桃源水电站尾水管里衬安装工艺浅析

谢海涛

【摘 要】灯泡贯流式机组尾水管能回收转轮出口处水流的动能，对于像桃源这种低水头大流量的水轮机，转轮的出口动能相对较大，尾水管的回收性能对水轮机的效率有显著影响。本文结合桃源水电站尾水管里衬的特点及施工现场情况，对桃源尾水管里衬现场组装、焊接、安装作业及测量作论述。

【关键词】桃源水电站；灯泡贯流式；尾水管里衬；安装工艺

1、工程及机组概况

2、尾水管主要技术参数及结构特点

尾水管里衬己在工厂内进行了预组装并检查尺寸合格，并在尾水管里衬各件上划出了现场组装时所需的中心线与水平基准线标记，工地安装以这些基准线为基准安装尾水管里衬，尾水管里衬工地焊接及安装前，应事先准备好各种工具，现场焊接允许一定范围的收缩变形。

3、尾水管的现场安装流程（见图1）

尾水管里衬为尾水管第一项安装的部件，在安装前，先进行机组中心轴线及坝轴线尾水管首节管口基准面放样及复测，检查尾水管里衬安装基础的位置，并确定其偏差在±15mm以内。

4、尾水管的拼装运输

尾水管在安装场前拼装，由于吊装设备的限制，尾水管里衬分三节吊装。尾水管里衬分三节拼装，拼装完毕后分节运到6#塔机（K80/115型塔机）下面，由塔机依次起吊安装尾水管里衬。

（1）尾水管里衬组装前先制作2个拼装平台，尾水管里衬拼装平台搭建完毕后，对平台的水平进行调整每米不超过3㎜，且全程偏差不超过10㎜；

（2）根据尾水管里衬的尺寸和重量，同时考虑到现场吊装设备实际情况，尾水管采用分节吊装的方案；

（3）按尾水管里衬各节编号，由25T汽车吊将分瓣的尾水管里衬吊放在拼装平台上进行拼装。在拼装前，应检查每瓣的弧长、高度及焊接坡口尺寸等符合设计要求。并对各焊缝坡口进行清理打磨除锈。清理完毕后，按照设计要求调节对缝，间隙为2㎜，错牙符合要求后用搭焊板临时搭焊，焊缝进行分段点焊（间距300㎜、点焊长度50㎜），然后用拉杆调整其上、下管口圆度，并检查其管口直径、周长和高度符合设计要求，并对其进行加固，然后再进行各纵缝对称焊接；

（4）所有尺寸调整合格后，在厂家加固的基础上对尾水管里衬内部进行再次加固，防止在吊装过程中尾水管里衬发生变形；

（5）施工的质检人员会同监理、总承包工程师及专业技术人员对拼装的尾水管里衬进行焊接前质量验收，各项数据合格后进行焊接；

（6）焊接完成后，对所有的焊缝进行无损探伤检测（UT），待检测合格后，用25t汽车吊把拼装好的里衬吊离平台，进行下一节拼装；

（7）运输时，将尾水管里衬吊装到拖车上，用钢丝绳绑扎结实后，运输至塔吊下，做好吊装前的准备。

5、尾水管里衬的吊装及调整

（1）用塔吊把尾水管里衬分节吊入，先把前锥段安装到位，找正其中心、高程及位置并进行初步固定；

（2）尾水管里衬安装时，利用尾水管里衬上工地组装用的装配耳及螺栓调整对接焊缝间隙及错牙，组装并粗调尾水管里衬的位置，用楔子板调整尾水管中心高程，用螺旋扣和管子千斤顶对尾水管里衬进行水平调整；

（3）检查和确认尾水管里衬位置后，再用千斤顶和螺旋扣将其固定，尾水管里衬在工地焊接，出管口处中心朝下游面延伸，应留有一定的焊接收缩余量。

6、尾水管设备焊接

按照设计要求对尾水管里衬进行焊接和无损探伤，并布置测压管路。

（1）参加焊接的人员，必须持有技术质量监督部门发给的锅炉压力容器焊工考试合格证书或通过能源部、水利部颁发的适用于水利水电工程压力设备制造、安装的焊工考试规则规定的考试，并持有有效合格证书；

（2）清扫、打磨尾水管焊缝坡口，坡口两侧50mm处无锈蚀、氧化皮、油污及其它杂物，并打磨出坡口的金属光泽；对母材部分的缺陷作彻底打磨处理，并做好记录；

（3）点焊焊条应与焊接焊条相同，焊接前应检查点焊质量，如有开裂，未焊透及气孔等缺陷，应彻底清除。尾水管环缝和纵缝焊接使用的焊条，规格为Φ4.0mm和Φ3.2mmJ427焊条，Φ4.0mm用于中间层和盖面，Φ3.2mm用于封底焊接。电焊条在使用前按规范要求将焊条放置在350℃的烘箱内烘焙1小时，烘焙后的焊条保存在100℃-150℃的恒温箱内，药皮应无脱落和明显的裂缝。施焊时，待用的电焊条放在保温筒内，随焊随取，严禁使用未经烘干的冷焊条施焊。焊条在保温筒内的时间不易超过4小时，否则应重新烘焙，重复烘焙次数不得超过两次；

