关于水电站水轮机座环、基础环安装技术探讨

史永轩

中国水利水电第八工程局有限公司 湖南长沙 410004

【摘 要】随着国内外水电事业的蓬勃发展，对于电站发电机安装的核心组成部分之一 ：水电站水轮机座环的安装已经形成了各式各样的工程施工技术工艺方案，本文通过对自己参加建设的某水电站发电机座环安装方案的成功实施的工程流程介绍，希望给对同类型的水轮机座环安装技术方案提供一定的安装技术参考价值。

【关键词】水轮机安装施工布置；水轮机座环安装技术；安装方案及相关技术措施。

1概述

某水电站共设6台360mw单机混流涡轮发电机，为一(一)型工程。本公司项目部门的单位设置的合同范围是1 ~ 3个单位。

水发电机的座环由上迁移板、上环板、上导向板、固定导向叶片(24)、下导向板、下环板、下转板、垂直环和底板组成。座环的上部与竖井的背面连接，下部与基环连接。安装中心高度1124.00 m。上下环板的厚度为170mm，内径(处理前)为9.01 m。环板由ASTM A 516m gr 458 - z25构成，过渡板由B 610cf构成，基环和底板由Q 345c构成。单机座环的总重量为176.8吨，整体尺寸为10.54 m(直径)×3.74 m(高度)。从底板到环板的高度为2.715米。固定导向叶片高度为2.035 m的座环被分为四个阀门供供，并将阀门焊接在场地上进行综合起重。基础环分两瓣供货，单重8.018t，总重16.036t；基础环环板上表面（加工面）安装高程为IL.1121.2m,与上口水平面的距离为1192.5㎜；基础环围板内径为7275㎜, 环板内径为6921.8㎜，最大外径为7435mm；基础环围板材质采用0C18Ni9，下环板采用Q345C材质。

2施工准备

2.1 技术准备

（1）相关图纸及资料准备

施工前技术人员首先认真仔细熟悉有关图纸、资料，重点关注图中各注意事项；编制施工组织设计、焊接工艺方案并报批；建立并下发“安装工艺卡”；完成开工申报。

（2）技术交底

技术人员根据施工措施向施工作业人员进行详细技术交底。施工前将“工艺卡”贴在显眼的位置，确保每位施工作业人员都清楚。

（3）质量要求

质量交底时，技术或质检人员向施工人员交待清楚质量要求。

严格控制测量放样程序，样点放置程序为：图纸审核→样点计算→样点审核→测量放样→监理、业主测量审核、确认→样点返回应用。

2.2 施工布置

机坑旁布置4台焊机，安放1个工具房，设置临时电源和临时照明设备，并布置1台空压机、1台储气罐和1台气刨机；另外在机坑内布置爬梯到基础环与座环安装高程，在锥管内侧上管口搭设两层平台（一层用于基础环安装，另一层上向上升起四根支柱，在座环中心EL.1124高程处搭设座环上环板中心测量平台）。 为了施工安全，根据实际情况在座环的外围与内侧搭设平台及脚手架。

2.3 成立座环安装项目组织机构

座环、基础环安装项目组织机构框图

2.4 施工设备、材料、人员配备及进场计划

主要人员配置情况见表2。

表2 主要人力资源配置

序号	工种	人数	配备情况	备注
1	管理人员	4	已进场
2	技术员	2	已进场
3	安全员	2	已进场
4	机械工	6	已进场
5	起重工	4	已进场
6	电焊工	12	已进场
7	电工	2	已进场
8	探伤工	1	已进场
9	测量工	2	已进场
10	杂工	10	已进场
	合计	45

主要工器具及设备见表3。

表3 主要工器具及设备

序号	名称	规格	单位	数量	配备情况
1	电动角磨机	φ180	台	8	已进场
2	电动角磨机	φ150	台	8	已进场
3	逆变焊机	ZX7-400	台	10	已进场
4	千斤顶	16t、32t	台	各20	已进场
5	风铲	CZ-2	台	10	已进场
6	烘箱	YQCH-G-150	台	1	已进场
7	空 压 机	0.9m3 / min	台	2	待进场
8	全站仪	R-200	台	1	已进场
9	经纬仪		台	1	已进场
10	高精度电子水准 仪		台	1	已进场
11	水平尺	400mm	把	4	已进场
12	气刨机	ZX7-630	台	1	待进场
13	桥 机	80t	台	1	已有
14	汽车吊	50～60t	台	1	租用
15	平板拖车	20t、60t	台	各1	已进场
16	皮卡车		辆	2	已进场
17	手拉链条葫芦	3t/5t	个	各10	已进场
18	钢卷尺	30m	把	2	已进场
19	钢卷尺	5m	把	20	已进场
20	框式水平仪	250mm	把	1	待进场
21	磁力半自动切割机		台	1	已进场
22	远红外测温仪	ST6	个	2	已进场
23	数显温控柜	LWK-B180KW	台	2	待进场
24	履带式加热片	5KW	片	100	待进场
25	螺孔加工、检测设备与工具	东电提供	套	1	待进场

