進水球閥前壓力鋼管湊合節精準配割方法

董 博，施庭東，李光榮

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

抽水蓄能電站通常水頭較高，引水隧道較長，多采用一管多機的引流方式。進水球閥安裝于蝸殼和壓力鋼管出口中間，關閉后可將上水庫和發電機組有效隔斷；停機時減小機組漏水量，減小水力損失；若機組運行時調速系統發生故障，導葉無法關閉或關閉不嚴時，則迅速關閉進水閥，截斷水流，防止發生飛逸事故，因此進水球閥的安裝質量關系到整個地下廠房安全。筆者所述電站共布置4 臺單機容量為300 MW 的半傘式抽水蓄能機組，額定轉速428.6 r/min，額定水頭416 m，壓力鋼管直徑2 300 mm。

進水球閥帶水開關時在水錘力作用下會產生位移，為更好的釋放應力和拆卸方便，伸縮節處通常設置伸縮間隙，使得進水球閥在運動中釋放作用力，在拆卸檢修時方便拆卸。進水球閥安裝時上游壓力鋼管及下游蝸殼延伸段均已安裝完成，進水球閥下游部件均為法蘭連接采用螺栓把合固定，無調節余量，制造、安裝過程產生的累積誤差只能在壓力鋼管與進水球閥接口焊縫處消除。湊合節配割制作坡口時還應控制平面度，防止焊縫間距不一致導致焊接時應力偏差較大，產生較大焊接熱位移影響安裝質量。

表1 進水球閥主要部件參數統計表

2 施工順序

施工準備→進水球閥基礎埋設澆筑→伸縮節及活套法蘭預存→延伸管預存→進水閥吊裝就位→伸縮節與球閥組裝→組合體調整→測量計算湊合節配割量→劃線配割及坡口制作→配割后尺寸檢查→延伸管安裝→整體調整檢查。

3 操作要點

3.1 施工準備

配置好相關施工材料和工器具，規劃設備擺放區域及施工用電布置，規劃及布置施工通道。完成主要部件法蘭面清洗檢查、重要尺寸復測記錄以及焊縫坡口油漆打磨檢查工作，主要包括：

（1）檢查球閥檢修、工作密封與活門間相應的把合螺栓預緊和防松動情況；

（2）檢查球閥各加工面外觀，應無銹蝕；

圖1 進水球閥部件安裝示意圖

（3）檢查檢修密封機械鎖裝置，投入或退出靈活性；

（4）將球閥置于全開位置，測量檢修、工作密封與活門的錯牙情況；

（5）檢查標識預埋的蝸殼延伸段和壓力鋼管出口中心線和高程標記點。

3.2 進水球閥基礎埋設與澆筑

測量蝸殼延伸段法蘭面的實際中心、高程、垂直度，同時檢查壓力鋼管與蝸殼延伸段軸線的偏差，以及壓力鋼管中心及蝸殼延伸段中心的偏差。在蝸殼延伸管法蘭和壓力鋼管出口懸掛中心鋼琴線，作為基準調整基礎螺栓。基礎螺栓安裝后澆筑二期混凝土，安裝時注意保護螺栓螺牙；養護完成后安裝基礎板，以延伸段腰線高程作為高程調整基準。

3.3 部件預存

安裝時各部件通過預留的球閥吊物孔吊裝就位，空間有限，需要先將延伸管、伸縮節及活套法蘭預存。分8 個點測量延伸管、伸縮節沿水流方向的長度，與圖紙對照并記錄偏差。將活套法蘭套裝到伸縮節上，綁扎固定牢靠，安裝吊具先將伸縮節吊至球閥下游預裝，底部放置方木防護，同樣將上游延伸管吊裝就位預存。

3.4 進水球閥吊裝就位

在球閥基礎板安裝完成后進行球閥吊裝工作。在安裝間將球閥吊起清掃底座并檢查無高點毛刺，檢查球閥處于全開狀態并且投入鎖定。在球閥地腳螺栓處包裹3 層銅皮并綁扎牢固，試吊3 次后通過手拉葫蘆調整球閥底座水平度小于1 mm/m。沿著既定的吊裝路線將球閥吊至吊物孔上方，調整位置后通過吊物孔下落到基礎上方，找正螺栓孔位置后緩慢下落至基礎上。初調蝸殼延伸段到球閥距離及平行度，此時距離可大不可小，完成后將球閥基礎螺栓安裝旋緊，避免球閥傾倒。

