座环与蜗壳分析
抽水蓄能电站座环 蜗壳组焊及安装技术
抽水蓄能电站座环/蜗壳组焊及安装技术周若愚（中国水利水电第三工程局有限公司，陕西西安 710032）［摘要］抽水蓄能电站大都具有水头高、容量大、厂房空间小等特点，设备外形尺寸不大且布置紧凑，因此大多数抽水蓄能电站座环/蜗壳采用两瓣结构，在制造厂内整体制造并与导水机构预装后，分解运至现场完成拼装焊接及安装。
本文以世界总装机容量最大的丰宁抽水蓄能电站分瓣座环/蜗壳为例，介绍了抽水蓄能电站座环/蜗壳的组装、焊接及安装等工艺，阐述了抽水蓄能分瓣座环/蜗壳焊缝质量检查及缺陷处理方法；在施工过程中通过采用有效的施工工艺，保证座环/蜗壳的安装精度要求，为抽水蓄能电站分瓣座环/蜗壳现场组焊及安装提供借鉴。
［关键词］抽水蓄能电站；座环/蜗壳；组装焊接；安装；工艺［中图分类号］TV743 ［文献标识码］B ［文章编号］1001-554X（2021）07-0060-05 Technology for assembly welding and installation of stay ring/spiral casein pumped storage power stationZHOU Ruo-yu丰宁抽水蓄能电站地处河北省承德市丰宁满族自治县境内，距北京市区直线距离180km，距承德市直线距离150k m。
电站总装机容量3600MW，电站分两期开发，一、二期工程装机容量均为1800MW。
其中二期工程安装4台（7号～10号机）单机容量300MW的定速水泵水轮机-发电电动机组，2台（11号、12号机）单机容量300MW的变速水泵水轮机-发电电动机组。
机组间距为24.0m，二期工程水泵水轮机安装高程为EL966.50m。
本文以二期座环/蜗壳为例加以介绍。
丰宁抽水蓄能电站7号～10号座环蜗壳由东方电机厂生产，座环与蜗壳已在厂内焊接为整体（除凑合节与延伸段外）。
座环上、下板材质为S500Q-Z35，上、下过渡段及蜗壳材质为HD610CF高强钢，下围板材质Q235B，下法兰材质Q345B。
水电站混凝土蜗壳设计探析
水电站混凝土蜗壳设计探析摘要：水电站为了提高运行稳定性、增加经济效益，经常会对混凝土蜗壳展开有效设计。
本文将从某水电站的工程概况出发，对其混凝土蜗壳的设计进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地设计水电站的蜗壳。
关键词：蜗壳设计；混凝土蜗壳；水电站引言在水轮机中，蜗壳是十分重要的一个过流部件，设计的蜗壳质量高低会对水电机组整体工作效率产生直接影响，并且关系到水电站布置的科学性与合理性，这要求水电站应结合自身实际情况，寻找设计混凝土蜗壳的依据，展开有效的蜗壳设计。
因此，研究设计混凝土蜗壳的策略具有一定现实意义。
一、工程概况某水电站安装了300MW水轮发电混流式机组，共计六台，安装的水轮机高程是128米，水头设计为113米，额定转速为每分钟106r，额定流量是每秒295立方米，额定出力为305MW，直径为6米。
其蜗壳的进口直径是7.3米，甩负荷压力的最大值是1.91兆帕，静水压力最大值为1.39兆帕。
水电站中的一些机组设备通过世界银行进行贷款，借助国际招标工作，最终由相关企业承包并建造。
在该水电站中，水轮发电的机组主要通过下机架进行支承，并将软垫层敷设于钢蜗壳的外部。
所有内水的压力都能被钢蜗壳承担，内水压力的设计值是1.92兆帕，蜗壳混凝土结构仅能够承受楼板、水轮发电机等上部结构产生的重力荷载。
二、水电站机组的荷载按照水电站布置的整体规定，连接机组和引水压力钢管的形式为一管一机。
蜗壳的进口内径是7.1米，压力钢管的直径是7.7米，把连接段设置到钢蜗壳和钢管间。
蜗壳钢板的厚度为20毫米至40毫米，厂房轴线和机组中心线存在11.5度的夹角。
此钢蜗壳具有较为复杂的混凝土结构受力情况与尺寸体型，在设计结构过程中，对围岩的压力、内外水的压力、发电机组的荷载、结构的自重、风罩传递的荷载等基本荷载类型均有涉及，水轮机的总重量是10500千牛，发电机的总重量是18600千牛。
三、设计混凝土蜗壳的混凝土结构在设计时，钢蜗壳断面使用了全埋型圆断面，安装的机组高程为128米，段长是26米，低于124米高程的部分宽23米，高出的部分宽25米。
座环与蜗壳分析
座环与蜗壳分析概述座环、蜗壳是混流式⽔轮机埋⼈部分的两⼤部件,它们既是机组的基础件,⼜是机组通流部件的组成部分,它们承受着随机组运⾏⼯况改变⽽变化的⽔压分布载荷以及从顶盖传导过来的作⽤⼒。
座环⼀般为上、下环板和固定导叶等组成的焊接结构。
蜗壳采⽤钢板焊接,其包⾓⼀般介于345⼀360范围以内。
蜗壳通过与座环上、下环板的外缘上碟形边或过渡板焊接成⼀整体,其焊缝需要严格探伤检查,必要时还需要进⾏⽔压试验。
近年来,随着⽔轮发电机组单机容量的不断提⾼,给机组的设计和制造带来⼀系列技术和⼯艺⽅⾯的问题,仅就⽔轮机的座环蜗壳来说,若按传…反击式⽔轮机的基本结构第三节：反击式⽔轮机的引⽔室⼀、简介⼀般混流式⽔轮机的引⽔室和压⼒⽔管联接部分还装有阀门，⼩型⽔轮机为闸阀或球阀，⼤型多为碟阀。
