水轮机筒形阀的安装和调试方法

摘要

本发明公开了一种水轮机筒形阀的安装和调试方法，涉及水利水电工程中的水轮机领域，通过在焊接过程中，适时测量每对测点间距，并根据测量结果调整焊接参数，以及改进的吊装工艺，保证了筒体安装过程中的圆度，以及将焊接过程中筒体的变形控制在合理范围内；通过改进现有的安装工艺，使得青铜导向板与筒体间隙得以保证，经检验，本发明的筒形阀安装时间短，安装之后运行可靠、灵敏，取得了良好的技术效果。

说明书

技术领域

本发明涉及水利水电工程中的水轮机领域，特别是一种水轮机筒形阀的安装和调试方法。

背景技术

筒形阀不同于一般传统的水轮机主阀—蝶阀或球阀。蝶阀或球阀装在蜗壳进口端，筒形阀是水轮机的一种新型进水阀，筒体位于座环固定导叶与活动导叶之间，依靠焊在固定叶上的导向板导向。采用筒形阀可以降低电站建设的总投资，减少厂房尺寸，其操作灵活，方便，对承担峰荷和腰荷的机组更为有利；而且，筒形阀关闭时间短，对水轮发电机组起到了更有效的事故保护作用。大型机组的蝶阀或球阀，动水关闭时间规定为2~3min，而筒形阀可在≤60s的时间内关闭。筒形阀对保护水轮机流道，减轻流道空化、泥沙磨损效果好，从而延长机组的大修期限。降低了电站的维修费用。由于筒形阀的种种优点，使得其近年来得到了较多的应用。然而，由于筒形阀尺寸较大，安装过程中对精度的要求很高，因此，在目前的筒形阀安装过程中很容易出现筒体圆度和垂直度不合规范，焊接中变形过大；另外，目前的安装工艺中，导向板焊接工艺并不成熟，其与筒体的间隙度难以保证。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种水轮机筒形阀的安装和调试方法，可以克服筒形阀安装中的技术难点，控制筒形阀的安装精度，提高安装工作效率，节约工期，降低安装成本。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种水轮机筒形阀的安装和调试方法，包括以下步骤：

1）筒体的组合与焊接，

多瓣的筒体吊放支墩上，调平，筒体筒体之间先采用螺栓把合，并打入定位销钉，分瓣的焊缝两侧内圆面和外圆面成对设置上端测点和下端测点，内外同时对称焊接，根据每对上端测点之间、每对下端测点之间间距和焊缝两侧内直径，适时调整焊接顺序；

2）筒体与顶盖套装，

3）直缸接力器的安装；

4）筒形阀预装与导向板焊接，

筒体与顶盖一起参加导水机构预装，当顶盖位置确定时，测量抗磨板与固定导叶之间的间隙，测量固定导叶的垂直度，按上述实测间隙值配刨导向板，导向板的厚度应为该实测间隙值减去抗磨板与导向板的设计间隙；

将配刨好的导向板切割成2—4段，分段间对接缝单侧开45°坡口，对接口间隙为8±0.5mm，分别在座环的对称的两个固定导叶上，同时施焊。按固定导叶依次对称进行，导向板的焊缝按设计顺序焊接；

5）同步机构及指示装置的安装；

6）上、下密封的安装；

通过上述步骤安装筒形阀筒体，其圆度和垂直度、导向板与筒体的间隙度符合设计规范。

优化的方案是，分瓣的筒体就位于支墩上后，应调整其上法兰面水平误差不超过0.05mm/m，筒体组合成整体后,测量筒体上、下法兰面圆度，圆度误差不超过3mm，圆柱度误差不大于1 mm，垂直度误差不大于0.10mm/m。

优化的方案是，筒体焊接前将筒体分瓣面焊缝及其附近50mm范围内预热到50～80℃。

优化的方案是，所述的筒体与顶盖套装步骤中，首先起吊顶盖，调平，根据装配刻线插入筒体内，当顶盖法兰下面的限位凸台与筒体上端面相距3—5mm时，顶盖停止下落，筒体与顶盖固定。

优化的方案是，筒体与顶盖之间的固定方法为，用支墩将顶盖支撑住，从顶盖法兰上面穿入工艺螺栓到筒体上端面相应螺孔内，转动工艺螺栓，将筒体提起，与顶盖固定。

优化的方案是，所述的导向板材质为青铜，采用φ4.0mm铝青铜焊条点焊导向板，焊条焊前经250℃，2小时烘陪后，放于焊条保温筒内，导向板的焊缝采用非熔化极氩弧焊方法，用ф3.00mm青铜焊丝焊接。

