尾水锥管破坏机理及改造施工新技术

尾水锥管破坏机理分析及改造施工新技术1前言目前，国内有些电站运行时间较长，再加上当时技术水平所限，在材料选择、结构型式、工艺方法上不尽合理等诸多因素导致整个尾水锥管空蚀磨损严重，并最终形成大面积破坏。另外部分电站增产扩容，原尾水锥管已不符合新水轮机的要求，必须重新改造。下面是锥管改造的几个成功实施案例：xx水电站厂6F机组尾水锥管由于运行时间长，泥砂磨损不断加剧，机组过流部件磨蚀日益严重，2004年底在6F机组大修中，对尾水锥管进行了改造，更换了里衬钢板。并于2005年底、2008年初先后对4F和2F机组锥管进行了改造施工。东江水电站4F机组尾水锥管，因二期混凝土存在缺陷，为防止缺陷进一步发展，确保机组正常运行，于2006年10月对4F机组锥管进行了改造。截止目前以上改造后的机组均运行良好，发电量有了显著提高，增加了经济效益和社会效益。2尾水锥管破坏机理分析2.1破坏特征通过查阅多台机组锥管运行记录资料及现场检测，锥管破坏主要有如下特征：1）靠近转轮出口的尾水管直锥段上部里衬钢板（约1/4高度范围）易发生裂纹破坏。2）里衬钢板裂纹初期多呈垂直状，逐渐发展呈树枝状，最后直至穿孔、撕裂脱落。3）基础环与里衬钢板焊缝局部或全部开裂，钢板撕落，部分裂纹两侧错台。4）裂纹开展宽度、长度、变形呈递进发展，呈脆性破坏。5）里衬钢板与混凝土面分离，大面积空鼓，或支座墩间的二期混凝土已基本淘空，支墩钢筋裸露，空洞内形成大量暗洞及倒悬孔，纵横交错，空洞内混凝土由于长时间受水流冲涮，结构强度降低。6）补气短管剪断，槽内充满积水与混凝土残渣，补气功能基本丧失。2.2破坏机理分析尾水锥管位于水轮机转轮出口，是水轮机过流通道的一部分，也是容易发生破坏事故的部位。通过对多个电站的现场检测及资料分析，产生锥管破坏的因素多而复杂，且每个电站由于其运行工况、原施工工艺及质量等诸多因素的影响，破坏机理不尽相同，综合分析主要有以下几个方面。1）机组运行状况分析：水轮发电机组在电力系统中一般担任调峰、调频任务(尤其是单机容量相对较大的机组)，因此振动区运行矛盾较突出。水轮机偏离最优工况运行时，转轮出口水流在尾水管内形成一真空涡带，涡带以一定的频率在尾水管内旋转，并周期性地扫射尾水管四周，产生周期性的压力脉动，引起机组剧烈振动，直接对尾水管里衬钢板产生相当大的破坏作用。害2易）锥管里锡衬钢板与共混凝土粘受结存在空捷隙。该部喝位里衬钢黑板外壁与溪混凝土虽膜设有加筋洗板，但间句距偏大且糕与混凝土锯结合面很洒小，里衬散钢板与混政凝土粘结粗力较小，皆加上里衬阿钢板与混罗凝土接触蛮面难以避拣免空隙，剑所以其结梦构难以抵茎抗机组振伙动及脉动式，一旦里清衬钢板出椒现裂纹，恒水通过裂家纹渗进里遣衬背面，作导致背面慌压力增加境，在振动逃、脉动高衰速水流撞息击等叠加都作用下，颂里衬钢板手本身附加狭自振，不完能抵抗破赔坏动能。配裂纹出现奋后里衬整脾体稳定破脆坏，里衬扛钢板开裂村宽度增大溜、空鼓间进隙增大，访呈恶性循填环发展。匪3横）早期建哗设的水电拢站受技术漂水平所限键，存在材铅料选择、共结构型式葵及工艺方库法上的不题足，加之金里衬钢板猪在施工焊访接及检修锯中的多次写补焊，钢势板未采取娘相应的温掉控措施，颠造成局部词温度过高韵，受热不夕均匀，存家在较大的狭残余应力质及变形，某从而降低帜了焊缝及说里衬钢板现的抗疲劳逐强度。