超大型水輪發(fā)電機定子機座工地制造技術(shù)

彭貴軍（中國水電十四局機電安裝分公司，云南 昆明 650032）

超大型水輪發(fā)電機定子機座工地制造技術(shù)

彭貴軍
（中國水電十四局機電安裝分公司，云南 昆明 650032）

摘要：小灣水電站定子機座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，外形尺寸巨大，根據(jù)主廠房各機坑及組裝工位使用情況，4號、5號機定子機座可在現(xiàn)場制造，節(jié)省了大量制造成本。本文對定子機座工地組裝和焊接作了重點論述，以期對其他電站定子機座工地制造提供借鑒。

關(guān)鍵詞：小灣水電站；定子機座；工地制造技術(shù)

1　概述

小灣水電站地下廠房內(nèi)共布置6臺單機容量為700MW的水輪發(fā)電機組，發(fā)電機為立軸半傘式，額定容量777.8MVA，額定轉(zhuǎn)速150 r/min。定子機座有12個斜立筋、7層環(huán)板，機座下環(huán)板內(nèi)半徑6044mm，中、上環(huán)板內(nèi)半徑6 420 mm，材質(zhì)有Q235B、S355J2G3和1Cr18Ni9Ti三種，斜立筋板厚90mm，高度5 045mm，下環(huán)板板厚60mm，各層環(huán)板間距618.3mm，定子機座重量102.53 t。4號、5號機定子機座各構(gòu)件由ALSTOM在廠內(nèi)下料后散件運至工地，由中國水電十四局在主廠房機坑內(nèi)進行現(xiàn)場制造。

2　制造工藝流程

定子機座下環(huán)板與筋板組焊→下環(huán)板組裝件熱處理→機座各部件坡口加工→所有部件防腐處理→各部件運至主廠房→下環(huán)板在機坑內(nèi)放樣組圓、焊接→下環(huán)板劃線、斜立筋插槽切割、打磨→斜立筋組裝→各中、上環(huán)板組裝→定子機座整體加固→整體焊接→焊縫打磨處理→無損探傷檢測→機座整體補涂面漆。

3　分瓣下環(huán)板與筋板組裝、焊接

調(diào)整下環(huán)板組裝鋼平臺平面度≤3mm，將分瓣下環(huán)板吊放在平臺上，進行各筋板組裝位置劃線和組裝。為減少焊接變形，在焊接前將兩組已組裝好的下環(huán)板背靠背用專用卡具臨時點焊連接在一起，并加固在平臺上。

在焊前，用水準儀檢查下環(huán)板徑向平面度≤2mm，周向平面度≤3mm/m，采用熔化極混合氣體保護焊的焊接方法，混合氣體為20%Ar+80%CO2，焊絲H08Mn2SiA、直徑1.2mm，氣體保護焊焊接規(guī)范如表1所示。

表1　氣體保護焊焊接工藝參數(shù)（焊絲直徑1.2mm）

表1　氣體保護焊焊接工藝參數(shù)（焊絲直徑1.2mm）

焊接位置焊接電壓/V焊接電流/A焊接速度/mm/min氣體流量/L/min平焊 　19～26 　110～210 　90～160 　12～18橫焊 　19～25 　110～190 　90～140 　12～18立焊 　19～24 　110～170 　80～120 　12～18仰焊 　19～25 　110～190 　80～140 　12～20

安排2～4名焊工進行焊接，焊工應(yīng)同時在兩組裝配件的對稱位置施焊，角焊縫焊腳高度為10mm，在每一分段或每一層焊接時均按分段、對稱、窄道、多層多道、退步焊的方法進行焊接。

4　分瓣下環(huán)板組合件熱處理

下環(huán)板組合件全部焊接完成，打磨飛濺和焊渣，進行10%MT檢驗，合格后進行下環(huán)板組合件的整體熱處理，熱處理工藝按廠家要求進行，熱處理溫度為580℃，保溫時間3～4h，控制升溫速度≤50℃/h，降溫速度≤30℃/h，隨爐冷卻至200℃后，就可自然降溫。分瓣下環(huán)板焊后熱處理溫控曲線如圖1所示。下環(huán)板上的卡具要待熱處理完成，溫度降至室溫后再去除，將焊疤打磨干凈，復查下環(huán)板的各項尺寸。