优化的方案是，在所述的导向板上开有泄气孔。

优化的方案是，导向板的焊缝焊接的顺序为，首先焊接对接缝，立缝焊接由右向左，由下到上，接着焊接下段仰角焊，然后焊接上段平角焊，最后焊接泄气孔。

优化的方案是，所述筒体材质为马氏体不锈钢。

本发明提供的一种水轮机筒形阀的安装和调试方法，保证了筒体安装过程中的圆度，以及将焊接过程中筒体的变形控制在合理范围内；通过改进现有的安装工艺，使得青铜导向板与筒体间隙得以保证，经检验，本发明的筒形阀安装时间短，安装之后运行可靠、灵敏，取得了良好的技术效果。

附图说明

图1是本发明中水轮机筒形阀的局部结构示意图。

图2是图1中A处的局部放大图。

图3是图1中B处的局部放大图。

图4是本发明中筒体焊接测点的布置示意图。

图5是本发明中筒体与顶盖套装的结构示意图。

图6是本发明中导向板焊接的主视图。

图7是本发明中导向板焊接的侧视图。

图中，1、筒体，2、活动导叶，3、固定导叶，4、顶盖，5、底环，6、直缸接力器，7、阀门空腔，8、导向板，9、上部密封，10、下部密封，11、泄气孔，12、限位凸台，13、导向块，14、支墩，15、抗磨板，16、不锈钢段，17、上端测点，18、下端测点。

具体实施方式

为能进一步了解本发明的内容及特点，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1—图3所示，筒形阀的典型结构包括四大部分：

动力部分——由六个直缸接力器6、同步机构和操作系统组成，其中同步机构及操作系统图中未示出，为现有技术中构造；

阀体部分——布置在活动导叶2与固定导叶3之间的筒体1，筒体外圆面与座环固定导叶上的导向板8相对应部位焊有不锈钢抗磨板15，筒体1与上、下部密封接触部位焊有不锈钢段16；

导向部分——由焊在筒体1上的抗磨板15和焊在固定导叶3出水端的导向板8组成；

密封部分——由装在顶盖4上的上部密封9和装在底环5上的下部密封10组成。

筒形阀不是一个独立的设备，而是导水机构的一个组成部分，即部件。因此，筒形阀参加导水机构预装，并在导水机构正式安装后组装完毕。筒形阀在安装过程中按照以下步骤顺序实施：

1、阀体的组合与焊接。

筒形阀筒体一般采用ASTMA516Gr钢钢板卷制而成，在本例中分两瓣制造、运输，根据筒形阀直径，筒体1也可以是多瓣，例如三瓣、四瓣。工地组合焊接成整体，然后与顶盖4连接。为了尽可能减小运输过程中的变形，应对筒体1加焊内部支撑，并制造专用运输台架。筒体1的组装需要一块组装平台。

分瓣筒体1到货后，吊放在组装平台上，对筒体1进行全面清扫、除锈，修磨组合面高点、毛刺，然后割除筒体1内部支撑及运输支架。在组装钢平台上沿筒体1外圆的圆周布置六个支墩14，高度700±5mm，支墩14上布置楔子板，调整楔子板顶面高程一致。将清扫后的两瓣筒体1吊放在支墩14上进行组合，检查组合面间隙和错牙满足要求后，对称紧固组合螺栓，螺栓紧度符合设计要求。分瓣筒体就位于支墩14上后，应调整其上法兰面水平误差不超过0.05mm/m。

筒体1组合成整体后,测量筒体1上、下法兰面圆度，筒体1圆度误差不超过3mm，筒体1圆度超标时，使用调圆架对筒体1进行调整，直至圆度符合要求。

对称均分16点测量调整筒体1上平面的水平度误差，应在0.04㎜/m以内,总的水平度误差不大于0.3mm。均分16点测量筒体1上、下端面高差，检查筒体1上、下端面的平面度误差不大于0.04㎜/m，并作记录。

挂钢琴线，测量检查筒体1外侧12个抗磨板15处的圆柱度和垂直度,圆柱度误差不大于1mm，垂直度误差不大于0.10mm/m。抗磨板15圆度可采用机械方法或火焰校正法。一般需反复多次，每次测量都是在筒体1处于自由状态下进行，机械方法调整时，需松开调圆架千斤顶；火焰校正时，则需筒体1自然冷却到环境温度后。