阀的作⽤式在停机时⽌⽔，机组检修时或机组紧急事故时导叶⼜不能关闭时使⽤，绝不能⽤来调节流量⽔轮机引⽔室的作⽤：1.保证导⽔机构周围的进⽔量均匀，⽔流呈轴对称，使转轮四周受⽔流的作⽤⼒均匀，以便提⾼运⾏的稳定性。
2.⽔流进⼊导⽔机构签应具有⼀定的旋转（环量），以保证在⽔轮机的主要⼯况下导叶处在不⼤的冲⾓下被绕流。
⼆、引⽔室引⽔室的应⽤范围1.开敞式引⽔室2.罐式引⽔室3.蜗壳式引⽔室混凝⼟蜗壳⼀般⽤于⽔头在40M以下的机组。
由于混凝⼟结构不能承受过⼤⽔压⼒，故在40M以上采⽤⾦属蜗壳或⾦属钢板与混凝⼟联合作⽤的蜗壳蜗壳⾃⿐端⾄⼊⼝断⾯所包围的⾓度称为蜗壳的包⾓蜗壳包⾓图⾦属蜗壳的包⾓340度到350度三、⾦属蜗壳和混凝⼟蜗壳的形状及参数1.蜗壳的型式⽔轮机蜗壳可分为⾦属蜗壳和混凝⼟蜗壳当⽔头⼩于40M时采⽤钢筋混凝⼟浇制的蜗壳，简称混凝⼟蜗壳；⼀般⽤于⼤、中型低⽔头⽔电站。
当⽔头⼤于40M时，由于混凝⼟不能承受过⼤的内⽔压⼒，常采⽤钢板焊接或铸钢蜗壳，统称为⾦属蜗壳。
蜗壳应⼒分布图椭圆断⾯应⼒分析图⾦属蜗壳按制造⽅法有焊接，和三种。
沙沱水电站1号机座环、蜗壳安装和焊接
一
６ ；在 ２ ２ 吊装 半 径 内 ，１ 门机 最 大起 重 ０ｔ １— ７ｍ 号 量为 ４ ：满 足 吊装座 环 的要求 。 ３ｔ
摘要 ：本 文介 绍了 １号机座环 、蜗壳的安装和焊 接 ，以及 蜗壳安装 过程 中出现 的设 备缺 陷及处 理 ，特别是 １号 机过渡段的焊接工艺优化 ，具有一定 的推广价值 。
关键词 ：水力机械 ；座环 ；蜗壳 ；安装 ；焊接 ；过渡段 ；沙沱水 电站 中图分类号 ：Ｔ ５７ ３ Ｖ ４ ． Ｖ ４ ． ；Ｔ ５７ ６ 文献标 志码 ：Ｂ 文章编号 ：１０ — １ ３ ２ １ ） １０ ８ — ５ ０７ ０ ３ （０ ２ ０－０ ０ ０
沙沱 水 电站座 环分 ４瓣 到货 ，其 中带 鼻端瓣 最
瓣安装位置靠近上游侧 ，吊点 中心距 １ 号门机中心 １ ． ５ ； 一Ｙ 一 ９ ３ ７Ｉ ｎ 、 Ｘ方 向 ２瓣 ，吊点 中心距 １ 号
重为 ５ ，其余 ３瓣为 ４ ８ ｔ ２ｔ 。带鼻端瓣及 ＋ ｙ方 向
・
收稿 日期 ：２ １ — ２ １ ０ ｌ ｌ— ５ 作者简 介：刘东虎 （９ ０ ） １８ － ，男 ，辽宁省丹东市人 ，工程师 。从 事 水 电站水轮机组安装工作。
负责安 装 。
处 ，是 乌江 干流 开发 中的第 ９级 ，属 “ 电东送 ” 西 第 ２批 开工 项 目之一 。电站建 成后 将成 为铜 仁 、黔
东 南州 东部 地 区及周 边地 区电 网骨干 支撑 电源 ，承
２ 座 环 、蜗 壳安 装
沙 沱水 电站 单 台机座 环 净 重 １０ｔ ８ ，共 有 ２ ４个 固定 导 叶 （ 括 鼻 端 导 叶 ） 包 ，其 中 ４个 开设 排 水 通 道 ，以 自流方 式排 除顶 盖上 的渗漏 水 ，在排 水 管路
座环与蜗壳分析 (2)
概述座环、蜗壳是混流式水轮机埋人部分的两大部件,它们既是机组的基础件,又是机组通流部件的组成部分,它们承受着随机组运行工况改变而变化的水压分布载荷以及从顶盖传导过来的作用力。
座环一般为上、下环板和固定导叶等组成的焊接结构。
蜗壳采用钢板焊接,其包角一般介于345一360范围以内。
蜗壳通过与座环上、下环板的外缘上碟形边或过渡板焊接成一整体,其焊缝需要严格探伤检查,必要时还需要进行水压试验。
近年来,随着水轮发电机组单机容量的不断提高,给机组的设计和制造带来一系列技术和工艺方面的问题,仅就水轮机的座环蜗壳来说,若按传…反击式水轮机的基本结构第三节：反击式水轮机的引水室一、简介一般混流式水轮机的引水室和压力水管联接部分还装有阀门，小型水轮机为闸阀或球阀，大型多为碟阀。
阀的作用式在停机时止水，机组检修时或机组紧急事故时导叶又不能关闭时使用，绝不能用来调节流量水轮机引水室的作用：1.保证导水机构周围的进水量均匀，水流呈轴对称，使转轮四周受水流的作用力均匀，以便提高运行的稳定性。
2.水流进入导水机构签应具有一定的旋转（环量），以保证在水轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流。
二、引水室引水室的应用范围1.开敞式引水室2.罐式引水室3.蜗壳式引水室混凝土蜗壳一般用于水头在40M以下的机组。
由于混凝土结构不能承受过大水压力，故在40M以上采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳蜗壳自鼻端至入口断面所包围的角度称为蜗壳的包角蜗壳包角图金属蜗壳的包角340度到350度三、金属蜗壳和混凝土蜗壳的形状及参数1.蜗壳的型式水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳当水头小于40M时采用钢筋混凝土浇制的蜗壳，简称混凝土蜗壳；一般用于大、中型低水头水电站。
当水头大于40M时，由于混凝土不能承受过大的内水压力，常采用钢板焊接或铸钢蜗壳，统称为金属蜗壳。
蜗壳应力分布图椭圆断面应力分析图金属蜗壳按制造方法有焊接，铸焊和铸造三种。
