39-第五章-金属结构及设备安装、工程安装监测

第五章-金属结构及设备安装、工程安装监测第七节 金属结构及设备安装一、压力钢管压力钢管是水电站引水发电系统的主要组成部分，它是水轮发电机组的高压流道，因此国内外都将压力钢管的技术要求与压力容器同样对待。由于水电站水头不断提高，发电机容量也不断增加，目前国内最大的三峡水电站压力钢管的HD【管道的直径D（m）和其承压水头H（m）的乘积】值已达2170m2。制作压力钢管的低合金结构钢已不能胜任，很多电站在压力钢管的高压区普遍采用600MPa级低碳调质高强度钢板，其屈服极限达到了490MPa。对压力钢管的纵向及环向受力焊缝要进行焊接工艺评定，以制订正确的焊接工艺。为了提高焊接质量，压力钢管的纵缝、环缝坡口可采用12m刨边机或数控切割机加工。（一）压力钢管的制造1.压力钢管的组成压力钢管的布置形式虽有不同，但在结构上，一般都是由上弯管、斜管（或竖井钢管）、下弯管、下水平管等几部分组成。钢管的主要构件包括直管、弯管、锥形管、岔管、伸缩节和钢管上的附件（如支承环、加劲环、止水环、锚筋、进人孔、灌浆孔等），以及明管上的支座等部件。2.压力钢管的制造方式压力钢管的制造方式一般有如下几种：（1）由工地钢管制造厂承担全部钢管制造工作；如二滩水电站压力钢管。（2）由工厂供应的成品，工地钢管厂负责大节的组装焊接工作；如西藏羊卓雍湖水电站。（3）由工厂供应全部钢管的瓦片，工地钢管厂负责钢管组圆及伸缩节等其余的制造工作。如湖北清江隔河岩水电站压力钢管。4.压力钢管的组圆和焊接（1）压力钢管的组圆和焊接一般应满足下列要求：经验收合格的钢管瓦片在专用的组圆平台上进行，用调圆架调整管节的椭圆度，同时将管节上的加劲环等附件进行装配。组圆时，要控制钢管周长、焊缝间隙、坡口错牙和管口平整度等。当单节钢管组圆合格后，根据安装方案进行安装单元的对接，用专用的环缝调圆架拼对环缝。环缝的组装方式，可分为立式组装和卧式组装。环缝组装时要注意错牙，应考虑相邻管口周长差所引起的管壁错牙值，使错牙均匀分布在整个圆周上。（2）压力钢管的焊接及检验是钢管制造过程中重要的工序之一，需要注意以下几点：焊接工艺评定：对所焊接钢管的钢板未做过焊接工艺评定的应进行焊接工艺评定。焊工资格：从事一类、二类焊缝焊接的焊工必须持有国家质检总局发给的锅炉，压力容器焊工考试合格证书或者通过电力、水利主管部门颁发的适用于水利水电工程压力钢管制造，安装的焊工考试规则规定的考试，并持有有效合格证书。焊缝检验：所有焊缝均应进行外观检查，无损探伤应在焊接完成24h以后进行，焊缝内部缺陷探伤可选用射线探伤或者超声波探伤。表面裂纹检查可选用渗透或者磁粉探伤。5.岔管的制作凡以联合方式供水的钢管都设有岔管，岔管可分为有梁岔管和元梁岔管两类。有梁岔管由主管、支管、U形梁、腰梁、连接柱和导流板等部分组成。无梁岔管包括球形岔管和曲面无梁壳体岔管两种。6.伸缩节的制造伸缩节的作用是当温度变化，或其他原因，钢管发生轴向或径向位移时，适应变化，自由伸缩或移动时使钢管不产生应力。根据作用的不同，伸缩节分为两种：一种是单作用伸缩节，这种伸缩节只允许轴向伸缩；另一种是双作用伸缩节，这种伸缩节除能轴向伸缩外，还允许轻微径向移动。单作用伸缩节的形式很多，常用的有套筒式伸缩节和带法兰盘的伸缩节两种。（二）压力钢管的安装1.压力钢管安装技术（3）钢管安装的外支撑与加固。1）钢管安装完毕，经检查合格后，即可将外支撑焊于混凝土的钢板和预埋插筋上。支撑必须牢固，并能满足下列要求：a.能承受钢管的自重，不会因为加固不妥导致安装偏差增大。b.能承受2m左右混凝土浇筑时的浮托力。c.能承受混凝土浇筑时，钢管两侧混凝土1m的侧向倾覆力。2）钢管安装后的加固。一般部位的钢管安装加固除了外支撑结构外，还应利用管槽或洞壁铺筋进行加固。对于首装节的加固，则应另外采取更为可靠的加固方式，以免在其他管节安装时，产生位移。