3.5 伸縮節與球閥組合調整

將伸縮節清掃干凈，安裝吊具和法蘭間密封圈，完成后緩慢提升伸縮節。當伸縮節提升至與球閥相同高度時安裝腰線2 顆預緊螺栓，通過預緊螺栓使伸縮節法蘭面和球閥法蘭面貼死，逐一安裝把合螺栓，緊固時對稱預緊螺栓。使用橋機和千斤頂配合將進水球閥和伸縮節組合體往下游移動，使其緊貼蝸殼延伸段法蘭，依據蝸殼延伸段調整組合體，調整至兩管口錯牙最小，管口法蘭間無間隙。

3.6 測量計算配割量

首先復測球閥上游法蘭面與壓力鋼管出口處中心、高程偏差，偏差大時調整壓力鋼管最后一節以消除偏差，配割量計算以球閥上游法蘭面作為基準測量。將管口圓周均分為12 個點，逐一測量壓力鋼管出口至球閥上游法蘭面距離，記為B；測量延伸管本體長度，記為Y；配割時考慮單條焊縫焊接熱收縮量為1.5 mm（具體根據鋼管板材厚度選擇），記為f；安裝后伸縮節與蝸殼延伸段法蘭面距離記為g；壓力鋼管出口配割量記為x，則x計算方法如下：

3.7 劃線配割與坡口制作

將壓力鋼管出口處清掃干凈，按照計算的配割量在壓力鋼管出口處劃線。劃線時同樣取12 個點測量，控制點設置后連點成線，為了便于操作，鋼管腰線以下部分從內壁劃線，腰線以上部分從外壁劃線。劃線完成后采用半自動火焰切割器分段完成鋼板切割，切割完成后調整切割器角度，進行出口處坡口制作，主要坡口制作時按照圖紙要求留出鈍邊。制作完成后使用磨光機打磨平滑，制作的坡口采用PT 檢測無缺陷。

3.8 延伸管安裝及整體調整

復測壓力鋼管出口至球閥上游法蘭面距離，符合要求后清掃球閥和延伸管法蘭面，安裝法蘭面密封圈。完成后使用橋機緩慢將延伸管提升就位，安裝球閥上游把合螺栓，通過拉伸螺栓將延伸管和進水球閥組裝成整體。使用橋機和手拉葫蘆將球閥本體、伸縮節和延伸管組合體往上游移動至靠近飲水鋼管出口，調整上游延伸管和壓力鋼管出口接縫處間隙和錯牙，同時兼顧下游伸縮節與蝸殼延伸段接縫處錯牙。調整完成后測量下游伸縮節與蝸殼延伸段伸縮間隙應符合要求。

4 與常規配割方法的差異

從結構上看，球閥下游伸縮節采用法蘭連接，必須精確控制兩法蘭平行度，為避免安裝后有漏水情況，只能首先保證伸縮節與蝸殼延伸段兩法蘭平行度，將所產生的偏差轉移到壓力鋼管與延伸管處接縫處，通過焊接打磨的方式消除偏差。常規采用直接測量壓力鋼管出口至蝸殼延伸段法蘭面距離計算配割量，若將測量值記為a，進水球閥沿水流方向實測長度記為b，伸縮節實測長度記為c，則此時配割量x計算如下：

x=Y+b+c+g-a-2×f（2）

配割完成后先安裝上游延伸管，最后調整伸縮節，此種方法由于距離過長會產生較大的測量誤差，安裝后需要根據伸縮節間隙再次配割調整，才能精確控制伸縮節活動間隙。

本文介紹的方法即首先安裝伸縮節，并以伸縮節為基準安裝上游部件，真正做到首先保證伸縮節的伸縮位移及兩法蘭面平行度，確保伸縮節部位安裝后不滲漏。計算簡單并且測量結果精確，未預裝而得到了預裝的效果。

5 結語

本文敘述的壓力鋼管出口尺寸精準配割方法有利于提高進水球閥安裝質量，在計算配割量時簡單準確，施工方便，可節約施工工期約12 d。需要注意的是針對不同厚度的鋼管焊接時產生的收縮量不同，在計算前應根據鋼管厚度合理選擇焊縫收縮余量。