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蜗壳安装方案
金沙江龙开口水电站
机电设备安装工程
(合同编号:
LKK/C4)
水轮机蜗壳安装施工方案
中国葛洲坝集团机电建设有限公司西南机电安装处
龙开口机电安装项目部
2011年1月11日
批准:
审查:
校核:
编制:
一概述
1.1工程范围
龙开口水电站5台机蜗壳为钢板焊接结构,蜗壳瓦片在工地现场拼装,以整体管节的形式交货。
我方负责交货之后的运输、吊装、焊接和防腐工作。
1.2蜗壳简介及主要工程量
1.2.1蜗壳简介
龙开口水电站机组引水压力钢管道内径10m,采用单元供水的方式由单条压力钢管引水通过蜗壳导流后进入转轮。
单台蜗壳由36节组成,钢板厚度为δ30~δ50mm的B610CF高强钢材料。
蜗壳进口延伸段与压力钢管的焊缝由我方负责在现场进行焊接。
我部根据蜗壳装配图对蜗壳管节重新进行了编号,以进口断面焊缝编号为其管节号,例如第30断面和第29断面之间的管节以进口断面第30断面为其管节号,即第30节。
蜗壳延伸段第33节最低高程处设置了一个DN400的不锈钢球阀用于机组检修时压力钢管和蜗壳内积水的排出。
蜗壳第35节布置了一个供厂房技术供水的DN600取水口。
单台机蜗壳共11处设有测进口水压和流量的不锈钢测头。
蜗壳-Y方向第20节斜下方装有直径为Φ600mm的外开铰接式进人门。
蜗壳支撑设计为混凝土支墩,中心安装高程为▽1214.000m。
1.2.2蜗壳工程量
蜗壳单管节内径均为变截面,单台蜗壳的安装工程量为487.5t,未计内支撑重量。
工程量统计详见表1.2。
表1.2蜗壳各管节工程量
管节号
最大外形尺寸(mm)
单节重量(kg)
毛重(kg)
管节号
最大外形尺寸(mm)
单节重量(kg)
毛重(kg)
1
φ3138
4721
5599
19
φ8798
13412
14168
2
φ3717
5510
6445
20
φ8967
14547
16169
3
φ4226
6100
7082
21
φ9172
14314
15086
4
φ4685
6520
7540
22
φ9349
14805
15578
5
φ5116
6945
7996
23
φ9517
14517
15289
6
φ5521
7281
8080
24(凑合节)
φ9618
15041
17032
7
φ5906
7706
8519
25
φ9697
16105
16863
8(凑合节)
φ6271
7907
9067
26
φ9755
16412
17184
9
φ6625
8680
9515
27
φ9809
16534
17310
10
φ6972
9129
9792
28
φ9866
16219
16984
11
φ7241
9256
9940
29
φ9923
16221
16990
12
φ6488
10266
10952
30
φ9973
16491
17267
13
φ7718
10305
11003
31
φ10374
19029
19801
14
φ7928
10558
11273
32
φ10409
19742
20506
15
φ8124
10821
11545
33
φ10446
23282
24041
16(凑合节)
φ8303
11440
13059
34
φ10223
27052
27742
17
φ8478
12720
13459
35
φ10000
26471
27391
18
φ8644
13166
13915
36
φ10000
14495
15176
1.3蜗壳安装主要质量要求
1.3.1编制依据
(1)合同文件
《金沙江龙开口水电站机电设备安装工程招标文件(LKK/C4)》。
