李才智

摘 要：為進一步提高火電廠的運行效益，在火電廠輸煤系統(tǒng)中的煤倉下設(shè)置圓錐體雙曲線鋼煤斗，是一項防止在運行過程中堵煤的有效措施，由于圓錐體雙曲線鋼煤斗形狀復(fù)雜，制造較困難，采用傳統(tǒng)的加工制造工藝，會導(dǎo)致圓錐體雙曲線鋼煤斗加工制造技術(shù)及經(jīng)濟效益均很低。馬鞍山發(fā)電廠輸煤系統(tǒng)中鋼煤斗采用矩形、方圓節(jié)和雙曲線相結(jié)合的工藝設(shè)計，其原設(shè)計較復(fù)雜，異形件較多，壁板設(shè)計較薄，使得在加工制作過程中容易造成尺寸上的誤差和焊接收縮變形，導(dǎo)致雙曲線鋼煤斗的臨界截面收縮率達不到設(shè)計要求，以及對原材料的利用率較低。經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計和施工方案，在設(shè)計方案上采用12節(jié)圓臺體來替代原設(shè)計的10節(jié)圓臺體，從而保證雙曲線鋼煤斗的臨界界面收縮率；在施工方案上采用先拼板后，再利用電腦進行合理的排版，再下料，來提高對原材料的利用率，使得材料成本大大降低，以及通過改進焊接工藝來保證焊接質(zhì)量，從而大大提高圓錐體雙曲線鋼煤斗加工制造技術(shù)及經(jīng)濟效益。

關(guān)鍵詞：雙曲線鋼煤斗；臨界界面收縮率；優(yōu)化設(shè)計方案；優(yōu)化施工方案；技術(shù)經(jīng)濟效益

1 概況

1.1 設(shè)計理念

隨著現(xiàn)代化城市和工業(yè)的不斷發(fā)展，對電能的需求日益劇增，使得火力發(fā)電項目迅速發(fā)展，為進一步提高火電廠的運行效益，在火電廠的設(shè)計和施工技術(shù)方面也發(fā)生了日新月異的變化，如在火電廠輸煤系統(tǒng)中，在煤倉下設(shè)置圓錐體雙曲線鋼煤斗，是一項防止在運行過程中堵煤的有效措施。選擇圓錐體雙曲線鋼煤斗上口直徑、下口直徑、煤斗高時，應(yīng)考慮煤斗等截面收縮率，收縮率大小應(yīng)視具體工程具體分析，由于圓錐體雙曲線鋼煤斗形狀復(fù)雜，制造較困難，在工程實際應(yīng)用中，采用多節(jié)等高圓臺來替代，做成近似雙曲線煤斗。為保證煤流經(jīng)過時不堵塞，各節(jié)圓臺的最大截面收縮率不應(yīng)大于雙曲線煤斗的臨界截面收縮率。

1.2 工程概況

馬鞍山發(fā)電廠“2×660MW”燃煤機組工程位于安徽省馬鞍山市金家莊區(qū)，其主廠房采用側(cè)煤倉間布置，在側(cè)煤倉間32.55m層設(shè)置六臺相同的鋼煤斗，鋼煤斗采用矩形、方圓節(jié)和雙曲線相互結(jié)合圓滑過渡而成的工藝設(shè)計，其中圓錐體雙曲線鋼煤斗原設(shè)計尺寸為：上/下口外徑為φ6400/φ1000mm，垂直高度為9.75m，分10節(jié)圓臺組合而成，壁厚10mm，材質(zhì)為，其原設(shè)計較復(fù)雜，異形件較多，壁板設(shè)計較薄，使得在加工制作過程中容易造成尺寸上的誤差和焊接收縮變形，導(dǎo)致雙曲線鋼煤斗的臨界截面收縮率達不到設(shè)計要求，以及對原材料的利用率較低，從而導(dǎo)致經(jīng)濟效益差。

針對馬鞍山工程圓錐體雙曲線鋼煤斗原設(shè)計的特點，經(jīng)過仔細的研究和分析，存在的問題主要有：（1）就如何控制加工制作尺寸，從而保證各節(jié)圓臺的最大截面收縮率不應(yīng)大于雙曲線煤斗的臨界截面收縮率，并充分體現(xiàn)圓錐體雙曲線鋼煤斗曲線的完美過渡；（2）在保證雙曲線煤斗的臨界截面收縮率的情況下，如何充分利用原材料，降低加工制作成本，從而提高圓錐體雙曲線鋼煤斗加工制作技術(shù)經(jīng)濟效益。

