水輪機轉輪機坑內部補氣改造焊接工藝

付康

哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部

水輪機轉輪機坑內部補氣改造焊接工藝

付康

哈爾濱電機廠有限責任公司制造工藝部

轉輪是水輪機的重要部件，它的平穩運行是保證水輪發電機組電能順利輸出的關鍵，轉輪如在運行過程中產生較大的震動不但影響機組的工作效率，也會產生極大的安全隱患，本文通過某電站轉輪運行震動過大進行改造處理的實例，總結出一種對于此類問題成熟的改造工藝方案。

轉輪；機坑；補氣改造；焊接

引言

在水輪發電機組中，轉輪是位于座環底部，尾水錐管上側的環形旋轉結構件，是將水利勢能轉化為電能的關鍵部件，是整個發電機組的心臟，它的穩定運行是機組發電的重要保障。

我國某電站水輪發電機組在運行過程中發現轉輪在低負荷的運轉時震動幅度超出設計理論值，造成機組噪音很大，影響機組的使用壽命及安全，經水力專家現場考證其震動來源為機組在運行是由于補氣裝置長度不足產生渦流造成的，因此決定對該機組的補氣裝置進行改造，通過制定合理的返修方案，延長轉輪下側補氣管長度，減少因補氣管過短造成的渦流對機組震動的影響，確保機組運行的穩定性。

1.轉輪補氣改造結構特點

該電站轉輪原補氣裝置為傳統結構，補氣管位于轉輪泄水錐內部，此次改造需將原補氣管進行延長，原泄水錐氣刨割除后在此位置按新的補氣管長度裝焊新的泄水錐。

由于該電站轉輪補氣裝置改造工作在水輪機錐管內進行，錐管進人門尺寸為800mm×800mm，根據設計給出的改造圖紙改造后的補氣管長度將近4m；泄水錐長度為2.3mm，直徑1.3m，超出錐管進人門尺寸。施工檢修平臺總承重能力為3噸，為均勻受力結構，每平米受力不允許大于500Kg，而泄水錐總重為3000Kg，遠超出檢修平臺的承重能力，給施工帶來了極大的安全隱患。結合現場復雜的施工環境，需制定一套合理的工藝方案確保改造工作的順利進行，經多方探討，決定補氣管及泄水錐采取分節、分瓣的方式單節制造，運往工地后在水輪機錐管內進行整體組裝焊接。

轉輪補氣裝置改造結構示意圖見圖1：

圖1 轉輪補氣裝置改造結構示意圖

2.補氣改造施工過程

根據補氣裝置的制造特點及現場的實際情況制定可靠的施工工藝方案，方案確定后經多方認證該方案的可靠性及可操作性，

2.1 搭建施工腳手架。檢修平臺距水輪機轉輪下環側距離為6m，超出人員施工的能力范圍，施工前需專業人員搭建施工腳手架，搭建后由安全員進行檢查確保腳手架的安全可靠，合格后方可投入使用。

2.2 割除原泄水錐。按施工圖紙對原泄水錐氣刨位置進行劃線，劃線后復檢劃線圓尺寸與新泄水錐上段坡口尺寸是否對應，采用碳弧氣刨的方式割除原泄水錐。氣刨前對葉片進行防護，用角鋼搭建支撐架，在上面用石棉布將葉片保護起來。原泄水錐氣刨掉3/4后，在泄水錐內側均布裝焊四個吊耳，用手拉葫蘆將泄水錐拉緊，上部固定到上冠內腔中的4個吊環上，氣刨結束后，用手拉葫蘆將泄水錐緩慢的吊放到施工腳手架上。

2.3 安裝補氣管上段。由鉗工拆除原補氣管下段螺栓，為防止該處密封結構發生移動而影響補氣效果，此處20個把合螺栓拆除16個，拆除螺栓時用合金磨頭打磨焊點，盡量向母材方向打磨，避免損傷螺栓，打磨后噴涂螺栓松動劑用電動扳手將螺栓取下。在新補氣管上段中部軸線對稱位置裝焊2個吊耳，用上冠內腔中的吊環采用手拉葫蘆的起吊方式將補氣管上段起吊至裝配位置，調整垂直度滿足要求后用螺栓把合牢固，涂抹螺紋鎖固膠后點焊固定。

2.4 泄水準上段的裝配焊接。受檢修平臺的承重能力限制，單節泄水錐重量過大，不允許擺放在檢修平臺上，根據現場情況，每節的兩瓣泄水錐需在起吊的狀態下進行組圓，合縫面兩端不允許出現錯口。組圓后在泄水錐上段的軸線的對稱位置裝焊2個吊耳，在轉輪出水邊均布焊接4個吊耳，起吊泄水錐上段至合適位置，調整尺寸合格后用搭板將泄水錐與轉輪上冠搭焊牢固。

受施工現場條件限制，焊接方法采用手工電弧焊，為控制焊接熱輸入量，減小焊接變形，焊材選用Φ3.2mm的焊條GB E309L-15，焊前預熱溫度≥80℃；層間溫度≤100℃，焊接工藝規范參照表1：

表1 焊接工藝規范

焊接時由兩名焊工在圓周對稱位置采用同向、同速、同規范、分段、多層、多道、退步焊的方式進行焊接，使焊縫在圓周方向上均勻收縮，防止產生扭曲焊接變形[1]，焊接順序先焊接內圓側焊縫，內圓側焊縫焊滿后在外圓側進行清根，打磨滲碳層并做PT探傷檢查，合格后將焊縫焊滿，由于該環焊縫為泄水錐及補氣管的唯一承重焊縫，其焊縫要求質量極高，須專業及有多年相關工作經驗的焊接人員進行操作。

2.5 其余泄水錐及補氣管的裝配焊接。按圖紙要求對余下工件采取從上到下的順序進行裝配，裝配方法同上；泄水錐中段與上段、下段及單節泄水錐的連接結構為合縫板把合及外部封焊的結構，為保證總體安裝尺寸及補氣管中、下段的安裝順利，封焊焊縫暫不焊接，待補氣裝置整體裝配結束后一并焊接。

2.6 探傷及尺寸驗收。所有焊縫焊接完成后，對焊縫進行100%的PT探傷檢查，檢查標準按ASME-Ⅷ-APP-8執行，并對泄水錐總體尺寸進行檢查，合格后對焊縫外表面進行打磨，使焊縫兩側母材光滑過渡。

3.施工過程中的難點

3.1 由于單件工件重量過大，運往機坑時因無合適的起吊設備提供支持，需大量的人員采取人力的方式進行工件的轉運，工作效率較低。

3.2 由于單節兩瓣泄水錐的合縫板未安裝定位銷，在組圓后起吊過程中受自身重力影響在合縫處產生2mm～3mm錯口，影響裝焊質量，需采用過渡焊的方式進行調整。

3.3 補氣管中段與補氣管上、下段的裝配方式為直口裝配，裝配間隙單側不大于0.5mm，下部法蘭板與泄水錐把合，補氣管法蘭板在泄水錐法蘭板下側，安裝時需先安裝泄水錐再裝配補氣管，受空間結構限制，在安裝補氣管時因無法目測上接補氣管的裝配位置，因采用在泄水錐內部裝焊導向條的方式輔助裝配補氣管。

4.結語

依托合理的改造工藝方案及現場施工人員的相關經驗，該電站的轉輪補氣改造工作順利完成，根據1個多月機組的運轉情況，其轉輪震動問題得到了改善。對于其他類似結構，相似震動問題的改造處理具有積極的借鑒意義。

[1]盧昌福.溪洛渡水電站轉子支架裝焊工藝.電機技術[J].2013.04