(2)规程规范
《水轮发电机组安装技术规范》GB/T8564-2003;
《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》GB8923-1988;
《埋弧焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》GB986-1988;
《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本型式与尺寸》GB985-1988;
《碳素结构钢》GB/T700-2006;
《低合金高强度结构钢》GB/T1591-2006;
《水电水利工程金属结构设备防腐蚀技术规范》DL/T5358-2006;
《电力建设施工及验收技术规范》DL/T5069-1996。
(3)厂家资料
厂家图纸:
蜗壳装配(Z1a000812)、蜗壳进入门装配(Z1a000851);
厂家安装说明书:
云南龙开口水电站水轮机及其附属设备安装说明书(0EA.412.550);
龙开口水轮机蜗壳工地装焊工艺守则(0637-251)。
1.3.2蜗壳安装主要质量要求
(1)蜗壳安装的允许偏差应符合表1.3-1要求。
表1.3-1蜗壳安装允许偏差单位为毫米
序号
项目
允许偏差
说明
1
直管段
中心
到机组Y轴线的距离
0.003D
D-蜗壳进口直径。
以钢管管口为基准,中心偏差不应超过蜗壳板厚的15%。
高程
5
2
最远点高程
15
3
定位节管口倾斜值
5
4
定位节管口与基准线偏差
5
5
最远点半径
0.004R
R-最远点半径设计值
6
管口节高
0.002H
H-管口节高(断面直径)(属核对项目)
(2)蜗壳焊接应符合下列要求:
蜗壳各节间、蜗壳与座环连接的对接焊缝间隙一般为2mm4mm,过流面错牙不应超过板厚的10%,但纵缝最大错牙不应大于2mm,环缝最大错牙不应大于3mm;焊缝坡口局部间隙超过5mm处,其长度不超过焊缝长度10%,允许在坡口处作堆焊处理。
1.3.3蜗壳各断面控制尺寸参数
蜗壳各断面控制尺寸参数见表1.3-3。
表1.3-3蜗壳各断面安装控制尺寸表
控制项目
断面号
R
Re
H0
H1
断面中心到座环中心距离(mm)
端面最远点半径(mm)
最低点高程(m)
最高点高程(m)
0
6911
8406
1211.612
1216.388
1
7296
9090
1211.275
1216.725
2
7592
9669
1211.011
1216.989
3
7852
10178
1210.801
1217.199
4
8085
10637
1210.628
1217.372
5
8302
11068
1210.481
1217.519
6
8505
11473
1210.355
1217.645
7
8698
11858
1210.242
1217.758
8
8880
12223
1210.145
1217.855
9
9056
12577
1210.058
1217.942
10
9229
12924
1209.975
1218.025
11
9366
13193
1209.876
1218.124
12
9493
13440
1209.761
1218.239
13
9611
13670
1209.650
1218.350
14
9719
13880
1209.555
1218.445
15
9820
14076
1209.468
1218.532
16
9912
14255
1209.384
1218.616
17
10001
14430
1209.309
1218.691
18
10086
14596
