云南省维西县南极洛河水电站配水环管焊接工艺及安装
⇨⇦
唐晓黎+唐杰天
摘要：本文介绍了南极洛河水电站配水环管焊接工艺及现场安装，重点介绍了此高水头、大容量机组配水环管焊接工艺和施工技术，以及如何消除机组在制造和焊接中产生的应力，和配水环管在现场的安装，为同类高水头、高转速、大容量机组安装提供了可借鉴的经验。
关键词：南极洛河水电站；冲击式；高水头；高转速；配水环管；焊接；安装
南极洛河水电站位于云南省迪庆州维西县巴迪乡，电站引巴东河和南极洛河的水发电，厂址位于距南极洛河与澜沧江交汇处下游，南极洛河水电站总装机容量2×43MW，于2015年12月底全部并网发电。该电站是继四川省凉山州苏巴姑水电站、广西桂林全州天湖水电站后全国第三高水头水电站。
南极洛河水电站水轮机型号：CJC601-L-220/4×10.8
配套发电机型号：SF43-10/3700
转轮直径：D1=2.20m 额定出力：Nr=44.3MW
额定水头：Hr=1039.9m 最大水头：Hmax=1092m
最小水头：Hmin=1039.9m 额定流量：Qr=4.79m3/s
额定转速：n=600r/min 飞逸转速：nf=1100r/min
喷嘴数：4个 水轮机额定效率：η=91%
旋转方向：从发电机端看顺时针旋转
一、配水环管的结构组成及安装要求
配水环管是机组的重要组成部分，其由大叉管、中叉管、小叉管、弯管、直管、配水环管测杆、配水环管泵水工具等组成。
配水环管中的叉管采用的是月牙筋球形叉管，该机构叉管具有水力损失小，应力分布均匀、结构合理、外形尺寸小等优点。
该机型是以叉管法兰为定位基准的结构，即喷嘴等部件的安装均以叉管法兰为基准。作用于配水环管和喷嘴的作用力都直接经过配水环管传递到混凝土中。安装尺寸应满足配水环管图纸的要求。
配水环管采用焊接结构，法兰由材料WDB620和Q345C焊接而成，管子材料为WDB620高强钢，焊条选用CHE607RH（J607RH）。为确保进水管正常工作，配水环管在厂内经过超声波探伤检查和16.9MPa的强度试验。在配水环管中，厂家提供了三段活节管（配焊余量）。在叉管安装定位后，配焊三段活节，然后作现场强度试验。
在配水环管外设有许多可调的开式螺旋扣，便于配水环管的位置调整。同时埋在混凝土内也起基础螺钉的作用。在环管出水端分别设有四个调整垫，若安装时有微量误差时，通过偏车调整垫来校正水平与垂直中心，以满足图纸要求。
二、配水环管的安装
配水环管安装步骤如下：
（1）先按照图纸要求，定位每个配水环管脚标中心坐标，然后浇筑环管支墩。再分别将机坑里衬按图纸在电站现场配割叉管管道孔（共4处），把机坑里衬和叉管组合成整体。为防止变形，内腔通过支撑固牢。
（2）安装叉管时，应以四个出水端法兰位为基准，把配水环管测量工具和环管法兰联接，然后通过调整配水环管测量工具，分别校正各叉管法兰位置，用以检查法兰面到机组中心的距离及法兰面的高程，以保证机组水轮机进口球阀中心和压力管道中心在同一轴线上。通过楔子块调整叉管高程，待配水环管进口中心线与机组坐标线的距离偏差、及相对于机组坐标线的水平距离、垂直度，使其偏差符合设计要求后，地脚螺栓将配水环管脚板固定，通过拉钩调节拉紧叉管，然后将割开后剩下的里衬板分别对焊接到固定的里衬板的上方，最后用地网钢筋或槽钢分别将各个叉管固牢。配水环管安装时，叉管法兰中心线除满足图纸尺寸外，与转轮分水刃平面的偏差小于±1，在环管出水端分别设有调整垫，若安装时有微量误差时，通过偏车喷嘴装配中的调整垫来校正水平与垂直中心，以满足图纸要求。