2 優(yōu)化設(shè)計和施工方案

2.1 優(yōu)化設(shè)計方案

為了既能保證各節(jié)圓臺的最大截面收縮率不應(yīng)大于雙曲線煤斗的臨界截面收縮率，充分體現(xiàn)圓錐體雙曲線鋼煤斗曲線的完美過渡，又能充分利用原材料，降低加工制作成本，從而提高圓錐體雙曲線鋼煤斗加工制作技術(shù)經(jīng)濟效益。經(jīng)過一些列的三維視圖模擬，決定將原設(shè)計的10節(jié)圓臺體變?yōu)?2節(jié)圓臺體，具體的節(jié)數(shù)尺寸分布見下表（經(jīng)過設(shè)計人員的確認，該數(shù)據(jù)能夠保證雙曲線煤斗的臨界截面收縮率，且不影響鋼煤斗整體的結(jié)構(gòu)強度，可行）。通過12節(jié)圓臺體依次首尾相連組合而成，這樣既能便于加工制作，且有利于各節(jié)圓臺的最大截面收縮率控制，更能顯示出雙曲線鋼煤斗的曲線美（詳見下效果圖），而且還能在加工下料時充分的利用原材料。

2.2 優(yōu)化施工方案

針對馬鞍山鋼煤斗具有結(jié)構(gòu)尺寸大，壁板薄的特點，在圓臺體相互間組合過程中，容易造成尺寸上的誤差和焊接收縮變形，導(dǎo)致無法滿足雙曲線煤斗的臨界截面收縮率，且無法形成工藝設(shè)計要求的曲線美，焊縫相對較多，控制難度更加突出。針對“雙曲線鋼煤斗外形尺寸超差”這一主要問題，從人、機、料、法、環(huán)等方面分析原因，并繪制因果圖如下，從下圖看出，共有10個末端因素。

經(jīng)過各類原因的因果分析，最終確定造成圓錐體鋼煤斗外形尺寸超差的主要原因有：（1）下料方法不科學，造成下料尺寸超差；（2）焊接工序和工藝不合理，造成焊接變形嚴重；（3）施工人員技能素質(zhì)差；（4）圓錐體雙曲線組合方法不合理，造成組合誤差大。

就上述四大影響因素在施工過程中如何控制，需從以下幾方面做到：（1）如何進行合理的下料，落實到具體的技術(shù)人員，負責通過電腦準確的模擬，制訂好每塊板的下料尺寸，并負責過程中的指導(dǎo)和監(jiān)督，并做好施工記錄。（2）制訂合理的焊接工藝卡及焊接工藝評定，確保焊接質(zhì)量，以及焊接變形控制，由專門的焊接質(zhì)檢員負責指導(dǎo)和過程監(jiān)督。（3）做好開工前的施工技術(shù)交底，交底的對象是全體施工人員，確保每位施工人員都熟悉各自工作的要領(lǐng)和注意事項。（4）制訂合理的組合方式，減小組合尺寸的積累誤差。（5）在施工過程中實行PDCA循環(huán)質(zhì)量控制流程。

針對馬鞍山電廠圓錐體雙曲線鋼煤斗的設(shè)計特點，經(jīng)過反復(fù)的研究和討論，決定在依據(jù)常規(guī)的施工工藝基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新，第一步拼板：為了能充分利用原材料，采用先拼板再下料的方式，用兩塊鋼板（長10米、寬2米）以長度方向進行拼接，這樣拼板的先進性我們將以第四節(jié)雙曲線煤斗為例進行敘述，通過下圖的分析對比我們可以清晰的發(fā)現(xiàn)，采用先拼板再下料，再加以合理的排版，同樣是第四節(jié)圓錐體但是兩種不同的方案對原材料的需求卻相差甚遠，優(yōu)化后的方案制作12只鋼煤斗的第四節(jié)只需要5張鋼板（長10米、寬2米），而優(yōu)化前的方案卻需要12張鋼板（長10米、寬2米）。所以我們的優(yōu)化方案對原材料的利用率大大提高，而且拼板的直焊縫我們利用埋弧自動焊進行焊接，其焊接的效率高，焊縫的質(zhì)量可以得到保障。endprint

