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    水电站双向门机门架制造工艺技术研究

    时间：2023-01-19 12:55:29来源：百花范文网本文已影响人

    罗永川

    （中国水利水电夹江水工机械有限公司，乐山 614100）

    双向门机是水电站工程建设中的重要起重设备之一，机构多，可用于启闭、吊运进水口、闸坝闸门、船闸闸门、液压启闭机以及检修的吊装工作[1]。门架制造不仅要满足相关技术标准，还需要符合图纸技术要求。双向门机的门架结构自重大、扬程高及结构庞大，利用常规制造工艺和现有生产场地和设备进行制造的难度过大，需要严格按照设计要求，采取合理制造工艺，保证门架构件质量，并通过科学方法充分利用现有条件保证双向门机门架制造的高质与高效。

    水电站双向门机结构由主小车、门架、上游副小车、夹轨器、司机室以及电气设备等组成。其中，门架是双向门机的重要组成部分，由上部结构、门腿、栏杆、平台、上横梁、中横梁及下横梁等构件组成[2]，见图1。主梁和端梁等主要结构件是箱梁结构，设置有长短隔板，有纵向加强肋。主梁与副梁由高强螺栓连接，其中主梁上方安设起重机钢轨。上部结构包括主梁、端梁及平台等附件，且端梁内安设有电气控制柜。门腿与主梁采用焊接方式连接，与下横梁采用螺栓连接[3]。

    双向门机的制造难度主要在于主梁和门腿的制作和预拼装。双向门机制造工艺的技术要求较高。某双向门机门架结构质量为360 t、高度为25.5 m，由上部结构、H形门腿、下横梁、立柱以及外横梁等组成，使用Q345B材料。制作工艺中需要控制主梁跨中上拱度为11.5～17.5 mm，两主梁水平高差不超过3 mm，上部结构对角顶点标高相对差不超过5 mm，小车轨道与主梁腹板中心相对偏差不超过6 mm，H形门腿上下开口偏差不超过2 mm，门腿与下端头板焊接端头相对高差不超过2 mm，加工结合面间隙不超过0.3 mm。

    考虑双向门机的制造要求，门架结构体积和重量大，受限于生产场地和设备能力，不能采用整体立拼的方法，需要科学设计门架制造工艺技术并有序实施[4]。先按照门架各构件图纸要求开料制作，再按箱梁工艺进行拼装和焊接，待焊接后调平、调直，根据制造规范检查梁体弯曲和腹板垂直度等情况。

    2.1 箱梁制造工艺

    箱梁制造工艺流程主要包括板料调平、拼接、开料、组装和焊接等程序。需要认真做好各个环节的施工操作，严格落实箱梁制造工艺要求，保证箱梁制造质量。箱梁开料时，需要对腹板和翼板在长度和宽度方向预留一定的收缩余量。排料时应避免接缝处于应力集中面，并使用切割机切割下料[5]。

    焊接作业时应遵循一定的顺序。首先，焊接筋板与腹板角接的焊缝，采用手工对称焊接的方式分段退焊。腹板与翼板平角焊同样采用手工对称施焊的方式，从中间向两头进行焊接作业。其次，完成梁内部焊接作业后，需要检验梁内部焊缝的焊接质量。如果存在质量问题，应采取应对措施排除隐患。若质量合格，需要采取除锈防腐措施，然后开展外侧焊缝的焊接作业[6]。再次，外部焊缝焊接应保持箱梁水平支撑稳固，可以使用自动焊机平行施焊。腹板厚度不足 14 mm时可采用一道焊，厚度较大时应采用两道焊。最后，外部焊接作业后，使用无损探伤检测外部焊缝的焊接作业质量，并检测箱梁尺寸和变形量等，确保质量符合门架设计要求。如果存在箱梁变形情况，可以采用火焰法调整箱梁，确保质量达标。