尺寸较大的中、低水头混流一般采用钢板焊接，其中铸造和铸焊适用于尺寸不大的高水头混流水轮机2.蜗壳的断面形状金属蜗壳的断面常作成圆形，以改善其受力条件，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相接时，采用椭圆断面。
水电站厂房项目座环及蜗壳安装方案
目录1、概述 (1)1.1 工程概况 (1)1.2 水轮机座环及主要部件参数 (1)2、施工依据 (1)3、施工重点及难点 (2)4、施工方法 (2)4.1一般性规定 (2)4.2座环安装 (3)4.3蜗壳安装 (4)4.4座环、蜗壳安装质量控制点 (7)5、施工组织机构及设备配置计划 (8)5.1施工组织机构 (8)5.2人员及物资配置计划 (9)6、工期计划 (10)7、危险源辨识及安全保证措施 (10)7.1座环安装现场危险点分析与预控 (10)7.2质量保证措施 (12)7.3安全保证措施 (13)7.4环境及文明施工保障措施 (13)座环及蜗壳安装施工方案1、概述1.1 工程概况冗各电站主要任务是发电，坝后式开发，正常蓄水位495m，相应库容3290万m3，为周调节水库，电站装机容量3×30MW，多年平均发电量3.357亿kW•h，保证出力21.19MW，装机利用小时数3730h，工程规模属中型，工程等别为三等。
大坝为碾压混凝土重力坝，最大坝高70m，枢纽主要由重力坝、坝身设闸3孔溢洪道、左岸发电引水隧洞、压力钢管、地下发电厂房及室内开关站等建筑物组成。
1.2 水轮机座环及主要部件参数2、施工依据设备的制造及安装应遵照设计图纸以及国家和行业颁发的下述标准、规程和规范。
选用的技术规范、规程和标准，应是已颁布的最新版本。
本招标文件必须遵守执行的现行技术规范主要有(不限于此)：（1）设计院提供的蓝图及工艺措施说明（2）水轮机厂家提供的图纸以及工艺措施要求（3）《水轮发电机组安装技术规范》（GB8564）（4）《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分析》（GB11345）（5）《涂装前钢材表面锈蚀等级和除锈等级》（GB8923）（6）《钢熔化焊接接头射线照相和质量分级》（GB3323）（7）《钢结构高强度螺栓连接的设计、施工及验收规程》（JGJ82）（8）《水电水利工程金属结构设备防腐蚀技术规程》（DL/T5358）（9）《水工金属结构焊接技术条件》（SL36）（10）《水工金属结构焊工考试规则》（SL35）（11）《机械加工通用技术条件》（Q/ZB75）（12）《装配通用技术条件》（Q/ZB76）（13）《电力建设安全工作规程》（SDJ63）（14）《电力建设施工及验收技术规范（金属焊缝射线检验篇）》（SDJ60）（15）《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB 50236）（16）《碳钢焊条》（GB/T5117）（17）《低合金钢焊条》（GB/T5118）3、施工重点及难点座环是立式混流式机组的安装基准件，尺寸大、重量重，而且安装精度要求高，应充分重视它的安装工作。
(23)--水轮机的主要过流部件
线或抛物线确定。
2、 蜗壳包角
蜗壳末端(鼻端)到蜗壳进口断面之间的中心角 φ0： (1) 金属蜗壳：φ0=340°~350°，常取 345° φ0 大，过流条件好，但平面尺寸增大，厂房尺寸加大。金属 蜗壳的流量小，尺寸小，一般取较大包角；从构造上讲，最后 100°内，断面为椭圆，但仍按圆形计算。 (2)、混凝土蜗壳：Q 大，为减小平面尺寸，φ0=180°~270°，一 般取 180°，有时 φ0=135°，使水轮机布置在机组段中间。（一大部 分水流直接进入导叶，为非对称入流，对转轮不利）
(6) 尾水管局部尺寸的变更 厂房设计中，由于地形、地质条件，布置厂房的原因，在不
影响尾水管能量指标的前提下，对选出的尾水管尺寸可作局部变 更。
(1) 减小开挖，h 不动，扩散段底板向上倾斜 6°~12° (2) 大型反击式水轮机，为减小厂房长度，尾水管不对称布 置 (3) 地下电站：为使岩石稳定，尾水管采用窄深断面 (4) 加长 h3、L2
起铸造而成的铸钢蜗壳，其运输困难。
混凝土蜗壳
金属蜗壳
二、蜗壳的主要参数 1、 断 面 型 式 与 断 面 参 数 (1) 金属蜗壳：圆形。结构参数：座环外径、内径、导叶高度、蜗
壳断面半径、蜗壳外缘半径
(2) 混凝土蜗壳：“T”形。有四种型式：
(i) n=0：平顶蜗壳，b/a=1.5~1.7，γ=10°~15°。使用较多。特点：接力器布 置方便，减小下部块体混凝土，但水流条件不太好。
3、 蜗 壳 进 口 平 均 流 速 ：
进口断面流量： Qc
Qmax 360
0
Qmax——水轮机的最大引用流量。 Vc↑→Fc↓→hw↑；Vc↓→Fc↑→hw↓；V c c H r
一般由 Hr—VC 曲线确定 VC。 三、水流在蜗壳中的运动规律
座环、蜗壳安装施工技术措施