膏4俗）部分锥逝管因里衬胃钢板结构权强度偏低扮。里衬钢踏板作为承豆压构件，戏须具有足额够的强度护和抗疲劳井破坏能力盲。考虑振蹦动和疲劳的的影响，愿钢板材料穗应具有良揭好的塑性会和较高的黎冲击韧性舰。衰5巷）补气量辟不足产生富的破坏。短尾水读锥酒管补气腥通常恭采用自然纳补气方式凑，咐当补气阀茂和补气管妈道遭受破剑坏时，水江轮析机群在弯高速丸运转过程陵中，尾水招锥管不能予正常补气齐，产生讽涡带垮与真空，班加大了尾谎水锥管和建机组的振洽动，并进环一步诱发眯尾水锥管赞及转轮产刚生裂纹。标2.砖3缴破坏的危显害性菜尾水锥管造破坏将导角致虎机组轴向脑，横向振溪动增大，兰且烂尾水瞎锥丈管壁振动融剧烈债并御产生馆巨大攀的噪音及服周期性的至水流冲击扭，严重时雀甚至发生慧共振绞；同时将歇缩短机组缝的检修周斤期，增加阔检修的复墨杂性，耗降费大量的臭人力、物促力，减少荡发电量。锯3荐六尾水锥管犬改造施工如方案呜机组尾水啊锥管改造灶采用镶嵌叫式结构（挪见踩图司1辅），特别兵对一些增搅容机组，烛转轮口径榜放大后，帜尾水锥管闯必须相应词放大，以揪满足机组趴运行的要拨求。对那叛些运行几疫十年的老潜电站，顺尾水锥管带进口一方缸面流速较知高，金属浩表面冲刷誉严重，另柄一方面空亮蚀破坏严聋重，且当桃初结构上箭对真空负啄压的作用拨考虑不足眯，锚杆数闹量偏少，掘多有脱壳洁发生。大供部分锥管揉改造均可矮考虑采用据该结构。丢图祸1涉今尾水锥管滴改造镶嵌夜式结构简羽图图中：稍①驴原基础环雄；艘②音原混凝土汁；榨③斗新基础环斤；串④岭新锥管偶；肤⑤霸新浇混凝统土家；神⑥厦原锥管。放由于改造左后转轮出付口下环高哭度增加，举因此将基残础环加长蜓，将原基竞础环与锥父管相接的逃法兰割去历，并向下痒割去一段臭锥管段，脖同时将混跟凝土凿除映（上部至姥原基础环枝，占下部底板秧便于焊接凶为宜稻，宽庭约炸800m亮m垄~愤1000吹m蛙m歼）。加长鸭的基础环滑分瓣吊入振机坑安装水，焊接加花固。上部测与原基础因环焊接，共再将各瓣稻组焊在一溜起；焊后苏将流道内绳临时分瓣容面和加强来用的肋板醋割下，进轨行测量、网修补，最典后焊接尾往水锥管的枣连接段。窜新制的一锋段尾水锥滴管由不锈抚钢板制成更，航分圆3医瓣，在原猜尾水锥管俘上端开出垂坡口后，牙将挡板在沫外侧封焊跃，然后将液各锥管板燃镶入焊牢睡，并打磨揉流道。锥另管里衬钢秀板外侧加牌肋，并焊店一定数量劣的锚杆，已以加强与脾混凝土之弃间的连接样强度，然扩后进行钢塔筋网的恢足复及灌浆疏系统的布约设，最后弃进行混凝级土的回填撑、水泥接垄触灌浆和傅化学灌浆赴。蚊4形汇尾水锥管资改造工程防实例骗x驱x她水电盒站虑6良F障机组尾水粒锥管由于候运行时间修过长缘，阅200碌4至年初发现卵尾水锥管缴进人孔漏晚水，经检露查发现尾回水锥管里继衬补气管肤上、下部沿及补气管皮与里衬连译接处严重铸气蚀，为棚此，厂方滤决定对尾定水锥管进宗行改造处车理。现以慕x剖x并水电站厂管6F矿机组棕技术改造峰为例，浅辽谈傲锥管改造驰施工技术惜。锥管顶豪部直飘径亚6.02醒7颠m隙，底部直绘径拼7.58垮6蔽m锁，由于工佳作场地狭革窄及交叉乒作业，给访施工带来乎较大难度销。对此，游在施工过怕程中采取俭了一些新润的施工方陶法及施工埋工艺，顺舱利完成了腔改造任务借，笨6虚F停机组至今刷运行良好倦。施工工销艺流程如音图朴2宪。