将筒体1分瓣面焊缝及其附近50mm范围内清扫干净。如图4中，在分瓣面焊缝两侧内圆面和外圆面成对设置上端测点17和下端测点18，用以测量焊缝的收缩变形和角变形。用游标卡尺测量上端测点17之间和下端测点18之间间距，用内径千分尺测量焊缝两侧内直径，作为焊前记录。

焊前将分瓣面焊缝及其附近50mm范围内预热到50～80℃，测量上端测点17之间和下端测点18之间间距和焊缝两侧内直径，作为预热后记录。

筒体1的组焊采用手工电弧焊。筒体碳钢部分使用E5015电焊条经350℃X1h烘培，筒体上下端不锈钢段16使用A237焊条经250℃X1h烘培.焊条烘培后放入保温筒内使用，用Φ3.2mm焊条封底，Φ4.0填充盖面。

每一分瓣面焊缝，由持有合格证的两名焊工里外同时、对称焊接，采用“小范围分段退步法”焊接，分段长度350～400mm/段。在焊接过程中，每焊一层后，测量如图4中上端测点17之间和下端测点18之间间距和焊缝两侧内直径，作为记录。根据检测记录，可适时调整焊接顺序。焊接过程中要用捶击法消除残余应力，焊完后可不做后热处理，用石棉布覆盖焊缝，缓慢冷却。

筒体1焊接完成后，再次把紧组合螺栓，并将螺帽至少点焊两个方向点，然后封焊组合缝两侧的组合螺栓用的工艺通孔，用制造厂提供的钢板焊上，厚板在外侧，薄板在内侧。

所有焊缝焊接完后，对焊缝进行打磨，工作面处要与母材平齐，其余部位要求平滑过渡。焊缝按ASME APP12标准做超声波探伤，并且按ASME APP8标准做渗透检测，对超标缺陷按焊接工艺要求处理。

调整筒体1上平面水平误差在 0.05mm/m内，复测上平面的平面度误差应小于0.3mm，复测阀体圆度并作记录。测量阀体12块抗磨板的垂直度误差，应小于0.10mm/m，否则应打磨处理。

2、阀体与顶盖套装。

如图5中，制造厂在顶盖法兰下面均布焊有六个限位凸台12和导向块13。起吊顶盖4，调整水平误差不大于0.05mm/m，找出与筒体1的装配刻线。吊顶盖4于筒体1上方，将顶盖刻线对正筒体刻线，缓慢地插入筒体1内。当顶盖法兰下面的限位凸台12与筒体1上端面相距3—5mm时，顶盖4停止下落，用钢制支墩14将顶盖4支撑住。从顶盖法兰上面穿入工艺螺栓到筒体上端面相应螺孔内，转动工艺螺栓，将筒体1提起，与限位凸台12接触。这种套装方法有利于筒体1与顶盖4的调平组合。

测量筒体1与导向块13的间隙，调整筒体1与顶盖4的同轴度，允许0.4mm。同轴度调好后，把紧工艺螺栓。用0.05mm塞尺检查筒体1与限位凸台12之间的间隙，应插不进。割除导向块8并磨平。

3、直缸接力器6的安装。

六个直缸接力器6正式安装前应对单个直缸接力器6做动作试验，将直缸接力器6吊到试验平台上，分别对其上、下腔充油，直缸接力器6的动作应灵活，无卡阻现象，提升杆应不旋转，否则，应将直缸接力器6解体处理。测量并记录接力器行程，各接力器行程与设计值偏差应不大于1mm。

将试验合格的各直缸接力器6分解、清洗、检查。

将联接在一起的顶盖4、筒体1吊放在支墩14上垫放平稳，调整顶盖4的上平面的水平符合要求，在直缸接力器6的安装部位搭设合适高度的工作平台。

清扫顶盖4上直缸接力器6底座垫环安装部位，检查并修磨直缸接力器底座垫环与顶盖4结合面，将直缸接力器底座垫环与直缸接力器下缸盖把合一起并套装在直缸接力器提升杆上，用软绳起吊提升杆，将提升杆插入筒体1的通孔内，把紧下端筒体1内的特殊螺母。

在直缸接力器底座垫环周围按图纸要求装焊三个支撑板，利用支撑板上调节螺栓调整直缸接力器底座垫环、直缸接力器下缸盖与直缸接力器提升杆间隙，下缸盖与提升杆四周间隙均匀，数值满足设计要求。检查接力器底座垫环与顶盖结合面间隙，0.03mm塞尺检查，应不得通过。然后将直缸接力器底座垫环点焊在顶盖上。