優(yōu)化后的下料排版圖：

第二步下料：將放樣好的下料尺寸在鋼板上用石筆給畫出清晰的扇形輪廓，為了能夠更好的控制下料尺寸，我們將用半自動切割代替手工切割，但常規(guī)的半自動切割機只能進行直線切割，不能進行圓弧切割，為此我們將半自動切割機的結(jié)構(gòu)進行了簡單的改造，加工一個簡易的半徑控制桿，控制桿圓心套在一個固定好的螺栓上，控制桿另一端連接半自動切割機，控制桿的長度以扇形圓弧半徑為準，在下料時半自動切割機就可以自行的以控制桿為半徑割出規(guī)則的弧形，切割出的邊口非常的圓滑整齊，就不會出現(xiàn)手工焊造成的鋸齒型，而且比人工切割效率高。

第三步拼接：下料完畢后，在鋼樣臺上按照1：1的比例將每節(jié)圓錐體實地放樣好，然后將下料好的等分塊對號入座，形成一個整體扇形弧度板，然后把四周焊上臨時固定卡，防止焊接豎焊縫時出現(xiàn)變形，拼接焊縫焊接完畢后，將所有的拼接焊縫清理干凈，并對拼接后產(chǎn)生的焊縫變形用大榔頭予以矯正、平整，最后對平整后的鋼板進行檢驗，應(yīng)符合表面質(zhì)量要求。

第四步卷制：用龍門吊將整體拼接好的扇形板吊起，送至卷板機處進行卷制，開始的時候一端在放進卷板機里的時候要保持邊口要與輥軸平行，也即是半徑方向要與輥軸在重合，防止最終卷制出錯口，另一端依然用龍門吊給吊起，防止變形，并且在卷板的過程中，一名人員要時刻拿著一個弧形控制樣板進行測量和監(jiān)控，過程中操作人員要有效的控制好滾筒卷制速度，卷制成型后，將最后一道接口利用電焊點焊牢固，形成整體后，再在滾筒上來回卷制三次，確保錐體的圓度滿足設(shè)計要求。

第五步組對：組對我們采用從小口開始倒立依次組對，以便更好的控制組對的尺寸誤差積累。先將第一節(jié)錐體放在樣臺上，調(diào)整好水平度，并且在第一節(jié)中心位置固定一個立桿，后面在裝第二節(jié)的時候，在第二節(jié)的小口上用一個等于小口直徑的橫桿，中心位置有個凹槽正好卡在中心立桿上，轉(zhuǎn)動橫杠，來調(diào)節(jié)兩節(jié)錐體的中心對齊，這樣可以非常有效的防止在組對的過程中差生偏心，依次按此方法組對，最后便形成一個完整的圓錐體雙曲線（見下圖）。

第六步焊接：為了控制焊接變形，我們制定了詳細的焊接工藝方案，并通過焊接工藝評定加以實踐驗證，最終就如何控制焊接變形，我們主要從焊接電流的大小和焊接順序上進行控制，從而制定了如下焊接工藝：

（1）為了減少熱量輸出，焊接電流由常規(guī)的110～130A調(diào)低15%；

（2）焊條直徑由4mm改為3.2mm；

（3）對卷板進行組焊時，縱向焊縫只焊中間一半，兩端的焊縫在節(jié)與節(jié)組焊時待水平環(huán)焊縫焊接完畢后再焊接；

（4）焊接水平環(huán)向焊縫時，為使熱影響區(qū)均勻布置，首先沿圓周方向?qū)ΨQ均勻地點焊牢固，再進行對稱連續(xù)焊接。

（5）所有焊縫均利用碳弧氣炮進行反面清根，再進行焊接。

3 結(jié)束語

該方案已在馬鞍山電廠鋼煤斗施工中成功應(yīng)用，節(jié)約了材料成本約90萬元，而且質(zhì)量控制到位，工藝美觀，被業(yè)主列為馬鞍山電廠擴建工程的精品示范點。較好的控制了制作過程中的各類變形和尺寸控制，提高了雙曲線鋼煤斗的藝術(shù)美感，為工程創(chuàng)優(yōu)作出了貢獻，可在以后同類型機組雙曲線鋼煤斗施工中廣泛推廣運用。endprint