车图云2稠腹尾水锥管够改造施工役工艺流程劳图客4.1亡娘锥管里衬会钢板割除书与混凝土宴凿除炭锥管里衬争钢板采用胃等离子切链割机切割蚂。混凝土里采用人力镇手动风镐释凿除，吊必斗出渣。肃混凝土凿怖除时要保迁护好原机柔电设置的销管道及埋册件，保证甲混凝土外汤形弧面凿贿除后平整勉顺滑，壁娘面各点距泳锥房管辈800~恰1000孔m羽m狡，下部底倦板凿除高浅度以便于傅锥管下端订横缝焊接节操作为宜误。滋4.2寻卡锚筋施工榨新老混凝舞土结合面炸设歌4~盗5右排啊Φ交25@5喉0仙0状锚筋，梅虑花形布置昏。锚筋孔疑采用风动承凿岩机造盘孔，孔轴牺向垂直锥斩管。老混桨凝土内，哪锚筋采用接先注浆后擦插杆方式璃，浆液按亿照设计和度试验配比骑拌制，并河掺入适量物外加剂陵（咽Fl茎owca膏b笑l书e财），随拌衔随用，浆坐液终凝前宾不得扰动桂或拉拔锚跃筋，锚筋恋外露长度烫，以不影忽响锥管里藏衬钢板安弄装为原则挨（一般取四30cm暗），待锥忆管里衬钢姿板安装完软成后，锚哑筋与里衬哑钢板间通熔过一截脚带创7烤字弯头的喇同规格锚莲筋连接焊担牢葵。励隙4碌.迈3室灌浆、排者气系统制诸作与安装煎灌浆系统毁共布际置覆9轿套灌浆管爱，锥管侧鞠布碑置泉5蠢套灌浆管故，混凝土戒侧布夜置尸4旦套灌浆管浑，灌浆管未路原则上研每间望隔跨1.0清m戒布斥置仰1夫个出浆盒扒。锥管顶擦部紧靠基蚂础环布晓置五1茄套排气管斑（内秋外继2县圈排气管流），在锥刃管坑砼壁屑侧圆周及拆顶部均词布冠1匀2杨道排气槽布，每道排帆气槽与排劈气管的排沾气孔连通东，灌浆与阶排气系统以布置详见拉图背3接。要图即3页颗灌浆与排尚气系统布宅置木4糕.瞧4增锥管进人丧门钢筋、仪模板制作袋与安装绒1调）钢筋制纯作与安装傅锥管进人帝门处设门院洞钢筋，纺钢筋采寿用幕Φ匹25盼@20畅0重Ⅱ麻级钢，并养与原钢筋林网焊接，驳具体布置灿见进人门闲钢筋断面芳布置图，捡见哗图钻4蓬。蜘图呢4卡进人门钢款筋断面布坡置图轻2作）模板制计作与安装芒酿碎进人门顶痕部模板采扭用脖5m斯m蛛厚钢板，乘钢模与锥去管里衬钢辟板、钢筋课网焊接固纵定，将作艇为永久性念模板保留廊；两侧模去板采用竹规胶板和木柔方组合，畏制安加固飞。团4.5谜银混凝土浇握筑超为便于新斤回填混凝球土的观察帜与振捣，匆在新加的宗锥管中上宪部均匀切戏割出拌约伞8~幅9绵个直县径或约事20c守m宅的圆孔，成切割出的软钢板上备糠留两化学前灌浆孔（约进气孔和荡排气孔）料，混凝土畜浇筑完成粮后封堵焊毛牢。另外瓶，为保证旋顶部混凝没土回填密庆实，在保争留基础环仓的中下部表，开凿裙出艺5~花6阻个扯40×2浅0c遍m浊的浇筑孔清。孩1脖）混凝土哪制备跑新浇筑混射凝土强度汁与原混凝洋土同标号箭，塌落巾度使180~灿230m厉m俊、扩展推度手400~发450m卡m户，且具微摄膨胀性。万混凝土拌津合采萍用议35甘0蜂型强制式丘搅拌机，删要求搅拌机均匀，严挣格控制塌从落度。泻2糊）混凝土序运输淹混凝土浇仔筑采用人遇工运输，位手推车加仍溜筒、溜珍槽输送。贩3吧）混凝土扔平仓与振以捣纳混凝土浇胞筑先浇锥信管里衬钢瑞板振捣孔睁以下部分门，振捣工渠作在锥管案进人门（路混凝土凿水除）平台饥进行，上主面浇筑孔极进料，同探时在进料那浇筑孔下险方相邻的殿两个振捣弟孔进行振棚捣平仓，煤将混凝土鸦料向两侧作赶，使浇方筑面尽量值平缓、密循实。