1209.238
1218.762
19
10165
14750
1209.168
1218.832
20
10250
14919
1209.116
1218.884
21
10350
15124
1209.098
1218.902
22
10437
15301
1209.072
1218.928
23
10521
15469
1209.052
1218.948
24
10572
15570
1209.002
1218.998
25
10613
15649
1208.964
1219.036
26
10643
15707
1208.936
1219.064
27
10671
15761
1208.910
1219.090
28
10700
15818
1208.882
1219.118
29
10729
15875
1208.854
1219.146
30
10755
15925
1208.830
1219.170
31
10737.03
1208.813
1219.187
32
10719.05
1208.795
1219.205
33
10700
1208.777
1219.223
34
10700
1208.889
1219.112
35
10700
1209.000
1219.000
36
10700
1209.000
1219.000
二施工准备及布置
2.1施工准备
(1)在一期混凝土浇筑时,按照图纸要求预埋加固锚环及安装调整基础板。
(2)根据上报后批复的最终此方案,组织全体施工人员、技术人员进行技术安全交底工作,严格按照施工方案中的施工工艺要求以及安全作业指导书进行施工。
(3)根据座环的实测中心,在座环上、下过渡板以及周围混凝土上分别放出蜗壳各节挂装的安装控制点并标记;在过渡板标记出蜗壳每一个管节的分度线。
(4)足够施工材料、工器具、安全防护材料的配置,制作和搭设蜗壳安装平台,并做好安全防护措施。
(5)安装前对蜗壳各管节进行认真清扫,焊好吊装吊耳,并检查其外形尺寸应符合图纸要求。
(6)座环安装加固完成并通过验收,经监理同意后方可进行蜗壳安装相关工作。
(7)蜗壳安装前,将施工所需的电源、气源、焊机、工具柜等吊入机坑,置于座环内的工作平台上。
(8)施工部位应配备足够的消防灭火器材,严防火灾发生。
(9)预参与蜗壳焊接的焊工到场后,按监理要求开展相关培训以及焊接考试,通过考试的焊工持证上岗参加蜗壳焊接工作。
2.2施工布置
(1)安装平台布置
座环安装加固完成后,分别先后布置下层、上层蜗壳安装钢平台。
下层安装钢平台布置于底环安装面,此平台主要布置有:
2个配电柜、24台电焊机、2台温控柜、2台焊条烘箱、加温用加热板和回收的焊条头的置放区。
上层钢平台分成两瓣布置于顶盖安装面,两瓣中间留有吊物孔。
此平台主要布置有:
电焊机、空压机、氧气、乙炔和工具柜等。
此外上下两层平台由自制钢楼梯相连通。
平台布置见图2.2-1、2.2-2。
图2.2-1蜗壳安装平台示意图
图2.2-2蜗壳安装平台示意图
(2)蜗壳挂装安全平台布置
蜗壳挂装安全平台在蜗壳挂装的过程中逐步搭设,平台用脚手架管搭设,各层铺满竹跳板,外围用安全网整体防护起来。
挂装平台布置见示意图2.2-3。
图2.2-3蜗壳挂装安全平台示意图
(3)施工用电、用气布置
蜗壳安装30台焊机同时使用功率约750KW,拟从施工用箱式变压器引1根3×150+1×70动力电缆分别接至下层安装平台上的1个配电柜中,再用3×120+1×50的动力电缆接至另外2个配电柜中。
施工用气由2台0.9m3/min空压机提供。
三施工工艺及主要技术措施
3.1施工工艺流程
3.1.1蜗壳安装工艺流程
蜗壳安装的主要工艺流程见图3.1-1。