（4）环缝焊接时，首先焊接正缝，然后背缝清根、打磨，除掉碳化层后将背缝焊满。焊接时由4名焊工在尾水管里衬的内、外两侧同时对称进行，其焊接速度应一致，要求每边焊层在全部焊缝长度上焊完以后才能焊接下一层，焊接时采用小电流、小范围、多道多层焊接。为保证焊缝长度得到均匀的横向收缩，避免出现裂纹，填充焊缝时采用多层多道“逆向对称退步焊”焊接，每次退步分段长度为200～300mm，层间接头应错开30mm以上，焊条摆幅不超过焊条直径的3倍。每层焊缝焊完后，应立即将焊渣等清除干净，方可进行下一层焊接，全部焊完后清除焊渣，并进行外观检查，适当打磨修整；

（5）对于焊缝坡口间隙较大的，应事先进行堆焊或镶边焊，在全部堆焊结束并作适当打磨后再施焊。在堆焊时，背缝可贴钢板，焊完后全部铲除；

（6）在焊接过程中对每层焊缝（封底焊缝和面缝除外）可以采用风铲锤击法，也可以采用焊后局部消应力热处理；

（7）焊工焊完每道焊缝后必须进行自检，清除表面飞溅、焊渣、等杂物。自检合格后，电焊工打上自己相应的焊工钢印号，交专职质检人员进行焊缝表面外观检验，其焊缝表面应平整光滑，面缝宽度应大于焊缝坡口宽度2～3mm，面缝焊应高起1～3mm，焊缝的背缝应高起0～2mm。外观检验合格后，交检验人员进行焊缝无损探伤检验，合格后签发合格报告；

（8）焊缝的外观检查发现有裂纹、未熔和等表面缺陷时，必须用角磨机将缺陷磨掉（或者在裂纹末端钻止裂孔，以限制裂纹的发展，钻孔后用风铲清除裂纹），经探伤无缺陷后，再对缺陷处进行表面修补，修补的焊接工艺与正式焊缝的焊接工艺相同。补焊时要将每一层焊波进行锤击，第一层和最后一层焊波不锤击，以避免金属冷作硬化与提高焊缝脆性，锤击要在焊缝金属冷却至300℃后进行。

7、尾水管安装及调整

（1）尾水锥管里衬为二期安装，按照设计要求，必须在土建混凝土一期浇筑时，安装地锚和支撑基础板；

（2）在吊装前根据设计要求，在尾水管里衬支墩上放好楔子板。尾水管里衬中心、高程调整到位后将尾水里衬、楔子板、尾水里衬支墩焊接；

（3）尾水管安装时，起吊、翻身均机械使用土建尾水3#门机（MQ900/30t型门机）和6#塔机（K80/115型塔机）；

（4）尾水管调整采用挂钢琴线和全站仪校正的方法测量管口里程、垂直度和平面度，调整使用管子千斤顶和自备机械千斤顶调整，高程用楔子板调整，调整完毕后固定。固定后复测其管口的平面和垂直度，应满足设计及有关规范要求。调整合格焊接楔子板等加固材料，对其进行最后的加固定位。加固材料用拉筋搭配加固。验收合格后向土建单位交面进行二期混凝土的回填。

8、尾水管二期混凝土浇筑

尾水管二期混凝土浇筑在土木工程师指导下进行，按以下顺序作业：

（1）混凝土浇筑前在尾水管里衬小头处选择一周向断面涂一层连续的遇水膨胀的密封胶；

（2）对混凝土浇筑的次数和范围进行彻底检查，以防止在浇筑二期混凝土时，尾水管里衬支撑因松动而脱落；

（3）尾水管里衬二期混凝土浇筑应严格控制混凝土回填速度（每小时不超过30厘米，每仓浇筑高度不超过2米，浇筑应对称分层分块）；

（4）为了混凝土充分凝固，在浇筑时应振动，但不允许所使用的振动设施与尾水管里衬、管子千斤顶、螺旋扣相接触；

（5）用混凝土将尾水管里衬下部填满，检查混凝土经过浇注孔时的流动情况，当混凝土将尾水管下部填满时，应及时用盖板将浇筑孔盖上；

（6）在混凝土浇筑施工全过程，对尾水管里衬管口平面度和垂直度变化进行密切监测，一旦发生异常变化应立即通知土建单位停止浇筑，并及时采取措施进行处理，处理合格后方可继续浇筑。

9、混凝土浇筑孔盖、灌浆孔盖焊接及组合法兰内侧密封焊接

（1）尾水管里衬混凝土浇筑完成后，进行焊接浇筑盖板，由于尾水管里衬承受较大约束力，焊接不当，会产生焊缝开裂，焊接前必须彻底清除水和其他杂物，使用抗裂性较好的低氢型焊条，焊接时最重要的是防止出现焊缝开裂，如果发现有裂纹时，应立即将其修磨掉，并补焊其表面；

（2）灌浆作业结束后，用榔头检查混凝土内部有无空洞，若有空洞，灌浆填满，对灌浆孔进行密封焊；

（3）组合法兰内侧密封焊接，有两名焊工根据图2顺序对前锥段上、中、下部尾水管里衬组合法兰进行密封焊接，密封焊接后，对入管口法兰不平度及圆度进行再检查，如不合格，打磨修复。

10、结语

桃源水电站尾水管里衬按照上述方法施工安装，在安装后对尾水管里衬管口法兰最大与最小直径差、中心及高程差、管口法兰至转轮中心距离差、法兰面垂直度及平面度、波浪度及无损探伤进行检查均在设计要求的范围内，在尾水管里衬浇筑过程中进行实时监测，尾水管里衬没有发生变形位移，桃源水电站尾水管里衬安装工艺切实可行。

参考文献：

[1]GB/T8564-2003 水轮发电机组安装技术规范[S].北京：中国标准出版社.2003.

[2]GB50661-2011 钢结构焊接规范.

[3]《尾水管安装作业指导书》——浙江富春江水电设备厂资料.