目录一、概述 (1)二、施工准备 (1)2.1施工前的准备 (1)2.2人员配置 (2)2.3施工设备及工器具准备 (2)2.4主要临时设施准备 (3)三、座环蜗壳安装程序 (3)四、座环、蜗壳的运输及吊装 (4)4.1主厂房桥机不具备吊装条件的座环、蜗壳吊装 (4)4.1.1、吊装准备工作 (4)4.1.2、吊装方法 (5)4.2主厂房桥机具备吊装条件的座环、蜗壳吊装 (7)五、座环、蜗壳安装 (8)5.1座环、蜗壳安装应具备的条件 (8)5.2座环、蜗壳安装 (8)5.2.1座环安装控制点： (8)5.2.2蜗壳安装控制点： (8)5.2.3座环、蜗壳调整 (9)5.2.4蜗壳挂装 (9)5.2.5不锈钢段安装 (14)5.3座环、蜗壳的焊接 (14)5.3.1焊前准备 (14)5.3.3座环、蜗壳的焊接 (14)5.3.2焊接的一般要求： (15)5.4蜗壳水压试验 (16)5.5蜗壳保压浇注及监测 (17)5.6蜗壳层预埋管道、埋件安装 (18)六、座环、蜗壳安装控制标准 (18)七、座环、蜗壳施工工期计划 (19)八、质量控制措施 (20)8.1质量目标 (20)8.2质量控制的内容 (20)8.2.1施工准备阶段的质量控制 (20)8.2.2施工阶段的质量控制 (20)8.2.3交工验收阶段的质量控制 (20)8.3质量保证措施 (21)九、安全控制措施 (21)9.1基本规定： (21)9.2座环、蜗壳运输道路的保证措施 (21)9.3座环、蜗壳吊装安全措施。
(22)9.2.2供电与电气设备安全措施 (22)十、安全文明施工 (23)十一、编制依据 (24)座环、蜗壳安装施工措施（修）一、概述本工程6台机座环均为整体到货，座环由上下环板、上下围板、锥板、支撑环、舌板、15个固定导叶和1个特殊固定导叶组成，外形尺寸4700mm×6517mm，总重27.2t。
蜗壳由蜗壳过渡段、蜗壳进人门、3节直管和22节渐变管节组成，蜗壳入口直径Φ1800mm。
座环安装中应注意的问题探讨
座环安装中应注意的问题探讨[摘要]：座环是整台机组的基准，座环安装质量的好坏，直接影响到机组运行的稳定性，因此座环安装时应严格控制座环的中心、高程及水平，以保证机组安装质量。
[关键词]：座环蜗壳座环是整个发电机组的基准，座环的中心、高程、水平都决定着机组运行质量的好坏，尤其是座环水平度，如果水平度不符合要求将会引起整个发电机组的倾斜。
因此对座环的安装就位要认真测定，细心调整，严格按照国家颁布的有关安装质量标准进行安装，控制在允许偏差范围以内。
富宁谷拉电站装机20MW，转轮直径1550mm。
本人现根据谷拉电站座环安装中遇到的实际问题，浅谈一下安装中应该注意的几个问题。
1 基础预埋基础预埋作为座环安装中关键环节，严格按照图纸执行，按图纸预埋支墩，使支墩具有足够的强度，并保持水平。
谷拉电站座环支墩为3个，按图纸从-Y偏-X 15°均匀分布，座环支墩布置好后，同理布置蜗壳支墩，座环支墩与蜗壳支墩要控制高程，与安装图纸中各支墩高程略低2—5mm，按图纸给支墩留出地脚螺栓的位置，作二期浇筑，位置必须准确。
另外，沿着肘管的上层钢筋，按图纸均匀分布一些作拉锚用有足够强度长一点的钢筋并焊接牢固，数量越多越好，避免因位置不太准确而不能使用。
2 座环吊装座环吊装前，测量座环的椭圆度，根据座环安装的允许偏差值规定转轮直径小于3000mm时，允许偏差值为1mm，谷拉电站座环椭圆度在允许偏差值以内。
用等分圆的办法校核座环设备中心线，厂家制造时已经标出设备中心线，但不一定准确，应当校核。
以上两项工作都已进行并记录后，即可吊装座环。
对谷拉电站整体式座环，只需直接吊到预先放置在混凝土支墩上的千斤顶上就行。
但在安装过程中发现座环地脚螺栓支撑位置在机组轴线上，同厂家提供的图纸以及安装图纸并不一致，造成支墩不能有效使用。
经研究决定采用在直锥管上焊接支撑的办法来调整，用螺旋千斤顶将座环顶高，测量其高程，使座环高程达到机组安装海拔高程（▽254.500），在直锥管上焊接3个支撑点将座环支撑在机组安装高程上，使座环调整时，不论是旋转还是平移都处在机组安装高程这一水平面上。
蜗壳计算
第二章、蜗壳计算第一节参数的选择1.蜗壳形式的选择由最大水头为257m,决定采用金属蜗壳，根据D1=2.0m,查水轮机课本P121 257：sun=”a13”sun1=”1”给定2.0：sun=”s2”sun1=”1”给定2.座环参数座环进口直径D a=1.64D1=3.28m,座环出口直径D b=1.37D1=2.74m,蜗壳常数K=0.1m ,r=0.2m 。
1.64：sun=”w1”sun1=”1”给定3.28: sun=”w2”sun1=”2”由公式D a=1.64D1得1.37: sun=”w4”sun1=”1”给定2.74：sun=”w3”sun1=”2”由公式D b=1.37D1得第二节进口断面参数选择（1）包角=345。