2.5 其它准备

把座环上的灰尘和垃圾打扫干净。把房间支架下面的杂物整理干净。6#机器旁边的围栏拆下来。清理机器支架上及其周围的杂物。(将座圈的锚栓穿过孔，注意上面有圆形螺母。)满足座圈的位置条件。

3吊装技术方案

3.1 吊装工艺流程

座环、基础环安装装工艺流程图

3.2 安装装主要工序细节描述

3.2.1安装前准备工作

（1）、将机坑清理干净，在机坑内合适位置上放置座环安装轴线（X、Y），在土建砼面上放设大舌板远点定位点（1#机大舌板远点样点桩号：厂上0+6.815，厂右0+18.512）。在锥管内壁设置两个座环安装基准高程点，在外侧地面打钢钉设置两个基准参考高程用于高程复核。

（2）、将锥管凑合节吊入锥管，放置于与锥管内部平台上，便于之后安装配割。测量基础环实际尺寸，根据图纸要求的基础环顶面高程对锥管进行切割（设计锥管进口高程为EL.1121.2m，基础环顶部高程：EL.1122.393m），并按图纸要求修磨坡口。

（3）、在锥管外侧对应轴线位置处用槽钢或者角钢搭设四个支架，支架顶部高程控制在1121.030m-1121.080m（比环板底面高程低50~100mm），并焊接牢固，支架位置注意避开锥管口样点。将基础环吊至预先搭设好的支架上。

（4）、搭设机组中心支架（支架顶部高程高于座环上法兰面高程EL.1125.1825m约500mm，放置求心器，注意支架尺寸，应给之后安装平台留出位置，支架焊接需牢固，为保证其上所放点不会在施工过程中发生变动，支架可从锥管上管口第二层内支撑搭起），根据测量网点，在支架上放置机组中心点（X,Y）。在支架底部靠近锥管上管口处焊接一块δ1~2mm钢板，其上放机组中心点，并钻1mm圆孔，用于校核座环中心（机组中心桩号：厂右0+23m，厂横0+00）。

（5）、对称选取4～8个混凝土支墩，在支墩千斤顶位置放置50t千斤顶，将千斤顶顶面调整到比EL.1121.9395m略高5～10mm，便于座环就位时中心、高程水平的调整（座环支墩底部高程：EL.1121.9395m）。

（6）、将座环安装楔子板放置在混凝土支墩上，并将高程调至EL.1121.935m～EL.1121.995m（-5mm～0mm），水平在1mm以内。

3.2.2基础环、座环吊装、调整及焊接

（1）、将已焊接完成的基础环吊装于锥管中段所焊的支撑架上，用4个对称放置的16t千斤顶初步调整其水平和高程。基础环顶部高程控制在EL.1122.383m～EL.1122.388（-10～-5mm）。

（2）、座环吊装选用550t桥式起重机，钢丝绳选用4根17m长Φ52mm钢丝绳和1根Φ28钢丝绳（配合10t葫芦吊大舌板处，以调整座环整体吊装时的水平），卸扣选用12个35吨卸扣。吊点选用座环上原有的8个吊点(不含10葫芦吊的大舌板处)，具体参照座环吊装方案，注意吊装前检查确认桥机的各系统运行良好。将座环按+Y标记方位整体吊装到座环支墩千斤顶位置上的千斤顶上（在座环即将放置于千斤顶上前适当位置，调整地脚螺栓M64穿入相应的座环地脚把合孔中，按图装上相应的螺母M64，此时不要拧紧螺母），并初步找正座环中心与分瓣线，复核大舌板远点样点^[1]。

（3）、搭设中心找正支架放置自动找正装置，吊钢琴线使其穿过已钻好的机组中心点处的圆孔，调整钢琴线位置使其与孔四周均不接触，然后调整座环中心在4mm以内，导叶中心高程偏差在±3mm，机组安装用的X、Y基准线标点及高程点，测量误差不应超过±1mm。如果设置了压力钢管，并注入了相应的混凝土，请测量高度中央的压力钢管最高。垫环固定为了确认叶片中心和压力钢管中心在同一高度，对垫环、凸缘面下的环板(0.02 mm / m以下)进行反复测量，并做出相应的记录。测定座圈上、下密封面的真圆度和同轴度，座圈上、下密封面的真圆度不应大于2mm座圈的同轴性不应大于2mm。必要时需要重新设定工作表的等级。测量薄片环凸缘表面与薄片环凸缘表面之间的距离测量薄片环上环板和下环板之间的开口距离，并制作相应的记录。（导叶中心设计高程：EL.1124m，下环半径：4445mm，上环半径4505mm，座环上下法兰面距离：2205mm）