圖1　分瓣下環(huán)板焊后熱處理溫控曲線

5　焊縫坡口加工

4號、5號機定子機座各構(gòu)件散件運至工地后，在小灣工地金結(jié)加工廠內(nèi)進行坡口劃線和切割，坡口型式如圖2所示。

圖2　定子機座焊縫坡口型式

6　散件去銹、涂漆

在定子機座組裝前進行各部件的噴砂去銹和涂漆。在焊縫兩側(cè)各150mm范圍內(nèi)涂刷坡口漆，分瓣下環(huán)板組合件進行熱處理后才能進行去銹和涂漆。按廠家要求，定子機座表面涂裝要求如下：底漆涂TH52-39厚膜環(huán)氧富鋅底漆，鋼灰色，干膜厚度60μm；稀釋劑及代號為T1/X-7。中間層油漆涂TH06-24灰磷酸鋅環(huán)氧底漆，灰色，干膜厚度40μm；稀釋劑及代號為T1/X-7。面漆涂TB95-2丙烯酸聚氨脂磁漆，銀灰色，干膜厚度60μm；稀釋劑及代號為T3/X-11聚氨脂漆稀釋劑。干膜總厚度為160μm。

7　下環(huán)板組圓和焊接

將防腐后的機座所有部件倒運至主廠房。先在機坑內(nèi)EL990.85m(定子基礎(chǔ)板安裝高程)布置組裝平臺，為安全和方便施工，將整個機坑進行全封閉，按機組中心和定子基礎(chǔ)坑的大體方位確定各分瓣下環(huán)板的擺放位置，并在相應(yīng)位置擺放鋼支墩和千斤頂作為下環(huán)板的支撐。將分瓣下環(huán)板組合件按編號和安裝位置依次吊裝到位，平放在平臺上，每瓣下環(huán)板下料時在周向均預留有20mm余量，在考慮焊縫收縮量和焊縫間隙后進行割除處理。

在分瓣組圓時考慮反變形措施，下環(huán)板內(nèi)半徑公差控制如下：組圓后為6 044（+6/+3）mm，對接縫焊接后為6 044（+4/+1）mm，機座整體焊接完成后最終驗收內(nèi)半徑為6 044（+3/-2）mm。用內(nèi)徑千分尺和中心柱（或在中心懸掛鋼琴線）測量內(nèi)半徑，每分瓣測3個點，用水準儀測量下環(huán)板平面度，徑向平面度控制在2mm以內(nèi)，周向平面度控制在3 mm/m，整圓周向平面度控制在8mm范圍內(nèi)。各尺寸測量合格后進行點焊。組裝時嚴格控制焊縫的錯牙值(盡量消除正面錯牙值)。

下環(huán)板整圓有6條對接縫，安排6名焊工分別在6個位置同時進行焊接，焊接時按從內(nèi)向外、從外向內(nèi)交替進行焊接，采用多層、多道、分段、退步、窄道焊、小電流的焊接方法，以控制焊接變形。

焊前須進行預熱，預熱溫度控制在80℃～100℃范圍內(nèi)，層間溫度控制在80℃～200℃范圍內(nèi)。采用履帶式加熱板配自動加熱溫控柜進行焊縫的預熱和層間保溫。

當正面焊縫焊接至坡口深度的2/3后，進行背縫清根和高溫MT檢查，合格后進行背縫的焊接，根據(jù)變形情況可進行正縫、背縫的交替焊接，直到全部焊接完成。為確保下環(huán)板兩端頭的焊接質(zhì)量，在下環(huán)板正、反面焊縫全部焊接完成后，用碳弧氣刨將兩端頭的焊縫刨除，重新焊接，以減少焊縫兩端的焊接缺陷。

8　下環(huán)板上各部件位置確定

下環(huán)板對接縫焊接完成后，打磨飛濺和焊渣，并將焊縫打磨平滑。在下環(huán)板上按設(shè)計位置劃線確定斜立筋的位置線，用樣沖眼清楚標識。用半自動切割機切割，開槽寬度為63mm，坡口為90°。同時劃出各小立筋組裝位置線。

9　斜立筋及其余部件組裝

下環(huán)板上的斜立筋槽切割、打磨光滑后，按順序依次吊裝斜立筋，將斜立筋沿下環(huán)板已切割好的斜槽慢慢插入，盡量不要與下環(huán)板碰撞，以防下環(huán)板移位，將斜立筋基礎(chǔ)板落放在臨時支墩的成對楔子板上。將12個斜立筋全部吊放到位后，用NA2水準儀配GPM3測微計、內(nèi)徑千分尺和吊線錘的方法等進行斜立筋各項尺寸的測量。由于焊縫收縮會使斜立筋產(chǎn)生傾斜和扭曲現(xiàn)象，在組裝時必須考慮采用反變形措施，組裝時將斜立筋往徑向方向增大約6mm，往周向方向增大約4mm，頂部連接板的徑向垂直度調(diào)整為比公差大4mm（向外調(diào)整）。以便在機座整體焊接完成后，斜立筋各項尺寸偏差控制在合格范圍內(nèi)。