345：sun=”w5”sun1=”1”给定（2）进口断面平均流速υ0=K H其中K为金属蜗壳流速系数由原型机A520-40型综合特性曲线查得H=233m ,由H查水轮机课本图5—40得K=0.6 ，则0.6：sun=”w9”sun1=”1”给定υ0=K H=0.6×233=9.16 m/s ,(3)进口断面流量9.16：sun=”w4”sun1=”2”由公式υ0=K H得根据H=233m，n11=nD1H =500×2233=65.51r min233：sun=”a14”sun1=”1”给定65.51：sun=”w15”sun1=”1”由公式n11=nD1H得由模型综合特性曲线查得Q11=0.407(m3/s)0.407：sun=”w17”sun1=”1”给定Q0=φ0360=φ0360Q11限D2H=345360×0.407×4×233=25.81 (m3/s)360：sun=”w19”sun1=”1”给定0.47：sun=”w20”sun1=”1”给定25.81：sun=”w21”sun1=”2”由公式Q0=φ0360=φ0360Q11限D2H得(4)计算进口断面积F0F0=Q0υ0=25.819.16=2.82 (m2)2.82：sun=”w23”sun1=”2”由公式F0=Q0υ0得(5)进口断面的内半径ρ0=F0π=2.823.14=0.947m3.14：sun=”w26”sun1=”1”给定0.947：sun=”w27”sun1=”2”有公式ρ0=F0π得（6）确定进口端面的中心距a0由b0=D1×(0.1+0.00065n)-s=2×(0.1+0.00065 119.92)=0.36 m119.92：sun=”w29”sun1=”1”给定0.36：sun=”w30”sun1=”2”有公式b0=D1×(0.1+0.00065n)-s则a0=r0+ ρ02−h2=2.63m2.63；sun=”w32”sun1=”2”有公式a0=r0+ ρ02−h2的（7）进口断面的外半径RR0=a0+ρ0=2.63+0.947=3.58m3.58：sun=”s3”sun1=”2”有公式R0=a0+ρ0的第三节座环尺寸的确定（1）确定蝶形边锥角一般由座环的工艺决定取=55。
安德里茨蜗壳的组装与焊接
大小逐 渐改 变坡 口角 度 ；蜗壳 环 缝 为 不 对 称 ｘ 形坡
口，非 过流 面 ２ ３板厚 ，过流 面 １３板厚 。 ／ ／
以上 问题 ，在 制作 中必 须 想 到 每 一 细 节 ，并 不 断尝 试 新 的方法 ，达到 省时 省 力合理完 Ｔ。
《 ． ／‘
２ ．蜗 壳 组 装 前 序 工 作
栓 无法 穿入 ：那 就 必须 修 磨 导 流 弧板 的 螺 栓 孔 与 固 定块 的一致 。到 那 时 修磨 会 在 蜗 壳 中进 行 ，无法 用
天车配 合进 行 ，施 工 难 度 比较 大 。不但 如此 ，导 流
较 紧 ，特商议 在挂装 第 ２ ２节至第 ｌ ５节时 ，同时焊接 前 ６节 。挂装 完这 ８节 的同时 ，焊 接完 成第 ８节至第
争磊 。加 工 热 － 工
Ｗ ｗ ｗ ． ｅｔ ｗ ｏｒｏｎ￣ｌ ｛ Ｃ ｍ ｏｌ ｌ ＂ Ｏｍ ａ ｌ ｏ ｌ
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砌 ｎ
前 需 先 按 图 组 对 确 定 固 定 块 的 位 置 ，用 洋 冲 标 记 后
在制定 挂装 顺序 时考 虑 到第 ７节 和第 １ ４节为 凑 合节 ，此两节 在 宽度 方 向 留有 ｌＯ ｍ 配 割余 量 ，所 Ｏｍ
取 下 ，在挂装 蜗 壳 之后 再 按 洋 冲 位 置组 对。 如此 施 工 会有 很大 困 难 ：考虑 到 固定块 与导 流 弧 板 通过 螺 栓 联接 ，取下 同定 块再 重 新 组 对 会 有偏 差 ，造成 导 流弧板 上 的螺 栓孑 与 固定 块 上 的螺 栓 孑 对 不正 ，螺 Ｌ Ｌ
证 蜗壳 距地 面最 小 ０ ５ ． ｍ，留有 足 够空 间。并 用 水 平 仪 调平 ，平 面度 为 ２ ｍ，确 定 座 环 中心 点 并 在 平 台 ａ ｒ
抽水蓄能电站座环焊接过程控制分析
抽水蓄能电站座环焊接过程控制分析摘要：抽水蓄能电站的座环/蜗壳体积较大、重量重，为了方便运输，在工厂进行预装后，分瓣运输至工地现场，再进行组圆焊接，最后整体吊装到位。
本文围绕仙居抽水蓄能电站1#机组座环对接焊缝在焊接过程中的变形控制情况，如何适当调整焊接顺序、改变焊接工艺等措施，使焊接过程变形量控制在设计、厂家及规范要求内。
关键词：焊接过程；变形；控制1、工程实例仙居抽水蓄能电站位于浙江省仙居县湫水乡湖头村境内，电站为地下式厂房，设计安装4台375MW混流可逆式水轮发电机组，总装机容量为1500MW，其中单台机组容量375MW是目前我国制造和安装的最大的抽水蓄能机组。
水泵水轮机及其附属设备由哈尔滨电机制造有限公司生产，安装由中国水利水电第五工程局有限公司机电制造安装分局负责安装。
其中座环蜗壳分两瓣到货，在厂房安装间组对、焊接成一个整体。
2、座环焊接总体要求焊接方法。
手工电弧焊，在对称位置同时进行分段退步多层多道焊接。
持有技术监督局颁发的焊工合格证或按相关标准考试合格者，方可进行试焊。
环境温度不低于5℃，空气相对湿度不高于85%。
焊接材料。
座环环板、下围板、支撑环板焊接采用J507焊条，规格为Φ3.2、Φ4.0和Φ5.0；蜗壳过渡段焊接采用J607RH 焊条，规格为Φ3.2、Φ4.0；座环与基础环组焊采用J507焊条，规格为Φ3.2和Φ4.0。
座环与蜗壳已在厂内组装焊接成两瓣，单瓣重约109t，由上下主环板、蝶形边、固定导叶、下围板，下法兰等组成。