優(yōu)化后的下料排版圖：

第二步下料：將放樣好的下料尺寸在鋼板上用石筆給畫出清晰的扇形輪廓，為了能夠更好的控制下料尺寸，我們將用半自動切割代替手工切割，但常規(guī)的半自動切割機只能進行直線切割，不能進行圓弧切割，為此我們將半自動切割機的結(jié)構(gòu)進行了簡單的改造，加工一個簡易的半徑控制桿，控制桿圓心套在一個固定好的螺栓上，控制桿另一端連接半自動切割機，控制桿的長度以扇形圓弧半徑為準，在下料時半自動切割機就可以自行的以控制桿為半徑割出規(guī)則的弧形，切割出的邊口非常的圓滑整齊，就不會出現(xiàn)手工焊造成的鋸齒型，而且比人工切割效率高。

第三步拼接：下料完畢后，在鋼樣臺上按照1：1的比例將每節(jié)圓錐體實地放樣好，然后將下料好的等分塊對號入座，形成一個整體扇形弧度板，然后把四周焊上臨時固定卡，防止焊接豎焊縫時出現(xiàn)變形，拼接焊縫焊接完畢后，將所有的拼接焊縫清理干凈，并對拼接后產(chǎn)生的焊縫變形用大榔頭予以矯正、平整，最后對平整后的鋼板進行檢驗，應(yīng)符合表面質(zhì)量要求。

第四步卷制：用龍門吊將整體拼接好的扇形板吊起，送至卷板機處進行卷制，開始的時候一端在放進卷板機里的時候要保持邊口要與輥軸平行，也即是半徑方向要與輥軸在重合，防止最終卷制出錯口，另一端依然用龍門吊給吊起，防止變形，并且在卷板的過程中，一名人員要時刻拿著一個弧形控制樣板進行測量和監(jiān)控，過程中操作人員要有效的控制好滾筒卷制速度，卷制成型后，將最后一道接口利用電焊點焊牢固，形成整體后，再在滾筒上來回卷制三次，確保錐體的圓度滿足設(shè)計要求。

第五步組對：組對我們采用從小口開始倒立依次組對，以便更好的控制組對的尺寸誤差積累。先將第一節(jié)錐體放在樣臺上，調(diào)整好水平度，并且在第一節(jié)中心位置固定一個立桿，后面在裝第二節(jié)的時候，在第二節(jié)的小口上用一個等于小口直徑的橫桿，中心位置有個凹槽正好卡在中心立桿上，轉(zhuǎn)動橫杠，來調(diào)節(jié)兩節(jié)錐體的中心對齊，這樣可以非常有效的防止在組對的過程中差生偏心，依次按此方法組對，最后便形成一個完整的圓錐體雙曲線（見下圖）。

第六步焊接：為了控制焊接變形，我們制定了詳細的焊接工藝方案，并通過焊接工藝評定加以實踐驗證，最終就如何控制焊接變形，我們主要從焊接電流的大小和焊接順序上進行控制，從而制定了如下焊接工藝：

（1）為了減少熱量輸出，焊接電流由常規(guī)的110～130A調(diào)低15%；

（2）焊條直徑由4mm改為3.2mm；

（3）對卷板進行組焊時，縱向焊縫只焊中間一半，兩端的焊縫在節(jié)與節(jié)組焊時待水平環(huán)焊縫焊接完畢后再焊接；

（4）焊接水平環(huán)向焊縫時，為使熱影響區(qū)均勻布置，首先沿圓周方向?qū)ΨQ均勻地點焊牢固，再進行對稱連續(xù)焊接。

（5）所有焊縫均利用碳弧氣炮進行反面清根，再進行焊接。

3 結(jié)束語

該方案已在馬鞍山電廠鋼煤斗施工中成功應(yīng)用，節(jié)約了材料成本約90萬元，而且質(zhì)量控制到位，工藝美觀，被業(yè)主列為馬鞍山電廠擴建工程的精品示范點。較好的控制了制作過程中的各類變形和尺寸控制，提高了雙曲線鋼煤斗的藝術(shù)美感，為工程創(chuàng)優(yōu)作出了貢獻，可在以后同類型機組雙曲線鋼煤斗施工中廣泛推廣運用。endprint