（4）焊缝的装配。20世纪80年代以后，为满足高水头大型电站的建设需要，在大直径、高水头压力钢管的选材上较广泛的选用了高强调质钢，这样要求施工中采取不用压码而采用压缝专用工装的新工艺，尽量避免造成对母材的损伤。（5）凑合节安装。1）凑合节的形式。凑合节是一条或一段钢管中最后安装的一节钢管，用以调节焊接收缩和安装误差。常用以下两种形式：a.以瓦片形式安装。在厂内卷成几块瓦片，在现场逐块将瓦片凑合安装。这种凑合节宽度较现场实际凑合节处的宽度大，瓦片的轴向和周向长度均较设计值长200mm，安装时将瓦片盖于凑合处两端钢管间，将宽裕部分在现场画线割除；然后进行压缝，组装完后，先焊纵缝后焊环缝。这种形式多用于大直径钢管。b.以管节形式安装，即在厂内制成单节钢管进行现场安装，多用于小直径钢管。2）与蜗壳、球阀等设备连接处的凑合节施焊时，应注意以下问题：a.当钢管己固定，凑合节环缝焊缝收缩，会引起蜗壳位移而影响座环水平，其防止措施，如附近设有伸缩节，应使伸缩节处于自由伸缩的状态，以适应凑合节环缝的焊接收缩，在伸缩节组装时应预留此伸缩量。b.与球间相接的凑合节焊接时，将球阀下面的固定螺栓松开，使其处于自由状态，以补偿焊接收缩，防止球阀与连接钢管的法兰组合面出现间隙，造成漏水。c.凑合节施焊应制定合理的焊接工艺，焊接过程中尽量对称施焊，并配合锤击，以减少焊缝不均匀变形和焊缝残余应力。（6）伸缩节安装。1）伸缩节的形式。根据作用不同伸缩节可以分为两种：一种是单作用伸缩节，这种伸缩节只允许轴向伸缩；另一种是双作用伸缩节，这种伸缩节除能轴向伸缩外，还可以做微小的径向移动。2）伸缩节安装施工方法的有关说明。伸缩节一般均整体安装。安装时，为防止与其他管节压缝影响其圆度，宜尽量先将相邻两个单节钢管组成管段后进行安装；对于重量太大而无法直接吊装的、或因结构需要，确实不能整体安装的，应研究切实、可行的安装工艺，以确保伸缩节安装质量。（7）穿越厂房上游墙的管节安装。当钢管直径较大，无法在上游墙面预留孔道时，必须配合上游墙混凝土浇筑安装穿墙钢管。二、钢闸门我国水利水电工程使用的钢闸门，包括平面闸门、平面定轮门、弧形闸门（船闸输水廊道设置反向弧形闸门）及船闸人字闸门。（一）钢闸门制作1.钢闸门制作程序钢闸门制作程序如图5-7-16所示。2.闸门埋件的制作（1）闸门埋件是预先埋设在水工建筑物闸门运行部位混凝土中的金属构件。埋件与闸门形式有关，一般包括主轨、反轨、侧轨、底槛、门楣、护角、衬砌护壁以及弧形闸门中的铰座、支承梁等。（2）闸门埋件材料一般为铸件、钢轨、型钢及板材，铸件或不锈方钢多用作闸门行走部分的支承轨道，重量大，单件长度一般为35m。常见埋件是将型钢与钢板焊接组合，止水座面为不锈钢，对于新材料不锈钢复合钢板在高水头、高水流埋件设计中己大量采用。如护角、衬砌护壁等过流面采用此材料。（3）闸门埋件制作工艺流程：技术工艺文件准备材料检验矫平（直）下料拼装焊接振动时效处理机加工埋件预组装防腐包装。三、启闭机水利水电工程常用的启闭机有固定卷扬式启闭机、门式启闭机、液压启闭机、桥式启闭机、清污机和升船机。我国已在建水电站的平面闸门一般用固定式卷扬启闭机或门式启闭机进行启闭。弧形闸门、机组事故快速闸门及船闸人字闸门一般用液压启闭机启闭。拦污栅清污在没有专用清污设备的电站可利用门式启闭机上游侧回转吊使用抓斗清污。门式启闭机目前仍是以多孔闸门公用启闭机为主，安装条件比较困难，要待坝顶土建形成后，可利用大吨位汽车起重机或大坝混凝土浇筑使用的门式起重机或缆索起重机进行吊装比较方便。门式启闭机的主起升机构目前采用了交流电动机变频调速控制以保证深水抓梁在水下可对闸门吊耳孔进行升降微调，空载和负载用不同速度运行。升船机是一种帮助船舶通航的启闭机设备，在我国丹江口、大化、岩滩、水口、高坝州及隔河岩（双级升船机）等水电站都采用钢绳加平衡块的卷扬式转矩平衡式升船机，安装调试方法与门、桥式启闭机类同。