图3.1-1蜗壳安装工艺流程图
3.1.2蜗壳挂装流程
根据图纸,我部拟以舌板(第1节)、第12节、第20节、第30节为定位节,从以上4个定位节开始挂装,挂装时尽可能对称挂装,以避免座环受力不均。
凑合节为第8节、第16节、第24节。
具体挂装顺序为(参照图3.1-2):
(1)以舌板(第1节)为定位节,逆时针依次挂装至第7节;
(2)以第12节为定位节,向两侧分别挂装至第9节和第15节;
(3)以第20节为定位节,向两侧分别挂装至第17节和第23节;
(4)以第30节为定位节,向两侧分别挂装至第25节和第36节;
(5)以上
(1)~(4)挂装应对称进行,环缝焊接完成后,对称安装第8节、第16节、第24节凑合节。
图3.1-2蜗壳挂装顺序图
3.2蜗壳运输与吊装
(1)蜗壳管节重量按毛重(见表1.2)考虑,我部拟对重量较轻(净重小于15t)的第1~24节采用M900塔机进行吊装,重量较重的第25~36节采用3#缆机进行吊装。
尾水塔机中心线距机组中心线的距离为51.5m,塔机荷载特性见图3.2。
(2)若尾水开始开挖施工或下游墙浇筑高度影响无法利用塔机吊装时,则全部运至缆机平台用缆机进行吊装。
图3.2塔机荷载特性图
(3)第1~24节蜗壳运输时,利用15t平板车或40t平板车,用1台50t和1台25t吊车进行装车。
运输线路为:
蜗壳堆放场→右岸上坝公路→尾水平台。
第25~36节蜗壳运输时,利用40t平板车,用1台50t和1台25t吊车抬吊进行装车。
运输线路为:
蜗壳堆放场→右岸上坝公路→缆机平台。
(4)管节装车绑扎时,应用2台10t导链收紧固定钢丝绳,防止溜车事故发生。
(5)蜗壳运输至缆机平台或尾水平台后,用缆机或塔机进行卸车。
(6)在缆机平台或尾水平台将蜗壳翻身竖立后进行吊装,对尺寸较大的管节用50t吊车抬吊协助翻身。
(7)相关运输安全措施参照《设备运输与吊装安全作业指导书》执行。
3.3蜗壳挂装
根据蜗壳各节方位角度计算出测量点线图,在机坑内用全站仪测放到地面上,并作好标记,作为蜗壳挂装测量控制点。
蜗壳挂装时先挂装定位节、再对称挂装其余各节,最后挂装3个凑合节。
3.3.1蜗壳定位节挂装
定位节挂装程序:
检查过渡板及蜗壳管节的开口尺寸→定位节挂装→调整→验收→支撑固定。
使用30t缆机或M900塔机进行蜗壳管节吊装,将定位节吊装到位,调整管节进水边的垂直平面度,采用挂线锤的方法测量其垂直平面度(控制在5mm以内);调整该节进水边的腰线高程与固定导叶中心平面一致,偏差控制在±5mm以内;调整该节进水边最远点到机组中心线的距离,与设计值R的偏差控制在±0.004R以内,调整合格后,在定位节外缘用千斤顶支承,在适当位置使用槽钢进行支撑,加强蜗壳、座环的稳固性,按工艺要求将管节与环板点焊。
3.3.2蜗壳其它管节挂装
蜗壳其余节挂装时以定位节为基准,按蜗壳挂装顺序依次挂装其余管节。
蜗壳其余节的挂装方法和要求与定位节基本相同,按挂装→调整→验收→支撑固定的程序进行挂装。
按蜗壳挂装顺序按逆时针或顺时针方向依次挂装其它蜗壳管节,每个方向挂装的管节数量将根据所挂的蜗壳重量加以控制和调整。
3.3.3蜗壳挂装一般技术要求
(1)任何与蜗壳母材相关的焊接(包括点焊)前必须进行预热,调整工具使用后必须用割枪割除(严禁用大锤),严禁割伤母材。
(2)每节管节运抵现场后,将开口等分3个点,分等份对应测量开度值;同样方法测量座环过渡板的开度值;两组值进行比较,从而确定上下纵缝的间隙,对可能存在的间隙进行预留。
(3)测量管节的环缝周长,同时测量相邻管节的周长,两个数据进行比较,从而确定环缝错牙情况。
(4)以远离定位节的断面为基准进行调整;将腰线调整到标准的高程值和半径值,再用拉紧器调整垂直度和环缝的间隙,在腰线位置用骑马板与相邻节进行固定。