外形尺寸为10600mm×6680mm，座环两瓣连结主焊缝及两段凑合节在安装间组装成型、焊接完毕，再整体吊装就位。
座环焊接是水电站机组安装中的一个非常重要的工序，焊接完成后的质量好坏直接影响到整个机组安装过程中的安装质量和施工进度。
因此各方人员都十分重视座环焊接的重要性和焊接完成后的质量要求。
座环焊接最关键需要控制变形变化的主要两个部位，一个是整体径向变化和上法兰面圆周方向水平变化。
运用QC方法,进行座环及蜗壳安装
Ｇ Ｚ ＯＵ Ａ Ｇ Ｏ Ｐ Ｓ ＩＮ Ｅ ＆ Ｔ Ｃ Ｏ ＯＧ Ｅ Ｈ Ｂ Ｒ Ｕ ＣＥ Ｃ Ｅ ＨＮ Ｌ Ｙ
ｅ ｉ ．８ Ｓｒ ｌ ｏ９ ａＮ
逐 条分 析讨论 ， 定 了 以下影 响因 素 ， 对 主要 影 确 并
４ 影 响 因素 分 析
针对 以上 问 题 和 情 况 ， 们 召 开 Ｑ 我 Ｃ小 组 会 议， 从人员 、 设备 、 材料 、 法 、 境等 五个 方面 进行 方 环 全 面综 合分 析 ， 立 因果 分 析 图 ， 图 ２ 建 见 ： 从 以上 因果 图 中看 出 ， 影响 座环 和蜗 壳安装 质 量 的因素是 多方 面 的 ， 如座环 法 兰面平 面度 未达 到
调 整工作 顺 利进行 ；
序、 质量 控 制要 点 等有 较 为 全 面 的 了解 。此外 ， 现
场 技术 人员 和每 道工 序 的施 工 负责 人 员 必 须清 楚 的 了解 可 能造成 法 兰面 安 装 技术 指 标 超 差 的 以下
５ ６
（ ） 虑 环 境 温 度 的影 响 ： 装 正 值 盛 夏 ， ３考 安 在
２ １ 年 ６月 第 ２期 ０１
葛洲 坝集 团科 技
总第 ９ ８期
运用 Ｑ ｃ方 法 ， 行 座 环 及 蜗 壳 安 装 进
陈晓 东
摘
要
本 文 着 重 介 绍 了 在 湖 南 安 化 柘 溪 水 电站 扩 建 工 程 ０ 水 轮 发 电 机 组 座 环 及 蜗 壳 安 装 过 程 中 ， 用 的 ＃ 采
几 点要 因及 解决 方法 ：
（） １ 法兰面平面度超差 的造成 ， 虽与制作质量
等 诸多影 响 因素有关 ， 最主要 的原 因是蜗 壳焊 缝 但
况制定 对策见 表 ３ ：
金造桥水电站蜗壳座环安装及水压试验
金造桥水电站蜗壳座环安装及水压试验一般情况下，大型水轮发电机组具有流量大、水头较高的特点，其水轮机蜗壳一般采用金属型蜗壳，如三峡水电站、龙滩水电站以及小湾水电站等大型水电站，它们共同的特点主要为结构尺寸大、质量大、现场安装、焊接工作量大，而且安装质量要求高、难度大。
一旦出现质量安全问题，后果不堪设想。
本文对金造桥水库电站水轮机组的蜗壳和座环的安装过程进行了详细的分析，并进行科学的水压试验，总结了一定的工程经验。
1.工程概况金造桥水库电站位于屏南县境内的金造溪上，坝址位于屏南县棠口乡际头村金造桥下游约1km处，厂址位于棠口乡上培村对岸，距屏南县城16km，距福州火车站约200公里。
电站装机2台，单机容量为33MW的悬吊式混流式机组。
电站设计额定水头为234.0m，机组额定转速500r/min，在国内属于高水头高转速机组的电站。
水轮机组设备由克瓦纳（杭州）发电设备有限公司制造，其主要技术参数如表1所示。
根据金造桥水库电站水轮机的蜗壳和座环结构设计可知，座环为双平板式焊接结构，具有足够的强度和刚度。
蜗壳采用可焊性好的低合金结构钢16MnR钢板卷制而成。
蜗壳和座环在制造厂内预装焊接，焊缝经过检查、热处理，后再加工。
蜗壳和座环在厂内完成3.5MPa 的水压试验。
为减少蜗壳对混凝土的作用力，尾水锥管四周留有空间，并与尾水肘管为伸缩联接，使座环上下平板的水作用力相互抵消，使蜗壳仅承受水压力，且取消常规电站在蜗壳与混凝土间设置的弹性层。
2.蜗壳和座环的安装2.1.蜗壳座环就位安装流程蜗壳座环的重量为25吨，用传统办法，在四个支墩和蜗壳进口法兰处两个支墩上放置楔子板或千斤顶，调整座环的高程、水平，确保座环的轴线与机组X-Y轴线保持一致。
蜗壳座环于2021年9月26日到场，9月27日吊装就位，调整蜗壳座环的水平，使水平误差控制在0.04mm/m之内，边对称加固边监测。
1#机组蜗壳座环于2021年10月6日安装完毕移交工作面，2#机蜗壳座环于10月7日安装完毕移交土建单位。
座环、蜗壳安装施工技术措施
水电站座环、蜗壳安装技术措施1、概述座环在厂内加工，分半到货,现场组装座环，安装调整后，与基础环螺栓连接,基础环与锥管进行现场焊接;蜗壳共分为21节，一块舌板，其中小头的19、20、21、三节及舌板在厂内与座环及相互之间焊接，蜗壳其余各节（除补偿节外）在厂内预装，其中6、13节为凑合节，加固后分节运至工地进行挂装。
蜗壳上半部装设弹性层,外侧中心线装设槽钢排水沟;蜗壳现场不做水压试验，不进行保压砼浇筑。
2、主要技术参数座环：最大外形尺寸4820×1593;总重量：约21t；蜗壳：单节最大外形尺寸φ3600×2070；总重量：约28t；座环上法兰面安装高程：▽1754。
878m；蜗壳中心线安装高程：▽1754.05m;3、座环、蜗壳安装3。
1、安装程序熟悉图纸设备清点及尺寸检查安装基准线放置基础埋设基础环吊装座环吊装座环中心、高程、水平调整座环加固蜗壳挂装、焊接蜗壳焊缝探伤座环、蜗壳中心、高程、水平复查整体加固砼浇筑。
