電站鍋爐疊梁制作中的一項工藝改進

摘 要：本文采用力學(xué)分析、工藝分析并結(jié)合現(xiàn)場跟蹤調(diào)查驗證的方法論述了對大型電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)的主要承重部件頂梁中的疊梁的一項制作工藝的改進，證明了此種方法在保證構(gòu)件本身技術(shù)參數(shù)達到要求的前提下，對生產(chǎn)此種作用重要、價值巨大的大型鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件所起到的降低生產(chǎn)風(fēng)險、提高生產(chǎn)效率的優(yōu)勢作用.

關(guān)鍵詞：弧線疊合面 直線疊合面 疊合標準 校正 力學(xué)特性

中圖分類號：TU75文獻標識碼：A文章編號：1674-098X（2012）09（b）-0079-02

電站鍋爐疊梁是電站鍋爐頂端承載結(jié)構(gòu)的一種，為電站鍋爐受熱部件主要承載結(jié)構(gòu)之一，且因其尺寸、重量巨大，工藝、質(zhì)量、工期要求嚴格，構(gòu)件本身價值巨大，因此歷來是電站鍋爐鋼結(jié)構(gòu)制造、使用中受到主要關(guān)注的構(gòu)件之一，本文所提到的工藝改進，在不影響構(gòu)件本身力學(xué)要求的前提下，降低了構(gòu)件的制造質(zhì)量風(fēng)險，縮短了工期，有效的降低了企業(yè)在制造此類大型鋼構(gòu)件中所面臨的風(fēng)險，并為此類構(gòu)件的生產(chǎn)制造提供的一種新的可行性辦法。

1 力學(xué)性能分析

電站鍋爐的的頂層懸吊力學(xué)結(jié)構(gòu)為懸梁垂吊結(jié)構(gòu)，在電站鍋爐構(gòu)件中通常稱為大板梁，疊梁為其中的一種構(gòu)成形式，因此類鋼結(jié)構(gòu)件體型、重量巨大、考慮到制造、安裝以及本身力學(xué)結(jié)構(gòu)的一系列環(huán)節(jié)中的各項限制條件，因此將本為一體的鋼梁結(jié)構(gòu)分為上下兩部分制造，因此將其稱為疊梁，其力學(xué)性能分析如下。

本次受力分析所采用的樣本為哈爾濱鍋爐廠寶清項目60萬千瓦直流鍋爐1#爐頂板層疊梁，其工藝制造要求為哈鍋提供，因其下方懸吊具體情況不詳且不影響力學(xué)分析結(jié)果，故忽略不計。

