660MW超超臨界汽輪機(jī)低壓外缸拼裝及防變形措施

孫建華 王輝 王志強(qiáng) 任少華

【摘要】河南龍泉金亨2×660 MW 機(jī)組工程汽輪機(jī)的低壓外缸共分8個(gè)組件，需在施工現(xiàn)場(chǎng)拼裝、焊接。由于低壓外缸體積龐大，焊接工作量大，安裝精度相對(duì)較高，故對(duì)現(xiàn)場(chǎng)拼裝及焊接工藝提出了很高的要求。本文紹了低壓外缸下半、低壓外缸上半的拼裝及焊接工藝，通過(guò)與國(guó)內(nèi)同類工程的對(duì)比，證明采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊等措施后，低壓外缸的拼裝及焊接質(zhì)量達(dá)到了預(yù)計(jì)的要求。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；低壓外缸；二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊；拼裝； 焊接；質(zhì)量；工期

引言

河南龍泉金亨電力有限公司新建2臺(tái)660MW超超臨界燃煤發(fā)電機(jī)組，是我國(guó)目前生產(chǎn)的火電設(shè)備中單機(jī)容量?jī)H次于百萬(wàn)的機(jī)組。該類型機(jī)組在河南省屬首次安裝。低壓外缸采用無(wú)臺(tái)板結(jié)構(gòu)且不承載低壓內(nèi)缸重量，外缸與軸承座分離，直接與凝汽器剛性連接，不與基礎(chǔ)連接。低壓外缸主要有：左右側(cè)板、前后端板、前圓弧支撐、后圓弧支撐、中間腹板、鋼架等組成，需要現(xiàn)場(chǎng)拼裝、組合、焊接，是整臺(tái)汽輪發(fā)電機(jī)組安裝工作量、難度最大的一個(gè)項(xiàng)目，也是我公司目前首次安裝此種類型的低壓外缸。

1、低壓外缸的結(jié)構(gòu)及焊接要求

每臺(tái)低壓外缸總共分成八大件，外上缸分前、中、后3半，其中中間腹板出廠時(shí)用臨時(shí)撐管固定成一體，中間部分的汽缸法蘭為散件，需在現(xiàn)場(chǎng)組裝。

2、低壓外缸上、下半合理拼裝及焊接工藝的嚴(yán)格控制

2.1 低壓外缸下半的合理拼裝及焊接工藝的嚴(yán)格控制

分別將低壓外缸下半的前、后端板吊入基礎(chǔ)坑內(nèi)，用左右調(diào)整螺栓來(lái)調(diào)整端板的標(biāo)高及水平、垂直度。端板的重量由軸承座承受，在端板與基礎(chǔ)之間放置液壓千斤頂和小頂牛，用來(lái)調(diào)整端板的垂直度。

使用事先加工的臨時(shí)壓板將側(cè)板與端板定位。檢查低壓外缸下半的標(biāo)高、水平及對(duì)角線尺寸符合圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求（見(jiàn)圖2）。將端板與側(cè)板點(diǎn)焊牢固，拆除安裝用的臨時(shí)壓板，正式焊接前安裝前后圓弧支撐。

吊裝低壓外下缸組合式鋼架，將鋼架找正找平，安裝鋼架與外下缸之間的撐管及連接板，每臺(tái)低壓外缸共有支撐管44根，4塊兒加固板、4塊兒支撐板、8塊肋最終整體找正低壓外下缸。

在焊接過(guò)程中，由于低壓缸外形尺寸較大，每臺(tái)低壓外缸下半的焊縫長(zhǎng)度19.4m，焊接工作量較大，很容易發(fā)生焊接變形。為了最大限度減小變形量，主要采取了以下措施：

（1）嚴(yán)格按照制定的焊接工藝卡要求。采用二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊進(jìn)行焊接，二氧化碳焊絲直徑為1.2 mm，焊縫高度高于母材。

