水电站立式水轮机组尾水肘管斜向布置的安装控制工艺分析

水电站立式水轮机组尾水肘管斜向布置的安装控制工艺分析

叶润涛

东莞市永明水电安装工程有限公司广东省东莞市523290

摘要：水电站立式水利轮机组尾水肘管的安装和故障排除，对于水电站的工作效率具有十分重要的影响。本文通过工程案例分析的方式，对安装和调试过程中的控制工艺进行了分析。首先，简单概述了工程项目的基本情况；随后，分析了其中存在的问题以及问题产生的原因；最后，探究了具体的安装控制工艺，希望能为该领域关注者提供有益参考。

关键词：水电站；立式水轮机组；肘管；斜向布置

引言：随着我国国民经济的发展以及科学技术水平的提升，国内水电站的管理工作，尤其是系统内部设备的安装和调试等方面，得到了社会各界的广泛关注。水电站立式水利轮机组尾水肘管的安装和质量控制，是水轮发电机组安装中的重要环节。尾水肘管的安装和质量，会直接影响到机组的振动、空蚀和出力情况。

一、工程概况

某地区的水电站水力发电机组的型号为SF100-32/8250，水轮机的型号为HLD257-LJ-367.5，该型号的水电机组是由我国东方电机厂制造。额定水头为80m，吸出高程为-6m，效率为91.92%。电站一次主接线采用了发变组单元的形式，经过三台主变升压之后，电能会被传送到220kV的双母线当中，之后再由三条220kV的线路，接入到系统当中，分别被送到区域内部的多个变电站中[1]。

二、存在的问题及原因分析

（一）存在的问题

机修小组在日常工作中，例行对该水电站当中的2号机组进行检查，发现该机组尾水肘管和混凝土连接部分存在部分钢板剥落问题。剥落部分呈现出撕裂状，围绕在整个洞壁周围。其中仅有四分之一保持完好，其余部分最大剥落宽度达到了1.2m，平均剥落达到了0.7m以上。管壁下方的锚杆在长期的使用中，已经被水流冲掉。尾水肘管是由钢板焊接成的整体，剥落部分的钢板残留部分已经明显翘起，管壁下方的混凝土受到了水流的强烈冲击，已经明显地影响到了机组整体的安全性和使用效率，需要进行妥善地处理[2]。破损的具体情况如下图所示：

图1机组尾水肘管破损示意图

（二）原因分析

上述问题得到了当地水电站管理部门的高度重视，在较短的时间内组织了专家团队，对2号机尾水肘管的撕裂情况进行了现场勘查，并且召开了专题会议，对出现此种问题的具体原因进行了系统分析，经过了密切商讨提出了如下意见：经过现场勘查，发现2号机组尾水肘管撕裂钢板的后壁混凝土位置，没有出现蜂窝状，位置也没有在钢板的焊接处。对此，专家提出，2号机组尾水肘管钢板撕裂的主要原因是混凝土不密实，也有可能是机组AGC运行时，负荷调节较为频繁导致的。机组尾水肘管钢板的薄弱位置，长期在水流的冲刷作用下，出现了严重的撕裂现象。进而导致了此类问题产生。此外，2号机组尾水肘管的焊接质量较差，锚筋数量较少，机组尾水肘管末端的钢板和混凝土在对接时，没有进行封口，也会导致钢板出现明显撕裂。

三、安装控制工艺

为了解决机组尾水肘管的撕裂问题，需要对其进行重新安装施工，在安装控制时要需要遵守相应的施工原则，合理地选择施工方案。

（一）施工原则

在明确了该水电站机组尾水肘管问题和处理需求之后，根据重新复核的2号机组尾水肘管受力情况和水电站现场的施工条件，制定了《某水电站2号机组尾水肘管钢衬修复施工方案》。根据拟定的施工方案，要求尽可能不要损伤原本的混凝土衬砌以及其他主体受力结构，以此为原则全面恢复原本的技术状态，同时延长机组整体的耐久性[3]。