優(yōu)化后的下料排版圖：

第二步下料：將放樣好的下料尺寸在鋼板上用石筆給畫出清晰的扇形輪廓，為了能夠更好的控制下料尺寸，我們將用半自動切割代替手工切割，但常規(guī)的半自動切割機只能進行直線切割，不能進行圓弧切割，為此我們將半自動切割機的結(jié)構(gòu)進行了簡單的改造，加工一個簡易的半徑控制桿，控制桿圓心套在一個固定好的螺栓上，控制桿另一端連接半自動切割機，控制桿的長度以扇形圓弧半徑為準，在下料時半自動切割機就可以自行的以控制桿為半徑割出規(guī)則的弧形，切割出的邊口非常的圓滑整齊，就不會出現(xiàn)手工焊造成的鋸齒型，而且比人工切割效率高。

第三步拼接：下料完畢后，在鋼樣臺上按照1：1的比例將每節(jié)圓錐體實地放樣好，然后將下料好的等分塊對號入座，形成一個整體扇形弧度板，然后把四周焊上臨時固定卡，防止焊接豎焊縫時出現(xiàn)變形，拼接焊縫焊接完畢后，將所有的拼接焊縫清理干凈，并對拼接后產(chǎn)生的焊縫變形用大榔頭予以矯正、平整，最后對平整后的鋼板進行檢驗，應(yīng)符合表面質(zhì)量要求。

第四步卷制：用龍門吊將整體拼接好的扇形板吊起，送至卷板機處進行卷制，開始的時候一端在放進卷板機里的時候要保持邊口要與輥軸平行，也即是半徑方向要與輥軸在重合，防止最終卷制出錯口，另一端依然用龍門吊給吊起，防止變形，并且在卷板的過程中，一名人員要時刻拿著一個弧形控制樣板進行測量和監(jiān)控，過程中操作人員要有效的控制好滾筒卷制速度，卷制成型后，將最后一道接口利用電焊點焊牢固，形成整體后，再在滾筒上來回卷制三次，確保錐體的圓度滿足設(shè)計要求。

第五步組對：組對我們采用從小口開始倒立依次組對，以便更好的控制組對的尺寸誤差積累。先將第一節(jié)錐體放在樣臺上，調(diào)整好水平度，并且在第一節(jié)中心位置固定一個立桿，后面在裝第二節(jié)的時候，在第二節(jié)的小口上用一個等于小口直徑的橫桿，中心位置有個凹槽正好卡在中心立桿上，轉(zhuǎn)動橫杠，來調(diào)節(jié)兩節(jié)錐體的中心對齊，這樣可以非常有效的防止在組對的過程中差生偏心，依次按此方法組對，最后便形成一個完整的圓錐體雙曲線（見下圖）。

第六步焊接：為了控制焊接變形，我們制定了詳細的焊接工藝方案，并通過焊接工藝評定加以實踐驗證，最終就如何控制焊接變形，我們主要從焊接電流的大小和焊接順序上進行控制，從而制定了如下焊接工藝：

（1）為了減少熱量輸出，焊接電流由常規(guī)的110～130A調(diào)低15%；

（2）焊條直徑由4mm改為3.2mm；

（3）對卷板進行組焊時，縱向焊縫只焊中間一半，兩端的焊縫在節(jié)與節(jié)組焊時待水平環(huán)焊縫焊接完畢后再焊接；

（4）焊接水平環(huán)向焊縫時，為使熱影響區(qū)均勻布置，首先沿圓周方向?qū)ΨQ均勻地點焊牢固，再進行對稱連續(xù)焊接。

（5）所有焊縫均利用碳弧氣炮進行反面清根，再進行焊接。

3 結(jié)束語

該方案已在馬鞍山電廠鋼煤斗施工中成功應(yīng)用，節(jié)約了材料成本約90萬元，而且質(zhì)量控制到位，工藝美觀，被業(yè)主列為馬鞍山電廠擴建工程的精品示范點。較好的控制了制作過程中的各類變形和尺寸控制，提高了雙曲線鋼煤斗的藝術(shù)美感，為工程創(chuàng)優(yōu)作出了貢獻，可在以后同類型機組雙曲線鋼煤斗施工中廣泛推廣運用。endprint