进水球阀前压力钢管凑合节精准配割方法

董 博，施庭东，李光荣

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

抽水蓄能电站通常水头较高，引水隧道较长，多采用一管多机的引流方式。进水球阀安装于蜗壳和压力钢管出口中间，关闭后可将上水库和发电机组有效隔断；停机时减小机组漏水量，减小水力损失；若机组运行时调速系统发生故障，导叶无法关闭或关闭不严时，则迅速关闭进水阀，截断水流，防止发生飞逸事故，因此进水球阀的安装质量关系到整个地下厂房安全。笔者所述电站共布置4 台单机容量为300 MW 的半伞式抽水蓄能机组，额定转速428.6 r/min，额定水头416 m，压力钢管直径2 300 mm。

进水球阀带水开关时在水锤力作用下会产生位移，为更好的释放应力和拆卸方便，伸缩节处通常设置伸缩间隙，使得进水球阀在运动中释放作用力，在拆卸检修时方便拆卸。进水球阀安装时上游压力钢管及下游蜗壳延伸段均已安装完成，进水球阀下游部件均为法兰连接采用螺栓把合固定，无调节余量，制造、安装过程产生的累积误差只能在压力钢管与进水球阀接口焊缝处消除。凑合节配割制作坡口时还应控制平面度，防止焊缝间距不一致导致焊接时应力偏差较大，产生较大焊接热位移影响安装质量。

表1 进水球阀主要部件参数统计表

2 施工顺序

施工准备→进水球阀基础埋设浇筑→伸缩节及活套法兰预存→延伸管预存→进水阀吊装就位→伸缩节与球阀组装→组合体调整→测量计算凑合节配割量→划线配割及坡口制作→配割后尺寸检查→延伸管安装→整体调整检查。

3 操作要点

3.1 施工准备

配置好相关施工材料和工器具，规划设备摆放区域及施工用电布置，规划及布置施工通道。完成主要部件法兰面清洗检查、重要尺寸复测记录以及焊缝坡口油漆打磨检查工作，主要包括：

（1）检查球阀检修、工作密封与活门间相应的把合螺栓预紧和防松动情况；

（2）检查球阀各加工面外观，应无锈蚀；

图1 进水球阀部件安装示意图

（3）检查检修密封机械锁装置，投入或退出灵活性；

（4）将球阀置于全开位置，测量检修、工作密封与活门的错牙情况；

（5）检查标识预埋的蜗壳延伸段和压力钢管出口中心线和高程标记点。

3.2 进水球阀基础埋设与浇筑

测量蜗壳延伸段法兰面的实际中心、高程、垂直度，同时检查压力钢管与蜗壳延伸段轴线的偏差，以及压力钢管中心及蜗壳延伸段中心的偏差。在蜗壳延伸管法兰和压力钢管出口悬挂中心钢琴线，作为基准调整基础螺栓。基础螺栓安装后浇筑二期混凝土，安装时注意保护螺栓螺牙；养护完成后安装基础板，以延伸段腰线高程作为高程调整基准。

3.3 部件预存

安装时各部件通过预留的球阀吊物孔吊装就位，空间有限，需要先将延伸管、伸缩节及活套法兰预存。分8 个点测量延伸管、伸缩节沿水流方向的长度，与图纸对照并记录偏差。将活套法兰套装到伸缩节上，绑扎固定牢靠，安装吊具先将伸缩节吊至球阀下游预装，底部放置方木防护，同样将上游延伸管吊装就位预存。

3.4 进水球阀吊装就位

在球阀基础板安装完成后进行球阀吊装工作。在安装间将球阀吊起清扫底座并检查无高点毛刺，检查球阀处于全开状态并且投入锁定。在球阀地脚螺栓处包裹3 层铜皮并绑扎牢固，试吊3 次后通过手拉葫芦调整球阀底座水平度小于1 mm/m。沿着既定的吊装路线将球阀吊至吊物孔上方，调整位置后通过吊物孔下落到基础上方，找正螺栓孔位置后缓慢下落至基础上。初调蜗壳延伸段到球阀距离及平行度，此时距离可大不可小，完成后将球阀基础螺栓安装旋紧，避免球阀倾倒。