(5)根据开度值的比较,可初步判断纵缝的间隙情况,将上下环缝预留出间隙后,用骑马板固定纵缝;再以腰线为准分别向两端进行压缝,仅用楔子板固定,在压到接近顶部时可进行判断,如果纵缝间隙预留过大,可将固定纵缝的骑马板打开,重新压纵缝;如果纵缝间隙预留过小,则通过错牙进行调整。
(6)环缝压好后,测量各项尺寸合格后,对环缝按工艺要求进行定位焊。
(7)蜗壳环缝间隙、错牙调整时,只允许调整或割断靠近定位节一侧的蜗壳内支撑,另一侧蜗壳内支撑不允许割断。
若蜗壳内仅有一排支撑,除了靠近过渡板开口方向的支撑外,不允许调整或配割其余蜗壳内支撑。
(8)为防止蜗壳环缝焊接应力过大,环缝错牙、间隙的调整合格后应拧紧千斤顶以使蜗壳的重量尽量转移到千斤顶上并传递到相应的混凝土上。
(9)为避免蜗壳环缝的间隙、错牙调整工作对环缝焊接的影响,应调整一条环缝后就进行焊接,该条环缝焊接结束后,方可进行下一条环缝的调整工作。
(10)保证座环水平在蜗壳的挂装过程中保持不变,蜗壳挂装时应注意座环的受力平衡,尽量采用中心对称挂装蜗壳,同时在蜗壳挂装过程中及时的安装相应的蜗壳外支撑,将蜗壳的重量尽量转移到蜗壳外支撑上。
同时,在蜗壳的挂装、调整过程中应监视座环的水平。
(11)每个挂装方向调整好两条环缝后开始焊接第一条环缝,采取边挂装边焊接的方式依次安装其它管节。
3.3.4蜗壳凑合节挂装
其它管节安装、焊接完成后,在蜗壳与座环过渡段焊接前,进行凑合节的安装。
凑合节安装程序:
测量→配割→挂装→预热→焊接(先纵缝后环缝)。
实测凑合节两侧已经装焊的瓦片的进、出水边的外周长,然后进行周长等分定点,随后测量相邻两瓦片的对应等分点间实际距离并记录。
在凑合节瓦片外圆周进行同样等分,连接对应等分点母线并依据记录数据从一侧划出母线长度,圆滑过渡连线后打冲眼。
经复测检查无误后,进行凑合节瓦片的切割和坡口加工。
挂装时如图3.3所示,先挂装底部瓦块、后挂腰部瓦块、最后挂装顶部瓦块。
图3.3凑合节挂装示意图
凑合节焊缝错牙、间隙调整时,应首先保证焊缝错牙满足要求,因此,最后一条纵缝切割时应特别注意,以防止纵缝间隙过大。
环缝、纵缝的错牙、间隙调整合格后方可依次进行纵缝、环缝的焊接。
为防止纵缝焊接时环缝错牙增大,纵缝焊接时应控制其角变形。
蜗壳延伸段有2节与舌板相贯,在挂装这两节蜗壳以前,应按照舌板形状在蜗壳延伸段相应位置放样出相贯线,配割时留有5~10mm余量,挂装时根据实际情况进行修割。
3.4蜗壳焊接
3.4.1蜗壳焊接顺序
管节之间的环缝焊接→凑合节纵缝焊接→凑合节环缝焊接→蝶形边焊接→蜗壳与钢管间凑合节纵缝、下游环缝、背板单边焊缝焊接→蜗壳砼浇筑完成并在保养期过后,焊接凑合节封闭环缝→锥管封闭缝焊接。
3.4.2对施工现场的要求
(1)施工现场应符合要求,应能避风避雨,防火防触电;
(2)现场保证风、水、电和照明的安全供应;
(3)现场应有足够的消防用具,各种扶梯应安全可靠;
(4)所需材料、工具、工装和焊接、铲磨、焊条烘干及保温、消应振动、探伤、起重设备应准备齐全。
3.4.3焊接材料要求
(1)蜗壳现场焊缝全部采用手工电弧焊接。
(2)点焊和正式焊接的焊条和焊接规范相同,点焊要牢固,无缺陷。
(3)施焊前,焊条必须进行烘焙,烘焙温度为350℃~380℃,烘焙时间2小时,当温度降至150℃时再转入100℃~120℃保温箱内保存,焊条应按JB3228《焊条质量管理规程》进行管理、发放和使用。
(4)焊工每次携带的焊条为50~80根,并存放于供电的保温筒内,随用随取。
(5)使用后剩余的焊条应存入干燥箱内再次烘焙后才准使用,重复烘焙次数不能大于3次。
3.4.4蜗壳焊接一般要求