3。
2、安装前的准备工作3.2.1、熟悉厂家的图纸、资料,并作好技术交底工作，在施工中严格按照图纸及有关的规范进行安装;3.2。
2、按照图纸及到货清单，清点到货的零部件，检查零部件的数量、规格、尺寸是否符合图纸的要求;3.2.3、按图纸进行安装基准线的放置，然后进行座环、蜗壳支墩基础埋设。
4、座环及蜗壳瓦块吊装方案座环单件吊装重量约为11t，根据现场条件，采用25t汽车吊进行座环的吊装就位；蜗壳瓦块也采用汽车吊进行挂装。
5、起重场地布置根据现场通道的实际情况，25t汽车吊先布置在安装间侧交通道位置,将座环第一半吊入安装间底板位置，进行座环的第一次倒运，然后将吊车布置在▽1756。
95水轮机层，进行座环的吊装至座环支墩，进行临时加固,再以同样方法吊装第二半，在座环支墩上进行座环组合，就位及蜗壳瓦片的挂装。
为此，要求安装间靠水轮机层立柱钢筋进行放倒，以便吊车可以布置及吊装作业。
大型混流式水轮机零部件—蜗壳座环的刚强度研究
东北大学硕士学位论文第一章绪论加权平均水头Ｈａ：考虑各种水头可能持续的时间的平均水头（ｍ）。
设计水头Ｈｒ：水轮机发出额定功率时的最小净水头（ｍ）。
额定转速ＩＩＮ：设计选定的同步转速（ｒ／ｍｉｎ）。
设计流量Ｑｒ：在设计水头和额定转速下，水轮机发出额定出力时通过的流量（ｍ３／ｓ）。
额定功率Ｎｒ：在设计水头，设计流量和额定转速下水轮机的轴功率（ｋｗ）。
飞逸转速ｎｐ：当甩去全负荷，水轮机轴输出功率为零，导水机构不关闭，水流通过转轮产生的最大转速（ｒ／ｍｉｎ）。
升压水头Ｈｓ：最高水头×升压系数（不同水电站升压系数不同）。
图１．１水电机组系统组成示意图Ｆｉｇ．１．１ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｖｉｅｗｏｆＨｙｄｒｏ－ｇｅｎｅｒａｔｉｎｇＵｎｉｔ东北大学硕士学位论文第二章蜗壳座环的有限元分析图２．６固定导叶网格Ｆｉｇ．２．６Ｇｒｉｄｏｆｓｔａｙｖａｎｅ图２．７计算模型喇格Ｆｉｇ．２．７Ｇｒｉｄｏｆｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌ根据研究所工程人员计算经验，基础环承受的压力对计算结构影响很小，计算时可以不考虑。
不考虑蜗壳座环的自重。
蜗壳座环强度的许用应力是根据ＡＳＭＥ标准选取的，因此表２．２中材料的许用应力是根据美国ＡＳＭＥ锅炉与压力容器标准第八章第一册规定的应力设计准则计算得到的。
即相应材料强度极限（ＵＴＳ）的７／２倍与屈服极限（Ｙｓ）的２１３二者之间取较小的那个值为许用应力，即Ｍｉｎ（ｕＴＳ／３．５，２Ｙｓ／３），见附录Ｃ。
表２．２中所列各板件的材料的牌号和性能参数强度极限（ＵＴＳ）和屈服极限（Ｙｓ）详见附录Ｂ。
从表２．２中可以看出固定导叶、环板和蜗壳上的最大应力值均小于各自材料的许用应力值。
过渡段的最大应力为一局部应力集中点，其值超过了材料的许用应力值６４ＭＰａ。
图２．８模型应力分布图Ｆｉｇ．２．８Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｓｔｒｅｓｓ东北大学硕士学位论文第二章蜗壳座环的有限元分析图２．９模型位移分布图图２．１０固定导叶应力分布图Ｆｉｇ．２．１０Ｄｉｓｔｒ／ｌｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｓｔａｙｖ∞ｅｓｔｒｅｓｓ图２．１１计算模型图２．１２模型位移分布图Ｆｉｇ．２．１２Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｏｄｅｌｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ东北大学硕士学位论文第三章变量化分析技术概述些尺寸时，又可直接生成修改后的另一种几何模型。
乌东德座环与蜗壳混凝土浇筑抬动预防及监测
图2
座环与蜗壳剖面
点焊固定，座环地脚螺栓螺母 M72×6 与垫板点焊固定，斜楔与
相应的基础板、座环底座点焊固定，座环千斤顶与相应的基础
板点焊固定，座环千斤顶的顶丝与座环点焊固定。因此，乌东
德左岸座环安装加固强度高于同类厂家类似座环的加固强度。
（2）为满足座环过渡板现场焊接操作空间需要，4 个分瓣缝
上下环筒处预留 200 mm×1 500 mm 窗口，原设计座环组焊完成
第 41 卷 S2
Vol .41 ，Sup. 2
人 民 黄 河
YELLOW RIVER
2019 年 12 月
Dec. ，2019
【专题研究】
乌东德座环与蜗壳混凝土浇筑抬动预防及监测
王志勇，刘进清，孙
全
（长江三峡技术经济发展有限公司，云南 禄劝 651500）
摘
要：乌东德水电站左岸 850 MW 机组座环与蜗壳安装精度高，外包混凝土浇筑一旦引起超标准的抬动和变形，将直接影响水轮
浇筑。
即使拆除外支撑和拉紧器，也不太可能发生抬动变形。
3
2.2
土建专业采取的措施
蜗壳安装完成后进行蜗壳混凝土的浇筑。为有效监控座
（1）为确保蜗壳及座环在混凝土浇筑过程变形不超标，单