3.5 伸缩节与球阀组合调整

将伸缩节清扫干净，安装吊具和法兰间密封圈，完成后缓慢提升伸缩节。当伸缩节提升至与球阀相同高度时安装腰线2 颗预紧螺栓，通过预紧螺栓使伸缩节法兰面和球阀法兰面贴死，逐一安装把合螺栓，紧固时对称预紧螺栓。使用桥机和千斤顶配合将进水球阀和伸缩节组合体往下游移动，使其紧贴蜗壳延伸段法兰，依据蜗壳延伸段调整组合体，调整至两管口错牙最小，管口法兰间无间隙。

3.6 测量计算配割量

首先复测球阀上游法兰面与压力钢管出口处中心、高程偏差，偏差大时调整压力钢管最后一节以消除偏差，配割量计算以球阀上游法兰面作为基准测量。将管口圆周均分为12 个点，逐一测量压力钢管出口至球阀上游法兰面距离，记为B；测量延伸管本体长度，记为Y；配割时考虑单条焊缝焊接热收缩量为1.5 mm（具体根据钢管板材厚度选择），记为f；安装后伸缩节与蜗壳延伸段法兰面距离记为g；压力钢管出口配割量记为x，则x计算方法如下：

3.7 划线配割与坡口制作

将压力钢管出口处清扫干净，按照计算的配割量在压力钢管出口处划线。划线时同样取12 个点测量，控制点设置后连点成线，为了便于操作，钢管腰线以下部分从内壁划线，腰线以上部分从外壁划线。划线完成后采用半自动火焰切割器分段完成钢板切割，切割完成后调整切割器角度，进行出口处坡口制作，主要坡口制作时按照图纸要求留出钝边。制作完成后使用磨光机打磨平滑，制作的坡口采用PT 检测无缺陷。

3.8 延伸管安装及整体调整

复测压力钢管出口至球阀上游法兰面距离，符合要求后清扫球阀和延伸管法兰面，安装法兰面密封圈。完成后使用桥机缓慢将延伸管提升就位，安装球阀上游把合螺栓，通过拉伸螺栓将延伸管和进水球阀组装成整体。使用桥机和手拉葫芦将球阀本体、伸缩节和延伸管组合体往上游移动至靠近饮水钢管出口，调整上游延伸管和压力钢管出口接缝处间隙和错牙，同时兼顾下游伸缩节与蜗壳延伸段接缝处错牙。调整完成后测量下游伸缩节与蜗壳延伸段伸缩间隙应符合要求。

4 与常规配割方法的差异

从结构上看，球阀下游伸缩节采用法兰连接，必须精确控制两法兰平行度，为避免安装后有漏水情况，只能首先保证伸缩节与蜗壳延伸段两法兰平行度，将所产生的偏差转移到压力钢管与延伸管处接缝处，通过焊接打磨的方式消除偏差。常规采用直接测量压力钢管出口至蜗壳延伸段法兰面距离计算配割量，若将测量值记为a，进水球阀沿水流方向实测长度记为b，伸缩节实测长度记为c，则此时配割量x计算如下：

x=Y+b+c+g-a-2×f（2）

配割完成后先安装上游延伸管，最后调整伸缩节，此种方法由于距离过长会产生较大的测量误差，安装后需要根据伸缩节间隙再次配割调整，才能精确控制伸缩节活动间隙。

本文介绍的方法即首先安装伸缩节，并以伸缩节为基准安装上游部件，真正做到首先保证伸缩节的伸缩位移及两法兰面平行度，确保伸缩节部位安装后不渗漏。计算简单并且测量结果精确，未预装而得到了预装的效果。

5 结语

本文叙述的压力钢管出口尺寸精准配割方法有利于提高进水球阀安装质量，在计算配割量时简单准确，施工方便，可节约施工工期约12 d。需要注意的是针对不同厚度的钢管焊接时产生的收缩量不同，在计算前应根据钢管厚度合理选择焊缝收缩余量。