。

配水環管安裝平面布置情況見圖1。

2.1 安裝準備工作

安裝的準備工作是否做得充分合理，是保證安裝施工質量和安裝施工工期的關鍵一步。根據廠家裝配圖并結合該電站的特點，配水環管的組裝必須搭設安裝臨時測量平臺，此平臺必須牢靠，安裝的基準點、線通過全站儀放置在平臺、尾水側壁及中心線架上。安裝基準點及線放置完成后，應對配水環管支墩預埋基礎板進行復查，檢查各節管的相關尺寸，清理工地焊縫等。

圖1 配水環管安裝平面布置圖

2.2 定位節安裝

根據現場條件及配水環管各節的到貨尺寸，確定以配水環管6號裝配節(尾端節)為定位節。吊起6號裝配管節，在支墩上帶上基礎螺栓，按圖紙要求的高程初步調整個基礎螺栓的高度，再把6號裝配管節吊放在基礎支墩上，用水準儀檢查管節的安裝高程，待高程合格后，進行軸線和控制點的調整。檢查分流管法蘭端面的垂直度及其與轉輪節圓切線的距離，要求法蘭端面垂直度不大于0.2 mm，至轉輪節圓切線的垂直距離為±2 mm。當各控制點及相關尺寸檢查符合要求后，首先將基礎螺栓與基礎板進行焊接，再按要求焊接足夠的加固支撐。焊接過程要用百分表進行監測，防止由于焊接而使管節產生位移。

1～6節組裝完成、檢查6個法蘭的相關尺寸符合要求后，在每處分節位置均布裝焊四件工藝加固板，工藝加固板尺寸為250 mm×150 mm×16 mm。每個管節的調整以法蘭中心線為基準進行，每安裝完成一個管節，均應進行加固，并在加固焊接過程中進行監測。

在各法蘭的端面、最低點和側面各放置一塊百分表，以便在焊接過程中測量變化值。

全部管節組裝完成后，進行焊接前的數據復查。

3 配水環管節間焊接

(1)首先對焊縫進行定位焊，每段定位焊縫不小于100 mm，間距500～600 mm，焊縫厚度不小于10 mm。

(2)焊縫在焊前預熱溫度不小于80 ℃，層間溫度不大于260 ℃。

(3)焊接材料為標號GB E5015，φ3.2、φ4的焊條。

(4)焊接工藝規范見表1。

表1 焊接工藝規范表

(5)在焊接根部焊縫時必須選用φ3.2規格焊條，使用小規范電流施焊。焊接過程中，除第一層和最后一層焊縫外均需充分錘擊以消除應力。焊縫寬度不得大于15 mm。

(6)焊接順序：首先焊接第一節岔管的焊縫、第6節與第5節間的焊縫、第4節與第3節間的焊縫、第2節與第1節間的焊縫。

焊接過程中，根據百分表的變化作適當調整。

(7)焊接采用多層多道退步焊接的方法，每300～400 mm為一段，層間焊接接頭至少錯開50 mm。

(8)焊后打磨焊縫表面至圖紙要求，按圖紙要求進行探傷。

(9)割除配水環管分節處的工藝加強板及臨時吊耳，進行修焊和打磨及PT探傷檢查。

焊接變形是不可避免的，如何有效地控制焊接變形在許可的范圍內，需要在工程實際中進行總結，不斷完善焊接工藝。比如，瑪依納水電站1號機組配水環管在焊接后進行整體檢查時發現整體收縮了2 mm，為此，在2號機組組裝時即考慮了這些變形，取得了預想的效果。

4 配水環管整體水壓試驗

進行配水環管水壓試驗的目的：檢查配水環管焊縫的焊接質量，消除焊接內應力，模擬配水環管靜壓條件下的應變狀態。

配水環管整體水壓試驗的實施。

工地現場組合焊接完成并經探傷合格后，進行水壓試驗。水壓試驗時，升壓及降壓速度應控制在0.1 MPa/min以內，升壓至3 MPa后，保壓10 min，詳細記錄壓力值、百分表變化情況，檢查配水環管法蘭及各部位無滲漏后繼續升壓；壓力升至4.9 MPa時，保壓10 min，詳細記錄壓力值、百分表變化情況，檢查配水環管法蘭及各部位無滲漏后繼續升壓至6.52 MPa，保壓10 min，檢查無異常后繼續升壓至9.78 MPa，穩壓60 min，檢查無異常后，將壓力降至6.52 MPa，穩壓4 h，將壓力降至4.52 MPa，進行保壓混凝土澆筑。

水壓試驗曲線見圖2。

圖2 水壓試驗曲線圖

5 配水環管保壓混凝土澆筑

在現場水壓試驗合格后，將配水環管內的水

壓降至4.52 MPa，保持此壓力進行混凝土澆筑。

在混凝土澆筑過程中，隨時對配水環管內的水壓進行監視，保證水壓力在4.52±0.5 MPa范圍內，并注意監視配水環管各法蘭的位移情況，以便調整和控制混凝土的澆筑速度和方位。待混凝土強度達到70%后，排除水壓。

6 結 語

筆者通過對哈薩克斯坦共和國瑪依納水電站配水環管的組裝、焊接工藝、水壓試驗及保壓進行混凝土澆筑的介紹，希望能為同類機組的安裝施工提供有益的借鑒。