将直缸接力器下缸盖与接力器提升杆拆卸后吊出，将垫环与顶盖按图纸要求焊接，焊缝做煤油试验应无渗漏。

直缸接力器底座垫环焊接后，用框式水平仪测量垫环水平应不大于0.03mm/m，否则进行打磨处理。

吊装直缸接力器下缸盖与接力器提升杆，将提升杆插入筒体的通孔内，把紧下端阀体内的特殊螺母。提升杆插入阀体的通孔过程中，套装阀体上平面水平调整垫环，把紧特殊螺母后，用框式水平仪测量提升杆垂直度，应不大于0.10mm/m，否则，修磨水平调整垫环直至提升杆垂直度合格。

直缸接力器提升杆垂直度合格后，拧紧特殊螺母，复测直缸接力器提升杆垂直度应符合要求。

吊装直缸接力器缸，并安装各相应密封圈。

吊装直缸接力器上缸盖，安装直缸接力器位移传感器。

待直缸接力器与筒体1联接好后，将筒体1上开设的窗口外侧用厂家提供的不锈钢0Cr18Ni9盖板封焊，注意封板的弧面方向。

碟簧的受力调整主要是对碟簧预压值的调整。碟簧预压值的调整应以各个碟簧的预载荷相等为基本原则，同时兼顾各个碟簧的预压值基本相等来进行。由于碟簧弹性系数误差较大，形状不规则等具体情况，在碟簧受力一致的情况下，碟簧的预压值可能是不一致的。因此应仔细挑选，对每一个碟簧进行弹性系数测试。

4、筒形阀预装与青铜导向板焊接。

筒体1与顶盖4一起参加导水机构预装。当顶盖4位置最终确定，顶盖4安装螺栓已把紧，具备钻绞顶盖定位销孔条件后测量筒体上的抗磨板15与固定导叶3之间的间隙，由于筒体在全开位置，仅能测量筒体下端与下端固定导叶的间隙，测量固定导叶3的垂直度，按固定导叶3编号，做好记录。

导向板8是厚度为15mm左右的青铜板，厚度留有2—3mm余量，以便工地按上述实测间隙值配刨。导向板的厚度应为：间隙值减去抗磨板15与导向板8的设计间隙（单边）。

据此，按实测记录配刨导向板8，打上固定导叶编号。

导水机构预装完毕，筒形阀随顶盖一起吊出机坑。

如图6、图7中，将配刨好的导向板8切割成2—4段，分段间对接缝单侧开45°坡口，对口间隙按8±0.5mm考虑。

用钢丝刷、砂布清扫固定导叶3上导向板装焊部位及其两侧20mm近缝区，清除油、锈及其它污物，直至露出金属光泽。用丙酮清洗待焊部位。

按固定导叶编号，将导向板8装于固定导叶3上，用卡具压紧，使导向板8与固定导叶3贴合（用0.05mm塞尺检查，应插不进）。

用φ4.0mm铝青铜焊条点焊导向板8，焊前经250℃，2小时烘陪后，放于焊条保温筒内，随用随取。采用手工电弧焊，焊点高度5mm，焊点长度不小于10mm，焊点最大间距300mm。点焊完后，割除压紧用卡子。

采用非熔化极氩弧焊方法，用ф3.00mm青铜焊丝焊接青铜导向板8，焊前去除油、锈、校直，剪切成若干段，每段长度应与导向板分段长度相适应。

导向板8分段间对接缝为单V形坡口，对口间隙8mm。导向板四周为角焊缝，焊角高度10—12mm（略小于导向板厚度）。

由2名经过培训并考试合格的焊工，分别在座环的对称的两个固定导叶3上，同时施焊。按固定导叶依次对称进行。

按图6所示的焊接顺序焊接：对接缝C、D—下段右立缝E（留10mm泄气孔11）—下段左立缝F—中段右立缝G—中段左立缝H—上段右立缝I（留10mm泄气孔）—上段左立缝J—下段仰角焊K—上段平角焊O—泄气孔11。立焊由下向上，其余由右向左。