（3）将叉管法兰与机坑里衬板焊成一体，4个出水端法兰装上泵水闷头。在闷头法兰面上加支撑梁，把4个法兰连成整体。保证4个闷头处法兰的变形量小于设计图纸要求。
（4）机坑里衬上方外侧与地网钢筋焊成一体，固牢。
（5）现场配割凑合节配焊，三段活节管（共6条焊缝），叉管、弯管与活节管焊接处允许有偏差，偏差量由活节管的工艺余量来补偿。所有管节安装以后应进行加固，以保证配水环管在后续焊接时不产生变形和位移。加固材料与环管的焊接须采用与配水环管焊接用焊条。
（6）按图纸要求作焊缝检查，在强度试验检测时，在各监测处装上百分表。按试验监测结果表上的压力逐渐加压并记录监测结果，在四个与喷嘴相连的法兰处变形量应满足图纸要求，圆周环管变形量按标准规范执行。若某处变形加大，应停止试验，并在此处加固，然后继续试验直到满足要求。
（7）强度试验合格后，最后保压浇注混凝土。
三、配水环管的焊接
该电站配水环管主要分为大、中、小叉管、弯管及直管七个部分组成，厂内分开制作，各组成部分焊缝均进行超声波探伤及水压试验，在工地安装时焊接为整体，工地焊接质量要求和厂内相同：焊缝（环焊缝）应达到JB/T4730.3-2005Ⅱ级要求，试水压16.9MPa，持续30Min不得有渗漏。
（1）在组装现场放X-Y坐标线，水平高程线，大、中、小叉管及弯管位置找正固定后，配装配水环管。现场焊缝按设计图纸制作焊接坡口，坡口均应打磨光洁（打磨区域须延伸至坡口两侧25mm），要求装配坡口间隙在0～3mm，在焊接长度20%范围内，允许有3～5mm局部间隙，如大于上述范围，则应先堆焊超差区域并打磨后再进行施焊，焊接内壁错口应小于10%t，但最大错牙不超过3mm。
（2）环境温度≤0℃，焊前应局部预热80～120℃，并控制变形，焊接过程中应用小范围、窄焊缝、对称施焊、短弧操作，周向可采用分段退焊法焊接，焊缝各相邻层焊道接头均应错开；
（3）每道焊缝焊后应立即用风铲锤击焊缝金属，以降低焊接应力，打底焊及盖面层焊缝不允许锤击。焊下一道之前，必须清除干净上一焊道表面的杂质，直至露出金属光泽。
（4）焊接坡口要求打磨光滑，焊缝均应气刨清根，若清根操作不便，亦可采用单面焊双面成型，保证根部质量达到超声波探伤要求。
（5）气刨清根表面不允许有顶炭、夹渣，应打磨气刨面光滑，合格后方能施焊。
（6）打磨焊缝外表面光滑，内表面与母材平，按JB/T4730.3-2005Ⅱ级要求作超声波探伤检验，并作好探伤记录。
（7）在焊接过程中，应监测各叉管、弯管变形情况，各喷嘴联接法兰变形超差应在调整垫允许范围内。
（8）检测各法兰相对尺寸，并作好记录。
（9）焊缝消除应力可采用风铲（小锤）敲击法，亦可采用红外线电加热局部退火。
（10）全面检测各部尺寸及焊缝外观质量，作好记录，按图紙要求作水压试验。
四、结果
南极洛河水电站配水环管安装完后，经过检查，安装精度满足设计和规范要求，配水环管压力试验合格，变形监测满足设计和规范要求，两台机组先后于2015年12月底全部并网发电，机组运行的瓦温、振动、噪音均满足国家相关标准要求，得到业主方的认可及好评，同时也为今后国内高水头大容量高转速冲击式水轮机机组设计和安装提供了借鉴。
参考文献
[1] 水轮发电机组安装技术规范GB/T8564-2003[S].2003
[2] 哈尔滨大电机研究所编著.水轮机设计手册[M].机械工业出版社.1975
[3] 承压设备无损检测JB/T4730.3-2005[S].2005
[4] 焊缝无损检测 超声检测 技术、检测等级和评定GB/T11345-2013[S].2013