当混脑凝土浇筑朵面与振捣欠孔平满时幸则换另一切个浇筑孔董进料，已住平满的振性捣孔用封或堵板将其各封闭焊牢炮，依次将继振捣孔以夏下部分浇啄筑完毕。吼然后，连笑续浇筑振衡捣孔以上佳部分，在缴任一浇筑但孔内浇筑栗时，在相篇邻浇筑孔主内进行振闲捣平仓，至当混凝土硬面齐平浇目筑孔口时残，在浇筑爷孔口上加逐焊一钢漏咬斗，通过毛漏斗使混交凝土高出赵浇筑部泼位近60~8呼0c凉m吵，由自重丰将回填部咐位填满，黄混凝土初孙凝后，即确可拆除漏界斗，将浇营筑孔封堵营焊牢。买4.6屠帐水泥灌浆骨回填接触杯灌浆在混场凝土浇筑教完录3殃天后进行袋。灌浆采狮用自下而尼上排气赶疑灌法，即站按混凝土超侧、里衬苹钢板侧最膊下层交替极依次往最筒上层方向谜进行灌注局。望灌浆材料回采缴用恶42.5至MP址a槽普通硅酸语盐水泥，台根据施工额经验可选管用掺加适休量减水剂妙，以改善宰浆液流动迁特性，增剪强接缝灌华浆填充密纺实的可靠讨性。炉灌浆压力搜为鼻0.2M刚P晓a结，根据实仆际情况可拾提升同至释0.3旨MP侨a行，在灌浆冶过程中应祝设立专人支负责监测年和检查灌塔注与里衬它钢板变形柳情况，若范发现异常滨情况应立蛋即采取相黎应措施。凉灌浆水灰坛比采蜘用枪l:1面翠、丛0.5:践1穗两个比级狸的浆液。谣开灌采用窄水灰比某为塘1:贿1偷的浆液，膏待排气洗管顺(瞧孔切)根出浆后，昼水灰比即弦改觉为梳0.5:扒1朽，在设计侍压力下，粒吸浆率小赌于阅0.1乘L疗／狭mi胁n席时，持匙续辨20mi纤n够即可结束凭。灌浆结胀束时，应派先绑扎封挂闭管口后愁再停机，恐闭浆时间识不宜少延于肺8叛h跌。棍4瓣.婶7件烦化学灌浆缴化学灌义浆采用高厕渗透改性错环氧，并严加入增强屯塑性的外之加剂。啦1兽）化学灌枣浆工艺和蛛主要设备丧化学灌浆信工艺流程买：施工准杜备与灌浆扫孔布置日→捆钻孔寄→朵进浆管排蜓气管焊接聪安装粪→浩浆液配制植→模灌浆插→挣质量检查拣主要设备捞：颂SDB-哲10MP悬a吸手动试压恢泵，手电旋钻，配浆馋计量称重贪器具和容撕器。枯2忙）化学灌烤浆材料的粪选择班化学灌浆踪主要材料撇有环氧树香脂、固化座剂、稀释批剂、添加傻剂。灌浆排材料引进纠目前国内泰先进高渗差透改性环慰氧化灌材胶料，选择低能活化丙木酮的催化形剂（其他扶改性环氧臭浆材基本嫁上未能将潜丙酮由非蔑活性变为蝶活性或活摆化程度较阅低），进怨一步减小毕了固结体烦的收缩性头，提高了嚼固结体耐挠老化、耐比腐蚀的性脾能，且浆墨材具有局坛部亲水和傍整体排水穗的功能，姓对静、动山水中的裂蚕缝具有止刃水与补强两的双重功些能。佛3台）化学灌移浆施葡工透尾化学灌浆备，采用在慈振捣孔封痕板上预钻乡化灌孔的盾方法，即奏在振捣孔攻封板上预青先钻化灌拘孔轻2层个，钻孔辫直荷径贺Φ箭8m抗m遇，封焊时骡将该孔用尼泡沫塑料谷填塞，水帮泥灌浆结保束后再将茄孔内填塞才物清除，抹经检查确庆认通畅后酸，加焊进阁浆管和排壶气管。颤进浆管与勒排气管焊检接制备及萍安装：进兰浆管与排候气管由紫吨铜管制成倘，单根杜长姿150m消m荡，一端焊卖接里衬钢鬼板振捣孔脏盖板的预撒留孔上，叙另一端连讽接灌浆设宅备。陷浆液配制咳：浆液配劲制将根据住受灌区缝赛隙宽细程烛度、可灌学性等情况裂配制浆液中性能和浆亿液量。葬灌浆：刻将役SDB-采10MP粱a反手动试压势泵的出浆稍管与受灌直区进浆管毙连接，接去头绑扎牢眯固。将配束制好的浆敬液加入手柜动试压泵亚内的储浆批桶，手动要操作