焊缝可一次焊成。焊接时，应使铜及钢母材熔合良好。收弧时填满弧坑，缓慢提起焊嘴，轻轻锤击收弧处。

用风铲铲除飞溅、焊瘤。用钢丝刷清除焊缝表面氧化铝。用角向磨光机修磨焊缝过高处，打磨焊疤。缺肉处，应补焊平，并磨光。

焊缝及热影响区，用放大镜检查（或磁粉法、渗液法），应无裂纹、未熔合、夹渣及密集气孔等缺陷。若发现缺陷，应铲（或磨）掉缺陷，用氩弧焊补焊（规范同前），磨光，检查，直至合格。

5、同步机构及指示装置的安装。

在筒形阀直缸接力器6正式安装、顶盖4吊装就位、固定以后，开始安装同步机构及开度指示装置。同步机构有两种结构型式：链轮—链条（机械式）同步装置，由接力器、链轮、链条、链条罩、拉紧链轮及其信号部分组成。

电液同步装置，由压油装置、接力器及其位移变送器、安全同步阀组、筒形阀控制柜—液压控制阀组及电器控制装置（PLC）组成。电液同步控制系统安装主要是指安全同步阀组和筒形阀控制柜的安装。

6、上、下密封的安装。

下部密封10安装在导水机构预装完后进行。

筒形阀无水操作试验前，用3个T52螺杆及光头丝杆顶推筒体1，使筒形阀由全开位置向关闭方向运动300—400mm，进行上部密封9的安装。

7、系统管路安装与充油、首次动作试验

按照管路系统图进行管路的配制、安装、水压试验、清扫管路。

系统充油排气。向筒形阀接力器下腔充油，排除接力器下腔气体，然后向上腔充油使筒形阀缓慢下落。

操作筒形阀关闭，按每下落300mm分点直至全行程，依次测量各分点的筒形阀体与青铜导向板间隙值。在试验过程中发现卡住或异常情况应立即停止筒形阀动作，分析原因，确定处理方法。

阀体全关后，测量记录全部青铜导向板的间隙。

用压油操作筒形阀开启和关闭，记录0%，25%，50%，75%，90%，100%开度时接力器上、下腔油压。

用筒形阀控制柜操作筒形阀全行程开启和关闭动作试验，动作应平稳，动作过程中应无卡阻。记录筒形阀全开和全关时间，用筒形阀液压控制阀组的时间调节装置调节开关时间，使筒形阀动作时间满足设计要求。

1）筒形阀液压控制阀组的操作控制

（1）手动操作筒形阀液压控制阀组上电磁换向阀和电液换向阀,来控制筒形阀开、关；

（2）用电器控制装置的电气信号操作筒形阀液压控制阀组上电磁换向阀和电液换向阀，来控制筒形阀开、关；

（3）用机械液压过速保护装置的机动换向阀的液压控制信号，来控制筒形阀关闭。

（4） 筒形阀液压控制阀组时间调节控制。

2）筒形阀电器控制装置的操作控制

（1）远方控制方式（开启筒形阀、关闭筒形阀、事故关筒形阀）；

（2）现地控制方式：分正常工作模式（开启筒形阀；关闭筒形阀；暂停；执行命令、取消命令5个命令）和调试工作台模式（开启筒形阀；关闭筒形阀2个命令）；

（3）切除控制方式（整个控制装置工作在切除状态。但当机械液压过速保护装置动作后，筒形阀液压控制阀组仍能操作，关闭筒形阀）。

8、无水操作试验

模拟开停机程序，操作筒形阀动作，记录接力器上下腔油压，记录开关全行程动作时间。

调节筒形阀开关全行程动作时间，使之符合设计要求。

9、静水动作试验

机组充水后，开机之前，进行筒形阀静水动作实验。

模拟开停机程序，操作筒形阀动作，记录接力器上下腔油压和开关全行程动作时间，应符合设计要求。

筒形阀在全开位置，撤除接力器下腔油压（既油压降为0），观察筒形阀在自重作用下能否下落，以便确定是否安装锁定装置。

10、动水关闭试验

模拟调速系统和导叶传动系统故障，在空载和50％、75％、100％额定负荷下，操作筒形阀全关。记录关闭过程中，接力器上下腔油压，机组摆度，顶盖下沉与振幅，蜗壳、顶盖、压力钢管和尾水管压力波动，机组负荷变化等参数。整个操作和记录采用计算机监控系统进行。

尽管上面对本发明的优选实施例进行了描述，但是，应当理解，在不脱离本发明范围和权利要求的情况下，本发明还可以作出各种不同的变型、变化和替换。这种变型、变化和替换理应也在本专利文件的保护范围内。