（2）在坡口型式為雙面坡口處，側(cè)板與端板之間要求無(wú)間隙，而單面坡口處，側(cè)板與端板之間間隙要求為4 mm，由于現(xiàn)場(chǎng)采用火焊切割，焊縫間隙很難保證非常精確一致，故我們采用了堆焊而后再打磨的方法，盡量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)間隙，減小焊接變形量。

（3）焊接過(guò)程中，由4個(gè)焊工分別在汽缸四周同時(shí)進(jìn)行對(duì)稱逆向焊接，焊接速度基本保持一致。焊接時(shí)必須層層推進(jìn)，當(dāng)?shù)谝粚?個(gè)焊工全部焊接結(jié)束后，按照相同的順序進(jìn)行第二層的焊接，絕對(duì)不可以一次完成局部地方的全部焊接。

2.2 低壓外缸上半的合理拼裝及焊接工藝的嚴(yán)格控制。

首先清理并打磨低壓外缸上半前后半缸的水平中分面和垂直中分面，將其分別吊到低壓外下缸中分面上，檢查并調(diào)整上下半缸螺栓孔應(yīng)無(wú)錯(cuò)位，同時(shí)檢查低壓外缸軸封處的徑向及軸向是否有錯(cuò)位現(xiàn)象。然后緊固水平中分面螺栓，用塞尺檢查上下半缸中分面應(yīng)無(wú)間隙。

測(cè)量中間半缸水平中分面法蘭實(shí)際安裝所需長(zhǎng)度，并修整實(shí)際供貨的中分面法蘭長(zhǎng)度。修整時(shí)應(yīng)統(tǒng)一考慮法蘭螺栓孔的位置及法蘭實(shí)際長(zhǎng)度，應(yīng)對(duì)法蘭兩端各進(jìn)行修整。中間半缸水平中分面法蘭與前后半缸的法蘭軸向中間無(wú)間隙，而且法蘭的厚度為80mm，故對(duì)法蘭的切割提出了很高的要求。為提高安裝質(zhì)量，采用機(jī)械切割，并在切割法蘭時(shí)，預(yù)留1 mm 的切割余量，在實(shí)際安裝時(shí)進(jìn)一步打磨修整，確保法蘭之間無(wú)間隙，也保證了焊接質(zhì)量。

接下來(lái)拼裝低壓外上缸的中間腹板，由于中間半缸軸向尺寸預(yù)留了50 mm，首先要測(cè)量前、后半缸中間的空擋尺寸，如圖1中的尺寸A。為了提高安裝精度，可以適當(dāng)?shù)卦黾訙y(cè)點(diǎn)，然后根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)，修整中間腹板的軸向尺寸，并打磨坡口。

中間腹板與前后半缸之間的焊縫采用V字形結(jié)構(gòu)。中間腹板的單側(cè)焊縫需要在現(xiàn)場(chǎng)打磨。圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，焊縫角度為40°，單側(cè)為20°，焊縫間隙為6 mm。由于中間腹板的前后兩條焊縫不是同時(shí)焊接，考慮到在焊接單側(cè)焊縫時(shí)，另一側(cè)焊縫間隙會(huì)由于焊接應(yīng)力而增大，故在焊接前，將另一側(cè)的焊縫間隙事先調(diào)整到3～4 mm。

考慮到焊接可能產(chǎn)生的變形，根據(jù)圖紙要求，中間腹板與中分面法蘭面之間應(yīng)無(wú)間隙。由于在施工現(xiàn)場(chǎng)修整中間腹板的圓周時(shí)，只能采用火焰切割，故很難保證零間隙。為了最大可能地減小焊接變形量，一方面我們施工人員精確地對(duì)切割部分進(jìn)行劃線，另一方面派了技術(shù)精湛、經(jīng)驗(yàn)豐富的施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)切割。而且，火焰切割是反復(fù)修整打磨，直至符合焊接要求。

首先焊接中間腹板與前圓弧支撐，然后再焊接中間腹板與后圓弧支撐。其焊接順序?yàn)?，先每?00 mm進(jìn)行點(diǎn)焊，然后由兩個(gè)焊工同時(shí)對(duì)稱根部焊接，最后進(jìn)行填充焊，每次焊接的長(zhǎng)度約為1 m。