    2.2 上部结构制造工艺

    上部结构中，主梁属于偏轨箱型梁，需要通过有限元分析确定腹板应力状态，对应力状态不同部位采用不同厚度的板材。上部结构整体为变截面箱型结构，单件腹板使用不同厚度的钢板，板厚差异较大，全熔透焊缝较多，难以解决焊接变形问题。考虑双向门机吊装作业状态下会产生下挠，需要在制造主梁时有一定的起拱值来提升门架结构稳定性，因此应结合主梁跨度等数据将跨中上拱度控制在合理范围。同时，需要考虑主梁自重等因素产生的下挠，在最大上拱值上增加约3 mm预起拱，腹板下料时放样起拱形状。此外，由于主梁对焊接变形控制有较高的要求，需要合理设置焊接坡口，在主腹板和上翼板对接处等部位开制钝边的焊接坡口。

    主梁的拼装需要将腹板和翼板对接为整板，之后才能拼焊主梁梁体。翼板对接时，根据上拱坐标值支垫，并控制主梁与T形梁翼板同截面的平面度不超过1 mm。腹板根据上拱度抛物线对接，在端梁中线对应腹板位置作基准线。在上翼板上拼装隔板，吊装腹板，并根据基准线对应坐标值有效控制拼装尺寸。完成主、副腹板拼装作业后，拼装其他附件。经过质量检测后，拼装下翼板，进入焊接工序[7]。

    焊接工艺对主梁焊接质量具有直接影响，需要综合考虑各方面因素，如梁内通风问题等。因此，主梁的焊接需要考虑各种安全因素，科学选择恰当的焊接方式，合理设置焊接顺序，严格遵守焊接规范。由于主梁焊接不能同时采用过多人员同时施焊的工作方式，一般建议采用二氧化碳气体保护焊，焊接线能量不高，可以由4名专业焊工同时作业。要控制立焊焊接电压不高于21 V，电流为160 A，而平焊电压不超过26 V， 电流为240 A。外侧翼缘板等焊缝可以采用熔深大、焊缝美观的埋弧焊方式，焊接效率高，可采用焊接电压为38 V、焊接电流为650 A的参数设置。焊接顺序应先焊接隔板与主腹板、上翼板等连接部位的L形焊缝，再焊接主腹板与T形梁的筋板焊缝，然后是隔板与腹板、翼板的焊缝，加劲筋与腹板、翼板的焊缝，腹板与翼板的对接焊缝，最后是梁体内的其他焊缝。完成内侧焊缝焊接作业后，使用埋弧焊焊接对外侧主腹板和T形梁、主腹板与下翼板的焊缝，再焊接梁体另一侧腹板与翼板焊缝、翼板与T形梁焊缝。完成主梁焊接作业后，需要检查焊接质量和主梁的几何尺寸，确保各项数据满足技术标准。

    拼装制造好的主梁与端梁。主梁间的中心距离在理论数值基础上可以增加6 mm作为焊接收缩量。焊接后打开焊前的临时连接部位以释放应力，再次组拼复检几何尺寸。满足组拼尺寸要求后，焊接小车轨道垫板可以采用跳焊方式从中间向两头施焊，从而控制焊接变形量。检查小车轨道垫板焊接后的上部结构数据，在几何尺寸满足要求后，钻制主梁和端梁连接处的螺栓孔，制作各种中心线、对位线以及拼焊临时爬梯等构件。另外，拆解上部结构的所有连接板，成对放在一起，对连接板用电焊条进行相应标志，并标记主梁和端梁连接处等部位，整体预拼装门架。

    2.3 门腿制造工艺

    门腿制造中，单件图是投影图，需要经过换算后求得腹板和翼板的实际长度，再放样拼焊[8]。第一，制造门腿时应在腹板上预先做好隔板位置线，并在翼板上做好隔板位置线，将翼板以底平面拼装。第二，根据计算的垂球差调整门腿两端隔板位置，以两端隔板为基准，设钢丝线调整中间隔板位置，控制腹板和翼板等尺寸误差，从而进入门腿组拼焊工序。第三，以门腿腹板和翼板中心线为基准找正，将两门腿上下开口尺寸偏差控制在5 mm内，拼装中横梁。第四，在上下开口处使用20号工字钢加固，焊接门腿与中横梁连接焊缝，采用对称施焊方式控制焊接电压为23 V、电流为220 A。第五，在门腿组拼焊工艺中，按照两个门腿腹板中心线水平放置进行组拼焊，对两门腿预留一定的焊接收缩量后完成中横梁拼装。此外，用工字钢连接两门腿上下开口处，以控制焊接变形量。

