摘要：伴随着我国的水电事业的蓬勃发展，多个大型水电站相继建成投产或正在建设。本文结合大型水电站水轮机金属蜗壳安装及焊接工艺，阐述特大型金属蜗壳安装技术，并提出相关的建议，仅供大家探讨。
关键词：安装技术；金属蜗壳；焊接；探伤；水压试验
大型水轮发电机组由于其流量大、水头较高，其水轮机蜗壳一般采用金属型蜗壳。一些水电站共同的特点主要为：①结构尺寸大、质量大、钢板厚度大；②现场安装、焊接工作量大；③安装质量要求高，安装难度大。
1水轮机金属蜗壳安装的基本工艺
1.1施工尺寸确定
（1）基础环的安装。
①基础环的尺寸检查。
对到货的座环基础环进行外型几何尺寸检查，主要检查座环基础螺栓套管的分度圆直径及X、Y中心点的划分是否正确，检查管的垂直度、管口孔距的弦长、管孔与基础孔的同心度。
②基础板的安装。
在混凝土浇筑至高程49．250m前，首先将基础环吊装到位并加临时支撑进行初步调整，然后将基础环调整及加固用的基础板安装就位，进行混凝土浇筑。基础环调整用螺栓的基础板共计10块，钢丝绳加固地锚5只，其埋设高程均为49．250m。
③基础环安装步骤。
当混凝土浇筑至高程49．250m后，再次调整基础环的中心和水平，待调整合格后将调整螺栓与其基础板焊接，要求螺栓的安装必须垂直并应位于基础环螺栓孔中心位置。调整螺栓安装、焊接完毕后，安装调整加固用的5根（5个位置）1/2″钢丝绳，利用钢丝绳和调整螺栓对基础环进行精调（基础环的底面高程为49．490m），同时拆除支撑。待基础环中心、高程调整合格后将钢丝绳紧固，并将调整螺母与螺栓、基础环点焊固定。基础环验收合格后进行混凝土浇筑，第一期浇筑高程至50．590m，同时进行蜗壳支墩的浇筑。待基础环混凝土具有一定的强度后灌注高程50．590m至50．630m之间的非收缩混凝土
1.2蜗壳管节的挂装
1.2.1蜗壳定位节安装
吊装之前，在座环上、下过渡板上作定位节2个截面位置标记，并在蜗壳管节开口的上、下各焊两块搭接板。管节吊入机坑后，利用搭接板将其挂在座环上、下过渡板上。焊适当拉紧器或利用千斤顶调整2个截面的角度、倾斜度、中心、最远点高程及半径等，符合安装图纸规定要求后，再将搭接板焊接在座环上、下过渡板上，并紧固蜗壳外支撑、焊接外拉筋，打紧管节底部调整楔块。
1.2.2其他管节安装
定位节安装完成之后，首先焊接其他各管节的搭接板。待管节吊装就位后，用拉紧器调整焊缝间隙；根据相邻管节实际周长差，用压缝器调整焊缝错边均匀。环缝调整从上、下蝶形边开始，并逐渐逼近腰线。调整管口高程和最远点半径等均符合要求后，进行定位焊。定位焊在小坡口侧进行，以便背缝清根；定位焊前，对待焊部位按要求进行预热，可采用火焰预热；定位焊焊接长度约100mm，间距约500mm，厚度约10mm。
1.3蜗壳焊接
蜗壳管节的纵缝、环缝一般均采用不对称X形坡口，大坡口在上。蜗壳焊接采取边挂装边焊接的方式，焊接前，根据规范要求需按要求做相应的焊接工艺评定，在焊接过程中严格按照焊接工艺评定的参数进行焊接。参加蜗壳焊接的所有焊工必须持相应焊接位置的有效合格证上岗。
1.3.1焊接加热
板厚大于30mm的焊缝焊接前必须进行预热，预热温度由焊接工艺评定确定，一般为70~120℃；预热范围为焊缝两侧各3倍板厚，且要求温度均匀。焊缝预热一般采用红外线履带式加热垫，布置于焊缝大坡口侧，可采用磁力压板固定，由电脑温控仪控制，用红外线测温仪及热电偶温度计辅以监视预热温度。在焊接时，各层间温度控制在150℃左右。焊接过程中原则上连续保温，焊接中断及焊接完成后进行后热去氢处理，后热温度为170-200℃，保温2h；然后用石棉被覆盖，直至降至环境温度。
1.3.2焊接顺序
总的焊接顺序：非凑合节环缝焊接→凑合节纵缝焊接→凑合节一侧环缝焊接→凑合节封闭环缝焊接→上、下蝶形边焊缝焊接。单条焊缝焊接顺序为：焊接主缝至50%→背缝清根、打磨及作PT探伤→焊接背缝至50%→焊接主缝至100%→焊接背缝至100%。为便于背缝清根，上、下蝶形边焊缝可先焊接外侧（非过水面），其余焊缝从大坡口侧开始焊接。根据各管节尺寸，确定环缝焊接焊工数量为4、6、8名或12名；纵缝焊接安排1名焊工；蝶形边焊接安排8名焊工，上、下蝶形边各4名。为减少焊接变形，所有焊缝均采用分段退步焊及多层多道的施工工艺。
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2蜗壳水压试验及保温保压浇筑
2.1试验的目的
蜗壳水压试验的目的主要有：检验焊缝质量、降低或消除焊接残余应力，提高焊缝接头的塑韧性，增强其抗疲劳的性能及检验座环蜗壳设计的合理性，整体结构的强度、刚度、稳定性能和综合性能指标。
2.2试验基本要求及试验程序