台机组蜗壳底部第一层分 4 个象限（Ⅰ～Ⅳ象限）浇筑，形成 4
个相对独立的混凝土块，按水流流向依次为Ⅰ～Ⅳ象限。
（2）蜗 壳 第 一 层 混 凝 土 采 用 对 称 浇 筑 ，即 Ⅱ 象 限 — Ⅳ 象
t 未计内支撑重量）。座环与蜗壳结构见图 1、图 2。
座环与蜗壳安装精度高，体型特殊。蜗壳二期混凝土平面
尺寸大，底部混凝土浇筑升层大，混凝土浇筑存在抬动和变形
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概述座环、蜗壳是混流式水轮机埋人部分的两大部件,它们既是机组的基础件,又是机组通流部件的组成部分,它们承受着随机组运行工况改变而变化的水压分布载荷以及从顶盖传导过来的作用力。
座环一般为上、下环板和固定导叶等组成的焊接结构。
蜗壳采用钢板焊接,其包角一般介于345一360范围以内。
蜗壳通过与座环上、下环板的外缘上碟形边或过渡板焊接成一整体,其焊缝需要严格探伤检查,必要时还需要进行水压试验。
近年来,随着水轮发电机组单机容量的不断提高,给机组的设计和制造带来一系列技术和工艺方面的问题,仅就水轮机的座环蜗壳来说,若按传…
反击式水轮机的基本结构
第三节：反击式水轮机的引水室
一、简介
一般混流式水轮机的引水室和压力水管联接部分还装有阀门，小型水轮机为闸阀或球阀，大型多为碟阀。
阀的作用式在停机时止水，机组检修时或机组紧急事故时导叶又不能关闭时使用，绝不能用来调节流量
水轮机引水室的作用：
1.保证导水机构周围的进水量均匀，水流呈轴对称，使转轮四周
受水流的作用力均匀，以便提高运行的稳定性。
2.水流进入导水机构签应具有一定的旋转（环量），以保证在水
轮机的主要工况下导叶处在不大的冲角下被绕流。
二、引水室
引水室的应用范围
1.开敞式引水室
2.罐式引水室
3.蜗壳式引水室
混凝土蜗壳一般用于水头在40M以下的机组。
由于混凝土结构不能承受过大水压力，故在40M以上采用金属蜗壳或金属钢板与混凝土联合作用的蜗壳
蜗壳自鼻端至入口断面所包围的角度称为蜗壳的包角蜗壳包角图
金属蜗壳的包角340度到350度
三、金属蜗壳和混凝土蜗壳的形状及参数
1.蜗壳的型式
水轮机蜗壳可分为金属蜗壳和混凝土蜗壳
当水头小于40M时采用钢筋混凝土浇制的蜗壳，简称混凝土蜗壳；
一般用于大、中型低水头水电站。
当水头大于40M时，由于混凝土不能承受过大的内水压力，常采用钢板焊接或铸钢蜗壳，统称为金属蜗壳。
蜗壳应力分布图
椭圆断面应力分析图
金属蜗壳按制造方法有焊接
，
和
三种。
尺寸较大的中、低水头混流一般采用钢板焊接，其中铸造和铸焊适用于尺寸不大的高水头混流水轮机
2.蜗壳的断面形状
金属蜗壳的断面常作成圆形，以改善其受力条件，当蜗壳尾部用圆断面不能和座环蝶形边相接时，采用椭圆断面。
金属蜗壳与有蝶形边座环的连接图
金属蜗壳的断面形状图
混凝土蜗壳的断面常做成梯形，以便于施工和减小其径向尺寸、降低厂房的土建投资
混凝土蜗壳断面形状图
当蜗壳的进口断面的形状确定后，其中间断面形状可由各断面的顶角点的变化规律来决定，有直线变化和向内弯曲的抛物线变化规律
混凝土蜗壳的断面变化规律
3.蜗壳的包角
对于金属蜗壳，其过流量较小，允许的流速较大因此其外形尺寸对厂房造价影响较小，为获得良好的水力性能及考虑到其结构和加工工艺条件的限制，一般
对于混凝土蜗壳其过流量较大，允许的流量较小，因此其外形尺寸常成为厂房大小的控制尺寸，直接影响厂房的土建投资，一般
4.蜗壳的进口流速
当蜗壳断面形状及包角确定后，蜗壳进口断面平均流速是决定蜗壳尺寸的主要参数。
对于相同的过流量，选得大，则蜗壳断面就小，但水力损失增大。
值可根据水轮机设计水头查曲线的。
一般可取图中的中间值；对于金属蜗壳和有钢板里村的混凝土蜗壳，可取上限值；当布置上不受限制时也可取下限值，但不应小于引水道中的流速。
四、蜗壳的水力计算
1.蜗壳中的水流运动
蜗壳中的水流运动规律，一般认为两种形式。
（1）蜗壳断面的平均速度周向分量为常数的规律
（2）蜗壳中水流按等速度矩规律运动。
即位于蜗壳内任一点水流速度的切向分量与该点距水轮机轴线的半径的乘积不变
常数
蜗壳中的水流运动图
通过蜗壳任一断面的流量
2.金属蜗壳的水力计算
（1）参数的选择
（2）与座环蝶形边相接的金属蜗壳的水力设计（a）蜗壳参数与断面连接尺寸选择
1）按金属蜗壳的流速系数与水头的关系曲线
选择蜗壳流速系数K
2）确定蜗壳包角
3）与座环连接部位几何尺寸由座环设计给定，见图
（b）进口断面计算
进口断面流量
进口断面流速
进口断面面积求得：
进口断面半径
进口断面中心距
进口断面外径（c）圆断面计算
（d）椭圆断面计算椭圆短半径
与圆的同等面积
椭圆断面长半径
椭圆断面中心距
椭圆断面外径
3.混凝土蜗壳的水力计算
（1）确定进口断面尺寸
（2）确定中间断面的顶角点、底角点变化规律
（3）绘制若干查出相应的及断面尺寸，便可绘制出蜗壳平面单线图
混凝土蜗壳的水力计算曲线
混凝土蜗壳的平面单线图
4.座环的结构形式
（1）与混凝土蜗壳联结的座环一是整体结构座环如图
二是装配式结构如图
（2）与金属蜗壳联结的座环一是带蝶形边的座环如图
二是不带蝶形边的座环如图。