（4）、检查相关尺寸合格后将座环地脚螺栓、顶丝完全拧紧到设计预紧值、楔子板完全打紧（楔子板搭接长度在2/3以上。确保所有工作面的接触面积大于70%），千斤顶顶紧。重测阀座环数据:阀座环法兰表面的X、Y标记与十字钢琴线重合。单值偏差不应超过±4mm，平均值偏差不应超过±3mm(注:如果在阀座环中心方位调整,阀座环法兰表面X, Y马克和十字架的偏差钢琴线很难同时满足,这个时候应该首先确保Y马克和钢琴线重叠,其次确保X标记和钢琴线重叠);阀座环的同轴度应在2mm以内(注:由于阀座环的水平度、中心和方位的调整会相互影响，调整工作必须反复多次才能满足上述要求。先调整座环中心、方位，再调整座环中心线水平）。

（5）、用千斤顶沿4个方向均匀提升基础环到设计安装高程以下2mm（顶部EL.1122.391m），用内径千分尺调整基础环中心偏差至4mm以内（最少测量基础环进、出水两个段面），控制座环与基础环同心度在2mm以内（在基础环的底板加工面上对应座环上的测量点选取均匀分布的24~32个测量点用以测量基础环圆度及与座环的同心度）。调整基础环的水平^[3]。

（6）、焊接座环与基础环环缝。基础环调整合格后，检查基础环与座环环缝的间隙，对于间隙大于3mm的部位应先进行长焊处理，直至间隙小于3mm为止。环缝焊接要求8名焊工多层多道分段退步焊接。焊接完成后进行基础环拉紧器及锚钩、肋板安装、加固。焊接座环与基础环环缝，环缝焊接要求8名焊工多层多道分段退步焊接。注意焊接电流和速度的控制。

（7）、测压管路及排水盒等部件安装及打压试验(测压管1.5Mpa保压10分钟。排水盒的中心位置与设计位置偏差应不大于2mm。排水管、补气管应畅通、无渗漏。)，检查座环、基础环的中心、方位、水平、圆度、同心度，合格后请监理工程师及厂家等检查验收。待验收合格后将座环地脚螺栓圆螺母M64与相应的座环底座点焊固定；将座环地脚螺栓螺母M64与支墩二期混凝土预留孔中的垫板点焊固定；将斜楔与相应的基础板、座环底座点焊固定；将座环千斤顶与相应的基础板点焊固定；将座环千斤顶的顶丝与座环点焊固定；将拉紧器拉紧拉紧并确保加固牢固。

（8）、根据图纸要求对锥管凑合节进行配割（设计锥管进口高程为EL.1121.2m）。以基础环出水口法兰面为基准利用拉紧器调整凑合节，使凑合节进水口稍低于基础环出水口法兰面（1~2mm），使凑合节与基础环贴紧或平齐。同时以锥管上段进水口为基准，调整凑合节与锥管上段进水口的错牙，错牙应不超过2mm。另外，凑合节调整时应注意凑合节间的纵缝间隙应均分以避免干涉或间隙过大（间隙应不超过4mm，若超过4mm，则应先长焊处理直至间隙处理合格为止方可焊接，长焊处理时建议进行层间PT探伤），同时注意调整凑合节纵缝的错牙，错牙应不超过2mm。同时检查并调整锥管进口的圆度以及与座环上镗口的同轴度，锥管进口的圆度应不大于4mm，锥管进口与座环上镗口的同轴度应不大于2mm，测量相关数据并作记录。调整合格后将该凑合节与基础环点焊固定，将该凑合节与锥管里衬上段点焊固定（为方便施工，允许调整合格一段，点焊固定一段）。

（9）锥管凑合节安装调整合格后，按相应的国家标准进行凑合节间纵缝的焊接（一般来说，锥管凑合节焊缝需要预热，预热温度为一般70℃~100℃）。首先进行凑合节间纵缝的焊接，纵缝焊接时，为减少角变形，应采用对称分段退步焊的焊接工艺。纵缝焊接结束后，再次检查凑合节与锥管上段的错牙、凑合节与基础环的间隙^[4]，应满足相应的要求，否则应进行必要的调整。

（10）凑合节纵缝焊接结束后，调整基础环与锥管中段背板，按相应的图纸焊接基础环与锥管里衬上段之间的围板。锥管凑合节与锥管里衬上段之间的围板焊接结束后，按相应的国家标准进行锥管凑合节与基础环环缝的焊接。环缝焊接时应对称分段退步进行，并且在焊接过程中检查锥管进口的圆度以及与座环上镗口的同轴度变化情况。焊后锥管进口的圆度以及与座环法兰面的同轴度应≤3mm。