    在门腿与中横梁连接焊缝对称施焊后，需要检测焊接作业的质量。经探伤检测焊接质量合格后，打开门腿上下临时连接释放焊接应力，待修校变形后重新组拼。在各项数据满足要求的前提下，钻制门腿与中横梁连接部位的螺栓孔，划出预拼装对位线后，拼焊行走平台、爬梯等组件。最后，按上部结构拆解方法拆解门腿，等待整体预拼装。

    2.4 预拼装工艺

    双向门机需要在厂内完成预拼装。考虑预拼装结构重量过大，需要加固地面基础，对行走台车和支撑部位设置地锚，避免出现地基下沉问题。由于厂内的起吊能力有限，门架结构重量往往超过起重机起吊能力，导致无法整体吊装，需要采取单件分段吊装的方式在空中连接。

    门架预拼装作业对吊具和索具有较高要求，需要科学制定组装安全技术方案，合理制定组装顺序，选用适合的吊具和索具。吊具和索具的选择需要考虑多方面因素，尤其是风力等现场的实际情况。这需要准确计算门架拼装过程中的不均匀受力情况和风力等因素，选择抗拉强度符合要求的纤维芯钢丝绳。根据水平风力和防倾覆拉力选择缆风绳，并设计缆风绳系结点，将其焊接在门腿上端板附近位置。

    预拼装作业过程中，需要在预设地锚上铺设轨道，通过吊装方式将行走台车等安装到位，再在安装行走台车等构件后使用钢性支撑进行加固，并用螺栓对门腿下端板与下横梁进行紧固。使用门座起重机吊装门腿和中横梁等进行分片，组装成H形门腿。组拼到位后，用经纬仪检测校准垂直度等参数，待检测的各项数据达到要求后，焊接门腿箱梁与下端板，并通过锤击方式释放焊接应力控制连接处间隙。组拼第二片门腿时使用同样的方法先将其吊装到位，按要求调整门腿间的垂直度和中心跨距等数值，再用型钢连接两片门腿。门腿焊接作业建议采用小规范的焊接形式，以减少焊接热输入，降低焊接变形，使焊接后的连接处间隙不超过0.3 mm。

    门腿的预拼装需要在24 h内完成，以免出现安全事故。为了保证空中作业安全且快速，应在主梁和端梁连接处设置临时爬梯和连接板，利用门座起重机吊装主梁，加固焊接主梁与门腿的焊缝。主梁吊装完成后，需要检测并调整主梁垂直度和水平度等数据，确保与上部结构组拼焊检测数据保持一致，并采取必要的加固措施。另外，吊装另一件主梁需要检测两个主梁起拱度和中间跨距等几何尺寸，确保与预拼装时尺寸一致，再开始吊装端梁。用工装螺栓连接主梁与端梁，再组装回转吊和平台等部件，整体检测验收门架，确保门架技术指标满足要求。

    双向门机是水电站建设施工的重要设备之一，而门架的制作与组装是双向门机制造的重点和难点。双向门机门架需要在厂内完成整体组装，而门架重量大且尺寸大，需要大场地和大吨位起重设备，耗费大量人力物力。单件分段和空中连接的方式更符合实际工作要求，可以较好地代替整体组装方案。实际工作中应注意工艺技术的科学性和合理性，监督门架制造过程的作业规范性，并采取积极措施保障门架制造质量。门架制造工艺技术采用合理的装配焊接次序、方向来控制焊接变形，释放和降低焊接应力，钻制高强度螺栓连接孔来强化端梁与主梁的连接，利用水平仪等精准划线门架构件并测量，有助于提高门架制造精度，达到水电站双向门机的使用要求。

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