660MW超超臨界汽輪機低壓外缸拼裝及防變形措施

孫建華 王輝 王志強 任少華

【摘要】河南龍泉金亨2×660 MW 機組工程汽輪機的低壓外缸共分8個組件，需在施工現場拼裝、焊接。由于低壓外缸體積龐大，焊接工作量大，安裝精度相對較高，故對現場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，通過與國內同類工程的對比，證明采用二氧化碳氣體保護焊等措施后，低壓外缸的拼裝及焊接質量達到了預計的要求。

【關鍵詞】汽輪機；低壓外缸；二氧化碳氣體保護焊；拼裝； 焊接；質量；工期

引言

河南龍泉金亨電力有限公司新建2臺660MW超超臨界燃煤發電機組，是我國目前生產的火電設備中單機容量僅次于百萬的機組。該類型機組在河南省屬首次安裝。低壓外缸采用無臺板結構且不承載低壓內缸重量，外缸與軸承座分離，直接與凝汽器剛性連接，不與基礎連接。低壓外缸主要有：左右側板、前后端板、前圓弧支撐、后圓弧支撐、中間腹板、鋼架等組成，需要現場拼裝、組合、焊接，是整臺汽輪發電機組安裝工作量、難度最大的一個項目，也是我公司目前首次安裝此種類型的低壓外缸。

1、低壓外缸的結構及焊接要求

每臺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用臨時撐管固定成一體，中間部分的汽缸法蘭為散件，需在現場組裝。

2、低壓外缸上、下半合理拼裝及焊接工藝的嚴格控制

2.1 低壓外缸下半的合理拼裝及焊接工藝的嚴格控制

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

使用事先加工的臨時壓板將側板與端板定位。檢查低壓外缸下半的標高、水平及對角線尺寸符合圖紙設計要求（見圖2）。將端板與側板點焊牢固，拆除安裝用的臨時壓板，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。

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

（1）嚴格按照制定的焊接工藝卡要求。采用二氧化碳氣體保護焊進行焊接，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，側板與端板之間要求無間隙，而單面坡口處，側板與端板之間間隙要求為4 mm，由于現場采用火焊切割，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，盡量達到標準間隙，減小焊接變形量。

（3）焊接過程中，由4個焊工分別在汽缸四周同時進行對稱逆向焊接，焊接速度基本保持一致。焊接時必須層層推進，當第一層4個焊工全部焊接結束后，按照相同的順序進行第二層的焊接，絕對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，檢查并調整上下半缸螺栓孔應無錯位，同時檢查低壓外缸軸封處的徑向及軸向是否有錯位現象。然后緊固水平中分面螺栓，用塞尺檢查上下半缸中分面應無間隙。

測量中間半缸水平中分面法蘭實際安裝所需長度，并修整實際供貨的中分面法蘭長度。修整時應統一考慮法蘭螺栓孔的位置及法蘭實際長度，應對法蘭兩端各進行修整。中間半缸水平中分面法蘭與前后半缸的法蘭軸向中間無間隙，而且法蘭的厚度為80mm，故對法蘭的切割提出了很高的要求。為提高安裝質量，采用機械切割，并在切割法蘭時，預留1 mm 的切割余量，在實際安裝時進一步打磨修整，確保法蘭之間無間隙，也保證了焊接質量。

接下來拼裝低壓外上缸的中間腹板，由于中間半缸軸向尺寸預留了50 mm，首先要測量前、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，可以適當地增加測點，然后根據所測數據，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字形結構。中間腹板的單側焊縫需要在現場打磨。圖紙設計要求，焊縫角度為40°，單側為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焊接，考慮到在焊接單側焊縫時，另一側焊縫間隙會由于焊接應力而增大，故在焊接前，將另一側的焊縫間隙事先調整到3～4 mm。

考慮到焊接可能產生的變形，根據圖紙要求，中間腹板與中分面法蘭面之間應無間隙。由于在施工現場修整中間腹板的圓周時，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切割部分進行劃線，另一方面派了技術精湛、經驗豐富的施工人員進行現場切割。而且，火焰切割是反復修整打磨，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。其焊接順序為，先每隔500 mm進行點焊，然后由兩個焊工同時對稱根部焊接，最后進行填充焊，每次焊接的長度約為1 m。

最后焊接中間半缸水平中分面法蘭，焊接工藝同上，焊接順序為：先點焊，然后焊接左側法蘭，再焊接右側法蘭，每次都由兩個焊工同時在內外兩側對稱逆向焊接，每次焊接長度為500 mm。

由于焊接中間半缸水平中分面法蘭是整個低壓缸焊接中最重要、最關鍵的一步，如果焊接變形太大，最直接的后果就是汽缸中分面產生間隙，如果該間隙在緊固螺栓后無法消除，則必須將該法蘭割除后重新焊接。同低壓外缸下半焊接時一樣，我們也采用了大錘對焊縫進行不問斷地敲擊，以達到快速消除熱應力的目的。

3、低壓外下缸與凝汽器焊接

低壓外缸上半焊接結束后，進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行剛性連接。以1號低壓缸為例，其與凝汽器焊接的焊縫總長度為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個焊工同時逆向對稱焊接，每次的焊接長度為500 mm，并在4個角各架兩塊百分表進行監測，當焊接變形超過0.1mm時立即停止施焊。先進行連接板與低壓外缸下半的焊接，然后再進行凝汽器與連接板的焊接。

低壓外下缸與凝汽器焊接結束后，吊走外上缸，測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控目標之內。

4、統籌安排、合理利用時間

為了按預定計劃14天高質量完成兩臺全焊接時低壓缸的組裝、焊接工作，本體班合理分配人員，24小時不停加班加點。

結論

由于有以上成熟的低壓缸組裝及焊接方案作為指導，加上本體班統籌安排、合理利用時間，經過14天的日夜鏖戰，我們高質量的完成了2臺低壓外缸的組裝、焊接工作。

質量上：低壓外缸拼裝焊接結束后，汽缸中分面螺栓孔無錯位，所有螺栓能100% 安裝到位；Ⅰ號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；對交線最大變形量為3mm。

時間上：經過14天日夜的鏖戰，2臺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。從開始組裝到結束歷時11天，比業主預定的14天計劃提前了3天，比同類型機組提前了31天。

參考文獻

[1]上海汽輪機廠供圖紙

[2]、電力建設施工質量驗收及評價規程 第3部分：汽輪發電機組（DL/5210.3—2009）