四、预埋件埋设（1）预埋件埋设1.平面闸门埋件安装平面闸门埋件包括底槛、主轨、反轨、侧轨、门楣及钢衬。一般均采用二期混凝土埋设。埋件安装前，门槽中的模板等杂物必须清除干净。一、二期混凝土的结合面应全部凿毛，调整预埋锚栓或清除预埋锚板上的混凝土；检验测量仪器；放出孔口中心、高程及里程控制点，用红铅油标示，挂警示牌保护；搭设脚手架及安全防护设施；布置电焊机、起吊设备及作业室；配合吊装用的锚栓应在一期混凝土浇筑时预埋。第八节 机电设备安装一、水电站机械辅助设备系统安装水电站机械辅助设备是水轮发电机组正常运行不可缺少的组成部分。主要包括机组技术供水系统；机组轴承及主轴密封的润滑、冷却；电站及机组的水力监测；水轮机主阀系统；机组开、停机时水流的控制；电站及机组的消防；电站积水的排除，以及电站的通风空调系统等。电站公用系统设有油、气、水系统。二、发电机电压配电设备安装发电机电压设备包括发电机断路器、消弧线圈、电压互感器、电流互感器厂用变压器和母线等。（一）发电机断路器安装与高压断路器相比，发电机断路器具有以下特点：（1）额定电压，一般为624kV。（2）额定电流大。（3）开断电流大。我国水电站己装过的发电机断路器有少油断路器、空气断路器、SF6断路器和真空断路器四种。各种发电机断路器的安装程序与高压断路器的安装程序基本相似，但工作量相对相小。（二）消弧线圆（接地变压器）安装消弧线圈接在发电机的中性点与大地之间，当系统发生单相接地时，消弧线圈中的电感电流与接地电容电流在接地处互相补偿，从而消除或减少接地点电容电流引起的间歇电弧而烧损发电机定子铁芯。消弧线圈安装在发电机中性点近旁。安装比较简单，只要经检查试验合格后，即可整体吊装在基础上进行安装。（三）PT安装目前，电压互感器（powertransformer）一般都组装成电压互感器柜安装在预埋基础上，对中型电站，可能敞开安装。安装前对PT柜基础按施工设计图要求的高程及中心进行复核，合格后将柜体整体吊装在基础上进行就位，柜体安装必须放置稳固、本体垂直且接地良好。PT柜就位后，对电压互感器进行试验，合格后，即可进行位置固定及二次接线。（四）CT安装发电机大电流CT一般都采用穿芯式，直接穿过母线导体固定在母线外壳或支架上。近年来，浇注式CT越来越少采用，采用的是直接在铁芯上缠绕线圈的新型电流互感器（current transformer），这种CT既轻便又简洁，安装十分简单。（五）母线安装硬母线又称汇流排，常用在24kV及以下的配电装置中。其材料常用铜、铝以及其他合金。母线按结构型式可分为敞露式和封闭式两大类，其中，根据母线截面形状、安装方式及冷却方式又可分为如图5-8-6所示的各种类型。三、电力变压器及其附属设备安装变压器按使用功能可分为升压、降压、配电、联络和厂用变压器等；按绕组结构分有双绕组、三绕组、多绕组和自耦变压器；按相数分有单相和三相变压器；按铁芯结构分有芯式和壳式。冷却方式有自然冷却、强迫油循环风冷却、强迫油循环导向水冷却或空冷及强迫油循环集中冷却几种形式。四、开关站及其进出线设备安装开关站是为提高输电线路运行稳定度或便于分配同一电压等级电力，而在线路中间设置的没有主变压器的设施。开关站是由断路器、隔离开关、电流互感器、电压互感器、母线、相应的控制保护和自动装置以及辅助设施组成，同时也可安装各种必要的补偿装置。（三）隔离开关安装隔离开关主要用来保证配电装置检修工作的安全，在配电装置中需要检修的部分和其他带电部分之间，用隔离开关构成足够大的明显可见的空气绝缘间隔，此外隔离开关也用来进行电路的切换操作。隔离开关没有灭弧装置，不能开断负荷电流和短路电流，但可用来开闭电压互感器、避雷器、一定长度的母线，隔离开关的操作应在等电位条件下进行。第九节 工程安全监测一、安全监测主要项目就监测建筑物的性状而言，监测量分为环境（原因）量和效应（结果）量两类。环境量是一类环境因素物理量