（11）蜗壳层砼浇筑时进行座环基础环监测。在座环+Y、-Y、+X、-X轴线方位上分别取一个基准点监测^[5]。砼浇筑过程中若监测点偏移超过允差范围，及时联系土建相关人员调整浇筑方案。

（12）土建浇筑完成混凝土养护期后焊接锥管凑合节与锥管里衬上段之间环缝，环缝焊接时应采用窄道、对称、分段、退步的方法进行。焊接结束后，将过流面焊缝打磨光滑并进行PT（或MT）探伤检查，对非过流面焊缝进行焊缝的外观检查。（由于该条焊缝属于封闭焊缝，焊接应力较大，易产生焊接裂纹，因此焊接时应特别注意，焊接前焊接区域应预热处理、焊接时采用小电流、窄道焊，除打底和封面焊缝外，其余焊缝每焊一层可进行锤击以消除焊接应力，焊后进行消氢处理）。

（13）封堵灌浆孔和排气孔，并对封堵部位按照设计标准作相应的探伤。

4 .安全文明建设

4.1上卷安全对策

施工前，安全部门应组织所有参与安装计划的施工人员，学习相关安全法规，进行安全公开，并做好公开记录。施工前每天进行安全宣讲，改善施工人员的安全意识。特别人员必须负责安全性检查，以排除高安全性的危险，并督促建设人员遵守建设中的相关安全规定。进入建设工地的工作人员应正确佩戴安全头盔，使用安全腰带。上卷是由特别的人指示的，绳索必须正确地挂好。坐席环在适当的地方的情况下，将坐席环顺利地配置在基础支承上，在确认支承的稳定性的基础上能松开挂钩。平台和座环内外的脚手架应根据相关安全规范设置，平台和脚手架的工作应遵守高工作的相关规定。建设现场应配备必要的防火设备，并按施工现场规定设置和连接电源、氧气、乙炔、焊机。文明的建设,建设工程的合理布置,劳动力的合理分配、建设进度的合理安排、机械设备的合理的后勤保障,机械及设备固定人员的努力实现固定,没有授权的情况下严格禁止。对超载和非法运行，定期检查和维护，改善设备完好率和利用率。

设立安全宣传板、安全警告板和网站安全责任理事会。确保每一个环节和每一个薄弱环节都做到安全生产工作;安全生产根植于每一个劳动者的心中，所以安全生产尽人皆知。建筑应该关注自我保护意识和相互保护意识。定期检查设备和电器，做好维护工作，及时整流不符合要求，以消除潜在的事故。开展现场火灾安全工作，建立安全火灾责任体系。报警号、建设电缆、空管、楼梯和铁路应当按照规范化设备的有关规定进行设置。指派专人随时清理站点上的建设垃圾。

4.2文明建设管理

站点项目经理是第一个对安全文明生产和环境保护负责的人。所有水平的水平和工作人员的所有功能部门管理、安全生产和环境保护,同时基于应该负责的原则,而且各自的商业范围内安全文明生产和环境保护的要件有责任。

安全管理办公室为了确保安全，可以进行安全、文明的生产和环境保护管理的日常管理。建设事业组,安全、文明的生产和球队的环境保护责任设定有专职安全管理人员,建设球队,安全文明生产和保护环境的好工作,为了球队为了支持兼职安全管理人员必须设定。严格遵守安全环保管理制度，严格遵循本措施的建设要求。

4.3环境保护和水保护措施

在建设期间，项目必须遵守国家和地方有关环境保护的法律、法规和规章，以及业主和监督部门的相关规章和管理措施，遵守环境保护和合同的有关条款。

在建筑工地和生活场所设置适当的卫生设备，临时工作人员分配适度清洁的建筑废弃物和生活废弃物，并将其运送到垃圾场或所有者和监督者指定的场所进行无害处理。为了在建设和生活领域保持良好的环境卫生。

5结束语

项目部负责安装的电站1#～3#机座环、基础环安装现已全部完成，均已达标验收，安装过程安全、顺利，质量技术符合规定要求。

6参考文献

[1] 曹积民. 分瓣座环的现场焊接及变形监控[J]. 水电站机电技术. 1994(03)

[2] 何昊.大型水轮机座环现场车削加工工艺[J].中国高新科技. 2021(13)

[3] 杨广渝,杨东,童凡. 卡洛特水电站座环加工工艺研究[J]. 人民长江. 2020(S2)

[4] 冉德华.广西龙滩水电站座环安装及特点[J]. 四川水力发电. 2007(05)

[5] 王志栋. 水口水电站座环安装[J].水电站机电技术. 1996(02)

姓名：史永轩

出生年月：1985年9月

性别：男

民族：汉族

籍贯（**省**市）：河南省舞阳县

学历（位）：大学本科

职称：工程师

研究方向：机电安装技术