(1)参加焊接的焊工必须具备焊接资格认证且在有效期内,在开始焊接前应组织焊工进行考试,经考试合格的焊工方能够持证上岗。
(2)焊前应检查焊缝的错牙、间隙满足规范要求。
(3)清除组合缝坡口表面及其两侧50mm范围内的铁锈、油漆、熔渣、油污和水分等,直至露出金属光泽。
(4)焊接施工地点必须符合以下条件:
相对湿度不大于90%;对于手工电弧焊,风速不大于10m/s;焊接场地照明充足。
(5)焊接时采用直流电源,短弧焊接,以窄道焊为宜。
(6)对蜗壳的所有现场焊缝进行预热,预热温度为80℃~100℃,舌板与过渡板焊缝的预热温度为100℃~120℃,采用电加热板进行预热,预热范围为组合焊缝两侧各大于100mm的区域内。
(7)在焊接过程中控制层间温度≤220℃。
(8)凑合节纵焊缝、舌板与过渡板焊缝、蜗壳与过渡段焊缝焊接完成后立即进行250℃×2.5h的后热消氢处理。
(9)焊接过程中必须用塑料布和石棉布保护好机加工过的孔或面。
(10)焊缝宜连续焊接完成,若中途停止焊接,则必须采取保温措施,恢复施焊时应达到预热温度要求。
(11)焊接时上下对称、均匀焊接。
打底焊接时必须采用小电流焊接。
焊接时为减少变形,应采用分段、对称、退步、窄道焊的工艺。
(12)多层多道焊接时,各层的焊接接头应错开30~50mm。
(13)每焊完一道,应清渣一次并作检查,如发现缺陷应及时清除,修补后再作检查,不允许带缺陷进行下一步操作。
(14)先焊接大坡口侧的正面焊缝,正面焊缝在焊接至坡口深度的1/2后,即用碳弧气刨进行背面焊缝的清根,清根后必须使用角磨机铲磨渗碳层和淬硬层。
对背缝进行MT探伤检查确认刨槽内焊缝无缺陷后再进行背缝的焊接。
(15)蜗壳焊缝焊接规范如表3.4-1所示。
焊接时焊条的摆幅宽度为其直径的3~4倍,焊缝的每层厚度约为5mm。
表3.4-1蜗壳焊缝焊接规范(GBE6015-G焊条)
焊条直径(mm)
电压(V)
平横焊电流(A)
立焊电流(A)
仰焊电流(A)
焊接速度(mm/m)
φ3.2
21~24
100~150
80~120
90~130
60~200
φ4.0
22~25
140~200
120~170
130~180
60~200
(16)除打底层和盖面层外,其余每焊完一层均要用风铲进行锤击振动消应处理。
(17)焊后清除临时工艺支撑后,应对该部位进行修磨,并作PT检查。
3.4.5蜗壳焊接方法
(1)定位焊
定位焊必须采用与正式焊接相同的焊接工艺、焊接规范以及安排合格焊工进行焊接。
在焊缝上每隔400mm~600mm定位焊一段,每段定位焊长度约为100mm~150mm,深度10mm~20mm,必须不中断一次焊接完成。
目视检查定位焊焊缝,若有任何缺陷,如裂纹、气孔等必须在焊接正式焊缝前采用打磨的方法彻底去除。
(2)蜗壳环向焊缝焊接
安排6~12名合格焊工对称、同时地进行环向焊缝的焊接,焊接顺序如图3.4-1所示。
正式焊接时,采用多层多道、对称、分段退步焊接。
焊前预热温度为80℃~100℃。
从大坡口一侧开始焊接,焊接至坡口深度的1/2后,进行背缝的碳弧气刨清根、打磨和焊接,背缝焊接完成后再进行正缝的焊接,直到全部焊接完成。
图3.4-1蜗壳环向焊缝焊接顺序示意图
(3)蜗壳凑合节焊缝焊接
焊接顺序:
纵缝→第一条环缝→第二条环缝。
凑合节纵缝和第一条环缝的焊接与蜗壳其它纵缝、环缝的焊接方法、要求相同。
凑合节第二条环缝的焊接为封闭焊接,应力较大,打底焊使用直径为φ3.2mm的焊条,并且应连续焊接完成,焊接时采用锤击的方法消除应力(打底层和盖面层除外),锤击时,锤头应磨圆形,其圆弧半径不应小于1.5~3mm
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