為方便調(diào)整尺寸，在斜立筋頂部的螺孔內(nèi)旋入臨時螺栓，在臨時螺栓上焊接拉緊器與機坑四周的上機架基礎(chǔ)預埋板進行焊接連接，以方便調(diào)整斜立筋之間的弦距和垂直度。斜立筋的各項尺寸調(diào)整合格后，用型鋼或鋼管在斜立筋上、下兩端進行相鄰斜立筋之間的加固，將12根斜立筋連接成整體，防止在組裝和焊接中產(chǎn)生變形和移位。12根斜立筋全部組裝完成，斜立筋間的弦距和垂直度全部調(diào)整合格后，按從下往上的順序組裝小立筋、中間環(huán)板和上環(huán)板。

按下環(huán)板上已劃好的位置線組裝小立筋，第一層小立筋組裝完成后，進行第一層中環(huán)板的組裝，考慮焊縫收縮變形量，在組裝時將其內(nèi)半徑值增大4 mm，各層環(huán)板內(nèi)半徑公差控制如下：第一層中環(huán)板組圓后為6 420（+6/+2）mm，依次往上組裝，每往上組裝一層環(huán)板，內(nèi)半徑偏差約加大0.5mm，上環(huán)板組圓后為6 420（+9/+3）mm，上環(huán)板和中環(huán)板焊后最終驗收尺寸為6 420（±5）mm。

10　定子機座整體焊接工藝

定子機座整體焊接流程：斜立筋與各環(huán)板的角焊縫焊接→288塊立筋焊接→48塊壁板焊接→72塊立板焊接→其余附件焊接。焊接順序如圖3所示。

圖3　定子機座整體焊接順序

（1）斜立筋與各環(huán)板間角焊縫的焊接順序為：下環(huán)板→中間一層環(huán)板→上環(huán)板→中間各層環(huán)板。嚴格按圖3中的“1～7”的順序焊接。根據(jù)定子機座結(jié)構(gòu)在周向安排6名焊工，分別在6個位置同時進行焊接。焊接時按從內(nèi)向外、從外向內(nèi)交替進行焊接，采用多層、多道、分段、退步、窄道焊、小電流的焊接方法。

（2）小立筋焊接：安排6名焊工同時進行焊接，采用平焊、仰焊對稱交替、窄道焊、小電流的方法。按圖3中的順序焊接立筋的第一層焊縫后，再按相同的順序進行第二層焊縫的焊接。

（3）壁板焊接：壁板板厚均為15mm，對接焊縫坡口均為90°型式，組裝時預留3mm間隙。全部為立向焊縫，采用分段、對稱、退步焊的方法。

11　焊縫無損檢測

①下環(huán)板焊縫背面清根后進行打磨處理，并作高溫MT檢查，確認表面無缺陷后進行背縫的焊接；②所有焊縫進行100%焊縫外觀檢查；③所有環(huán)板的對接焊縫均進行100%MT、100%UT檢查；④下環(huán)板與斜立筋的角焊縫進行25%MT檢查；⑤其余的所有焊縫進行10%MT檢查；⑥焊后清除臨時工藝支撐和拉板后，應(yīng)進行修磨并作PT檢查。合格后清掃整個定子機座并對全部焊接部位按廠家工藝要求補漆。

12　結(jié)論

小灣電站定子機座的現(xiàn)場制造，在國內(nèi)外尚屬首次，隨著大型和巨型電站的不斷開工和建設(shè)，超大型定子機座在工地現(xiàn)場制造已成為可能，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，可選擇在機坑內(nèi)組裝（組裝成整體），也可以選擇在金屬結(jié)構(gòu)制造廠組裝（可分三瓣或者兩瓣出廠），這樣一方面節(jié)約了設(shè)備廠家定子機座分瓣運輸?shù)馁M用，另一方面也為施工單位贏得了利潤，而且由于定子機座分瓣數(shù)量明顯減少，對接焊縫也相應(yīng)減少，有利于減少焊接變形量，這對提高定子機座的制造質(zhì)量是一個有力的保證。經(jīng)過4號、5號機定子機座在小灣電站現(xiàn)場的成功制造，其各項尺寸均滿足要求，證明其施工方法是可行的，其成功的施工工藝和方法可為同類型工程提供借鑒。

中圖分類號：TK730.6

文獻標識碼：B

文章編號：1672-5387（2015）02-0064-03

DOI：10.13599/j.cnki.11-5130.2015.02.018

收稿日期：2014-09-03

作者簡介：彭貴軍（1966-），男，高級工程師，從事機電設(shè)備安裝管理工作。