最后焊接中間半缸水平中分面法蘭，焊接工藝同上，焊接順序?yàn)椋合赛c(diǎn)焊，然后焊接左側(cè)法蘭，再焊接右側(cè)法蘭，每次都由兩個(gè)焊工同時(shí)在內(nèi)外兩側(cè)對(duì)稱逆向焊接，每次焊接長(zhǎng)度為500 mm。

由于焊接中間半缸水平中分面法蘭是整個(gè)低壓缸焊接中最重要、最關(guān)鍵的一步，如果焊接變形太大，最直接的后果就是汽缸中分面產(chǎn)生間隙，如果該間隙在緊固螺栓后無(wú)法消除，則必須將該法蘭割除后重新焊接。同低壓外缸下半焊接時(shí)一樣，我們也采用了大錘對(duì)焊縫進(jìn)行不問(wèn)斷地敲擊，以達(dá)到快速消除熱應(yīng)力的目的。

3、低壓外下缸與凝汽器焊接

低壓外缸上半焊接結(jié)束后，進(jìn)行低壓缸與凝汽器的連接。在低壓外缸與凝汽器之間鑲嵌一條高度為200 mm 的鐵板，鐵板的上下分別采用焊接方式與低壓外缸下半和凝汽器接頸進(jìn)行剛性連接。以1號(hào)低壓缸為例，其與凝汽器焊接的焊縫總長(zhǎng)度為54 m，為了減小焊接變形量，我們采取了同焊接低壓外缸下半一樣的控制方法，不同的是，我們安排了6個(gè)焊工同時(shí)逆向?qū)ΨQ焊接，每次的焊接長(zhǎng)度為500 mm，并在4個(gè)角各架兩塊百分表進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)焊接變形超過(guò)0.1mm時(shí)立即停止施焊。先進(jìn)行連接板與低壓外缸下半的焊接，然后再進(jìn)行凝汽器與連接板的焊接。

低壓外下缸與凝汽器焊接結(jié)束后，吊走外上缸，測(cè)量外下缸的拼裝幾何尺寸，與焊接前比較，焊接后變形量完全在預(yù)控目標(biāo)之內(nèi)。

4、統(tǒng)籌安排、合理利用時(shí)間

為了按預(yù)定計(jì)劃14天高質(zhì)量完成兩臺(tái)全焊接時(shí)低壓缸的組裝、焊接工作，本體班合理分配人員，24小時(shí)不停加班加點(diǎn)。

結(jié)論

由于有以上成熟的低壓缸組裝及焊接方案作為指導(dǎo)，加上本體班統(tǒng)籌安排、合理利用時(shí)間，經(jīng)過(guò)14天的日夜鏖戰(zhàn)，我們高質(zhì)量的完成了2臺(tái)低壓外缸的組裝、焊接工作。

質(zhì)量上：低壓外缸拼裝焊接結(jié)束后，汽缸中分面螺栓孔無(wú)錯(cuò)位，所有螺栓能100% 安裝到位；Ⅰ號(hào)低壓外缸中分面最大間隙2 mm，Ⅱ低壓外缸中分面最大間隙為1.8mm（浙江玉環(huán)焊接后中分面最大間隙為3.4mm），緊固螺栓后，上述間隙均可以輕松消除；對(duì)交線最大變形量為3mm。

時(shí)間上：經(jīng)過(guò)14天日夜的鏖戰(zhàn)，2臺(tái)散件供貨全焊接式低壓外缸順利完成了組合、拼裝、焊接工作。從開(kāi)始組裝到結(jié)束歷時(shí)11天，比業(yè)主預(yù)定的14天計(jì)劃提前了3天，比同類型機(jī)組提前了31天。

參考文獻(xiàn)

[1]上海汽輪機(jī)廠供圖紙

[2]、電力建設(shè)施工質(zhì)量驗(yàn)收及評(píng)價(jià)規(guī)程 第3部分：汽輪發(fā)電機(jī)組（DL/5210.3—2009）