1）疊梁本體結(jié)構(gòu)。

2）疊梁本體結(jié)構(gòu)受力分析。

疊梁為懸掛鍋爐受熱部件如上部聯(lián)箱，因此類受熱體為均勻結(jié)構(gòu)，所以疊梁本體受力均勻，故疊梁受力簡單，因此可將疊梁視為均勻受力剛性體。

2 工藝改進

為了更好的了解此項工藝改進的內(nèi)容，理解此項工藝改進的意義，本段將詳細介紹疊梁的工藝流程、工藝改進的內(nèi)容、意義、驗校此項工藝合理性的方法等。

2.1 制造工藝簡介

疊梁制作工藝流程及步驟為

（1）構(gòu)件組件制備即板材制備。

（2）疊梁主體組立。

（3）疊梁主體焊接。

（4）疊梁主體校正。

（5）疊梁連接構(gòu)件及構(gòu)件連接螺孔劃線。

（6）疊梁連接構(gòu)件組裝。

（7）疊梁連接構(gòu)件焊接。

（8）疊梁各構(gòu)件連接螺孔鉆孔。

（9）預(yù)裝配、檢查構(gòu)件各幾何尺寸。

（10）再次校正，達到工藝文件要求。

（11）演示裝配、最終確定構(gòu)件達到工藝要求標準并完成最終質(zhì)量文件的編制（如圖1）。

2.2 工藝改進的內(nèi)容

從前文的敘述中我們已經(jīng)知道，疊梁是懸吊鍋爐受熱件的重要承重構(gòu)件，按照國家及哈鍋的工藝標準其本體存在向上彎曲的撓度或者稱為上拱度，其數(shù)值按照所承受力的情況按照成型的力學(xué)模型計算公式進行計算并加以修正，因此疊梁本體其實是弧線體而非直線體，而在實際的生產(chǎn)制作過程中由于鋼板的非均勻性質(zhì)，在焊接疊梁的翼板后其受熱冷卻收縮情況是不均勻的，而作為剛性受力體的疊梁，其工藝要求中的一項重點就是要求上下疊梁的連接緊密性因此疊合面的重合率在螺栓按要求力矩緊固的情況下必須達到100%，不能在垂直面和水平面上出現(xiàn)整體彎曲、錯位，或局部彎曲、錯位等塑性變形從而影響疊合面疊合率的情況，因此在構(gòu)件主體焊接即工藝流程的第三道工序完成后，主體校正成為疊梁制作的一到關(guān)鍵工序，但由于上下疊梁在原工藝方案中為弧線結(jié)構(gòu)，造成上下本體完成后的疊合面為弧線疊合面，且又有冷卻后收縮不均現(xiàn)象的存在，給校正工序帶來極大的困難和風(fēng)險，因為在目前的生產(chǎn)條件下，對此類大型工件的幾何形狀校正多采用局部熱校正的方法，即以火焰加熱的方法使局部加熱后冷卻，由冷卻后產(chǎn)生的塑性變形來校正此類大型鋼結(jié)構(gòu)的幾何尺寸，但由于此類工件為弧形疊合面且存在不均勻收縮現(xiàn)象，因此在校正過程中既要保證構(gòu)件的整體撓度又要保證局部疊合面的幾何尺寸從而保證疊合面的整體疊合率就成為一項非常困難且存在巨大生產(chǎn)風(fēng)險的工藝生產(chǎn)過程，以本項樣本為例，哈鍋寶清項目共制作疊梁8根，其中1、2、號梁為弧形疊合面疊梁其總制作工期為30天，平均工期為15天，且在第一次校正工程中存在單段弧線校正區(qū)域重合的現(xiàn)象，而黑色金屬某一區(qū)域反復(fù)進行校正則會出現(xiàn)金屬疲勞從而影響構(gòu)件本體的力學(xué)特性，所以說存在巨大的生產(chǎn)風(fēng)險，基于以上原因，生產(chǎn)單位基于上述力學(xué)分析及以往經(jīng)驗提出將疊梁弧線疊合面改為直線疊合面既疊梁上部下端和下部疊梁上端做成直線，從而使疊合面成為直線疊合面，但上疊梁上端和下疊梁底端仍為弧線結(jié)構(gòu)，這樣既不影響疊梁剛性體的整體結(jié)構(gòu)特征從而不影響疊梁的整體力學(xué)特性，又避免了弧線疊合面在熱校正中存在的困難和風(fēng)險，此方案提出后經(jīng)生產(chǎn)單位和設(shè)計單位共同論證后認為可行，遂在生產(chǎn)制造中實行，按照統(tǒng)計的結(jié)果，工藝改進改進后整體工期縮短為8-10天，其中主要為熱校正環(huán)節(jié)工期縮短，而且在熱校正過程中熱校正區(qū)域及次數(shù)明顯減少有效的降低了生產(chǎn)風(fēng)險。（因為變形產(chǎn)生為隨機過程不具備統(tǒng)計說明意義，所以在這里只做定性說明不做定量分析）。

2.3 工藝改進效果驗證及結(jié)論

為了驗證此次工藝改進對構(gòu)件自身力學(xué)性能的影響，制造工廠及安裝單位采用制造完成的1#、2#原弧線疊合面鋼梁與工藝改進后的3#、4#直線疊合面鋼梁在制造現(xiàn)場和安裝現(xiàn)場進行了壓載試驗，即已完全裝配狀態(tài)的疊梁壓載現(xiàn)實承載相同質(zhì)量的壓載物體進行的疊梁變形試驗，其試驗方法為模擬疊梁的實際安裝條件將其兩端安裝于兩個高于地面的模擬安裝結(jié)構(gòu)上，在其中段位置放置壓載物，然后進行為期7天的沉降變形，最后記錄變形值并比較前后兩種工藝的變形量以及是否符合工藝的要求，經(jīng)試驗其數(shù)值如表1：

從試驗數(shù)據(jù)中可以看到，3#、4#梁的變形量≤1#、2#梁的變形量，且4根樣本的撓度符合國家級哈鍋的工藝技術(shù)標準，故經(jīng)設(shè)計、生產(chǎn)、安裝三方認定此項工藝改進合理可靠，并可以推廣使用。

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