需在座环内安装试压筒体，在蜗壳进口处安装闷头，使蜗壳内形成一个封闭容器；需布置一套水压试验系统（包括管道、加压泵、仪表等）、水温控制设备（包括电加热器或锅炉、循环水泵等）及蜗壳变形监控设备（包括电阻应变片、数据采集仪等）然后按水压试验曲线逐级升压。蜗壳充水及压力试验在所有焊缝检验合格且工地防腐、内支撑拆除完毕后进行：首先采用低水压向蜗壳内注水，注水前，打开闷头或循环管上的排气阀门，以确保使蜗壳内充满水。
2.3蜗壳静水压埋设工艺
某电站蜗壳分别在1.94、0.7MPa静水压下浇注其外包混凝土。电站蜗壳外包混凝土浇筑过程中，采用高位膨胀水箱及加压泵两种保压方式，互为备用，确保蜗壳内水压保持在设计范围内。蜗壳内水压保证值与环境温度和自然水温有关，低温季节施工时，水压保持在0.7MPa，当水温低于16℃时，采用电锅炉加温，并通过管道泵对蜗壳内水进行循环，使蜗壳内水温均匀并保持在16-22℃之间；高温季节施工时，根据蜗壳内水温情况，适当降低水压值。
3蜗壳安装质量控制
3.1技术准备及到货设备检查
安装前，仔细阅读设计图纸及厂家技术资料等，编制施工方案，并对施工人员进行详细的技术交底。安装前，认真地对到货设备的数量进行清点、外观质量检查、尺寸测量等。
3.2施工组织设计
在施工组织设计及安装措施中体现施工工艺规范化、施工管理制度化，施工措施程序化。即，要求技术人员以工艺卡的形式按安装先后顺序的步骤编制施工措施，每一步骤里必须详细说明施工内容、施工方法、所需工器具、检查项目及控制标准等，使施工措施具有很强的可操作性；要求施工人员严格按设计图纸、厂家技术资料、施工工艺文件及有关规程、规范等施工，并有详细、真实的施工记录；制定一系列与施工人员切身利益相关的规章制度，做到有章可依、有章必依、违章必究、执章必严。
3.3质量、过程挖制及工序交接控制
按照技术要求及早制订相应的质量检查记录表格，落实质量控制责任到人。对每个施工人员所完成的工作内容和施工部位（如调整、焊接、加热部位）等均做详细的记录；严格执行班组自检、作业队复检、项目部终检的内部“三检”制度，防止质量检查走过场。对于重要的、关键的、容易发生质量缺陷的工序，选择质量控制点。如严格控制定位节的安装尺寸，不放松其余各节的尺寸控制；点焊、定位焊、正式焊接均需按要求进行预热、保温。在管节调整完后转入焊接工序，必须填写转序卡，其内容必须包括转序的工序名称、转序时的状态、下道工序的注意事项等；并请监理检查焊缝错边、间隙及管节拼装尺寸等，在监理验收合格后方可转序。正式焊接前，请监理检查焊缝清扫、预热温度等，并取得由监理签发的开焊令后方可焊接。
4、金属蜗壳的变形监测
蜗壳变形监测属于精密测量的范畴，要在标志设计、摄站选择、光源配置及观测方法等方案设计上采取一系列措施。在蜗壳摄影中，由于蜗壳表面光滑且缺少纹理，很难找到特征点位，为增大反差，提高影像的辨认与量测精度，需要布设一定数量的人工标志。蜗壳监测分为蜗壳本体监测及蜗壳座环（或试压环）变形监测。蜗壳本体监测，在蜗壳内部沿流水方向每隔45°布设1个监测断面，，每个断面上从弧底开始每隔45°布设1个监测点，并在上挡板、上座环、下座环、下挡板处加密设点。蜗壳座环（试压环）变形监测，监测以正向左岸方向为0°断面，顺水流方向每隔45°设1个断面，在每个监测断面上从上到下布置5个监测点，在对应断面的基础环上布置6个监测基准点。安装试压环后，基础环上监测基准点不变，在相应断面的试压环上布置3个监测点。
根据蜗壳不同的监测部位及现场环境来设计不同的监测方案。由于蜗壳监测环境比较恶劣，拍照质量不是很稳定且测点不多，可采用手工提点的方式。采用近景摄影测量方法监测蜗壳变形外业工作量少，速度快，精度较高，测定数据可靠。与传统方法比较，把大量的野外操作转为室内工作，特别是当观测点较多时更为明显。所摄取的像片资料能长期保存，以资复测比较，避免了粗差，提高了资料的可靠性。
5结语
目前，大型水轮机蜗壳的安装技术已经趋于成熟，蜗壳管节的现场制造已经普遍推广，钢材和焊接的材料质量的提高，焊接工艺、焊接质量也明显提高，焊接技术上逐步向自动焊术转变，质量控制和检查手段更为完善，蜗壳的制造安装质量和技术显著提高，同时使安装工期逐步缩短。愿本文可供水电同行在水轮机蜗壳的制造安装时作为借鉴和参考.
参考文献：
[1]王献奇，张翠萍.激光跟踪测量在大型水轮发电机组安装工程的应用[J].水电与新能源，2017（02）：22-25.
[2]李林伟，朱罗平，孟鹏.激光精密测量技术在大型水轮发电机组安装中的应用[J].水电能源科学，2016，34（11）：156-159.
作者简介：
王强、男 （1984 -）工程师 本科 主要从事水利水电工程测量及监理工作
论文作者:王强
论文发表刊物:《基层建设》2018年第25期
论文发表时间:2018/9/18
标签：基础论文; 水压论文; 螺栓论文; 高程论文; 断面论文; 质量论文; 蝶形论文; 《基层建设》2018年第25期论文;