（二）施工方案选取

1钢衬切割

2号机组尾水肘管损坏的部分最宽为1.2m，最窄为0.7m，要将损坏的部分使用氧割的方式割齐。沿着钢衬位置进行切割，可以形成一条U形槽，深度控制在13cm、宽度为10至15cm。锁口钢板为1.6cm厚，宽度为12cm，将其嵌入到U形槽内部，可以将钢衬相接处进行满焊。锁口钢板的长度为60cm至120cm，宽度为12cm，在进行焊接之前，要将钢衬边缘和锁口钢板的边缘打磨成为陂口，满足吻合标准。在槽内钻孔当中，插入直径为2.5cm的II级锚杆，将锚杆和锁口钢板进行焊接固定，增强U形槽内的环氧砂浆体和衬砌混凝土粘结的可靠性，将U形槽用环氧砂浆进行封堵。

2钢板封锁

进行钢板封锁，将钢衬和混凝土衬砌之间存在空鼓的部位，以及钢衬恢复的部位进行化学灌浆，从而彻底地消除空鼓问题。化学灌浆操作中，可以采取灌浆孔或者灌浆管的方法。在每一层施工中，根据钢衬脱空检查的具体情况，明确分区布置灌浆孔的方法。环周孔间距30cm至50cm左右，面积较小的单个灌浆区域最少需要钻孔两个，分别作为进浆管和排气管的位置。灌浆孔进浆管和排气管要使用ф1.5cm、长度为15cm的镀锌管。对灌浆孔的通畅性进行排查，对焊接进浆和排气管进行检查，有利于减少施工失误。检查时，可以利用施工现场压缩空气法进行灌浆孔吹洗，排除管内的灰尘杂质和积水。

3焊接修补

在对机组尾水肘管进行焊接操作时，工作小组的技术人员，采用了国产CHE507型号的焊条，利用手工直流焊机进行焊接操作。将焊条烘烤使温度达到350℃至400℃，保温控制120℃左右。在进行焊接操作时，主焊缝由六名施工人员进行分段对称焊接。分段长度为50cm，共分三次焊满。针对局部间隙过大的焊缝，要采取长焊施焊工艺；对于局部错牙较为明显的问题，要先进行矫正，如果矫正无效可以采取焊缝施焊处理；对于个别焊缝来说，可以在背缝位置贴上扁钢，主缝进行单边堆焊。在这一过程中，要注意扁钢不能去除。根据水电站的实际需求，在所有的焊缝位置均采用了焊缝背面清根操作。在对缺陷进行处理时，将可以采取Y型施焊处理方式。

4定位安装

定位安装时，机组尾水肘管两侧需要进行钢墙支撑。因为机电安装中，混凝土交面没有浇筑侧墙，增加了机组尾水肘管安装的难度，所以专家组提出了可以采取机组尾水肘管两侧钢墙支撑的方法，减少安装的阻力。根据水电站立式水轮机机组的设计需求，结合当地的实际情况，施工小组的工作人员，采取了增设测量控制网点的方法。测量放出2号机组当中的纵深方向的控制点和高程控制点，根据图纸设计要求，放出机组尾水肘管实际中心，画出尾水管的坐标系。利用四个可承载5吨的导链吊装肘管端，便于随时对其进行调整。根据每个肘管段的实际尺寸，在进水口方向放出本体中心，再对中心和高程进行调整，按照实际的需要进行焊接和加固。尾水肘管的安装操作，要满足进口设计的圆度、设计高程、机组轴线的同心度等，同时还要满足肘管出水口水流方向和设计的高程，确保足肘内部流到光滑顺畅。在安装时，如果前三节肘管的底部出现了“鱼背”现象，整体上表现出小波浪形，则需要进一步仔细检查，避免在安装之后再次出现质量问题。

总结：综上所述，水电站立式水轮机组尾水肘管的安装和控制，对于水电站整体的运行状态和工作效率等方面，都有着重要的意义。相关领域的工作人员在实际的工作中，要充分地认识到该环节所产生的作用。严格地按照施工控制管理原则，进行机组尾水肘管安装和控制操作。此外，在进行施工工艺选取和施工方案的制定中，同样也要遵循科学发展的原则，进行钢衬切割、钢板封锁、焊接修补和定位安装。

参考文献：

[1]李胜.九里沟水电站立式水轮机导轴承和主轴密封的技术改造探索[J].中国水能及电气化,2018(06):29-32.

[2]杜芝鹏.立式水轮机水导轴承轴瓦结构分析及其工艺研究[J].东方电气评论,2017,31(03):47-51.

[3]唐晓凤.关于立式水轮机导水机构端面密封形式的介绍[J].科技风,2014(08):11.