电站锅炉叠梁制作中的一项工艺改进

摘要：本文采用力学分析、工艺分析并结合现场跟踪调查验证的方法论述了对大型电站锅炉钢结构的主要承重部件顶梁中的叠梁的一项制作工艺的改进，证明了此种方法在保证构件本身技术参数达到要求的前提下，对生产此种作用重要、价值巨大的大型钢结构构件所起到的降低生产风险、提高生产效率的优势作用。

关键词：弧线叠合面 直线叠合面 叠合标准 校正 力学特性

（LiaoNing Guangsha Steel Structural Engineering Company Ltd）

Abstract：This article relates a approach of mechanical analysis、workmanship analysis and together field tracing test ，discusses the improve processing technology of large power station boiler steel framework of main load-supporting part top beam of stop log. The method includes on the premise of guarantee technical parameter of component meet the challenge ，for produce this have important function’s large steelwork play a dominant function for to bring down production risk and productivity gain.

0、引言

电站锅炉叠梁是电站锅炉顶端承载结构的一种，为电站锅炉受热部件主要承载结构之一，且因其尺寸、重量巨大，工艺、质量、工期要求严格，构件本身价值巨大，因此历来是电站锅炉钢结构制造、使用中受到主要关注的构件之一，本文所提到的工艺改进，在不影响构件本身力学要求的前提下，降低了构件的制造质量风险，缩短了工期，有效的降低了企业在制造此类大型钢构件中所面临的风险，并为此类构件的生产制造提供的一种新的可行性办法。

1、力学性能分析

电站锅炉的的顶层悬吊力学结构为悬梁垂吊结构，在电站锅炉构件中通常称为大板梁，

叠梁为其中的一种构成形式，因此类钢结构件体型、重量巨大、考虑到制造、安装以及本身力学结构的一系列环节中的各项限制条件，因此将本为一体的钢梁结构分为上下两部分制造，因此将其称为叠梁，其力学性能分析如下

1.1受力样本选择及受力环境分析

本次受力分析所采用的样本为哈尔滨锅炉厂宝清项目60万千瓦直流锅炉1#炉顶板层叠梁，其工艺制造要求为哈锅提供，因其下方悬吊具体情况不详且不影响力学分析结果，故忽略不计。

1.1.1 叠梁本体结构

1.1.2 叠梁本体结构受力分析

叠梁为悬挂锅炉受热部件如上部联箱，因此类受热体为均匀结构，所以叠梁本体受力均匀，故叠梁受力简单，因此可将叠梁视为均匀受力刚性体。

2、工艺改进

为了更好的了解此项工艺改进的内容，理解此项工艺改进的意义，本段将详细介绍叠梁的工艺流程、工艺改进的内容、意义、验校此项工艺合理性的方法等。

2.1 制造工艺简介

叠梁制作工艺流程及步骤为

（1） 构件组件制备即板材制备。

（2） 叠梁主体组立。

（3） 叠梁主体焊接。

（4） 叠梁主体校正。

（5） 叠梁连接构件及构件连接螺孔划线

（6） 叠梁连接构件组装。

（7） 叠梁连接构件焊接。

（8） 叠梁各构件连接螺孔钻孔。

（9） 预装配、检查构件各几何尺寸。

（10） 再次校正，达到工艺文件要求。

（11） 演示装配、最终确定构件达到工艺要求标准并完成最终质量文件的编制。

2.2 工艺改进的内容

从前文的叙述中我们已经知道，叠梁是悬吊锅炉受热件的重要承重构件，按照国家及哈锅的工艺标准其本体存在向上弯曲的挠度或者称为上拱度，其数值按照所承受力的情况按照成型的力学模型计算公式进行计算并加以修正，因此叠梁本体其实是弧线体而非直线体，而在实际的生产制作过程中由于钢板的非均匀性质，在焊接叠梁的翼板后其受热冷却收缩情况是不均匀的，而作为刚性受力体的叠梁，其工艺要求中的一项重点就是要求上下叠梁的连接紧密性因此叠合面的重合率在螺栓按要求力矩紧固的情况下必须达到100%，不能在垂直面和水平面上出现整体弯曲、错位，或局部弯曲、错位等塑性变形从而影响叠合面叠合率的情况，因此在构件主体焊接即工艺流程的第三道工序完成后，主体校正成为叠梁制作的一到关键工序，但由于上下叠梁在原工艺方案中为弧线结构，造成上下本体完成后的叠合面为弧线叠合面，且又有冷却后收缩不均现象的存在，给校正工序带来极大的困难和风险，因为在目前的生产条件下，对此类大型工件的几何形状校正多采用局部热校正的方法，即以火焰加热的方法使局部加热后冷却，由冷却后产生的塑性变形来校正此类大型钢结构的几何尺寸，但由于此类工件为弧形叠合面且存在不均匀收缩现象，因此在校正过程中既要保证构件的整体挠度又要保证局部叠合面的几何尺寸从而保证叠合面的整体叠合率就成为一项非常困难且存在巨大生产风险的工艺生产过程，以本项样本为例，哈锅宝清项目共制作叠梁8根，其中1、2、号梁为弧形叠合面叠梁其总制作工期为30天，平均工期为15天，且在第一次校正工程中存在单段弧线校正区域重合的现象，而黑色金属某一区域反复进行校正则会出现金属疲劳从而影响构件本体的力学特性，所以说存在巨大的生产风险，基于以上原因，生产单位基于上述力学分析及以往经验提出将叠梁弧线叠合面改为直线叠合面既叠梁上部下端和下部叠梁上端做成直线，从而使叠合面成为直线叠合面，但上叠梁上端和下叠梁底端仍为弧线结构，这样既不影响叠梁刚性体的整体结构特征从而不影响叠梁的整体力学特性，又避免了弧线叠合面在热校正中存在的困难和风险，此方案提出后经生产单位和设计单位共同论证后认为可行，遂在生产制造中实行，按照统计的结果，工艺改进改进后整体工期缩短为8-10天，其中主要为热校正环节工期缩短，而且在热校正过程中热校正区域及次数明显减少有效的降低了生产风险。（因为变形产生为随机过程不具备统计说明意义，所以在这里只做定性说明不做定量分析）。

2.3 工艺改进效果验证及结论

为了验证此次工艺改进对构件自身力学性能的影响，制造工厂及安装单位采用制造完成的1#、2#原弧线叠合面钢梁与工艺改进后的3#、4#直线叠合面钢梁在制造现场和安装现场进行了压载试验，即已完全装配状态的叠梁压载现实承载相同质量的压载物体进行的叠梁变形试验，其试验方法为模拟叠梁的实际安装条件将其两端安装于两个高于地面的模拟安装结构上，在其中段位置放置压载物，然后进行为期7天的沉降变形，最后记录变形值并比较前后两种工艺的变形量以及是否符合工艺的要求，经试验其数值如下：

从试验数据中可以看到，3#、4#梁的变形量≤1#、2#梁的变形量，且4根样本的挠度符合部级哈锅的工艺技术标准，故经设计、生产、安装三方认定此项工艺改进合理可靠，并可以推广使用。

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