實體建模技術(shù)在基建缺陷處理中的成功應(yīng)用

張召

摘? ?要：在信息化時代，數(shù)字化已經(jīng)成為各行各業(yè)的發(fā)展趨勢和方向。實體模型技術(shù)是新一代實際平臺采用的一種新型技術(shù)，擺脫了傳統(tǒng)的平面和二維設(shè)計不易識別的特點，采用實體建模技術(shù)后，設(shè)計目標(biāo)更加立體化、形象化。以實體模型技術(shù)為基礎(chǔ)的設(shè)計平臺實現(xiàn)了虛擬化、數(shù)字化、智能化，將其引入電廠基建和基建缺陷處理中，必將降低設(shè)計錯誤率和提高缺陷消除準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：低壓缸;建模;定位臂

在某電廠本體安裝過程中，發(fā)現(xiàn)橫向定位臂預(yù)埋件預(yù)埋深度有誤，與設(shè)計偏差215 mm左右。此缺陷是施工單位在安裝定位臂時才發(fā)現(xiàn)的：兩定位臂的中心距過小，低壓內(nèi)缸無法就位。由于發(fā)現(xiàn)的時間點正是施工的高峰期，因此，給按時完成施工節(jié)點計劃造成了很大的負(fù)面影響。

1? ? 汽輪機(jī)本體型號簡介

該電廠汽輪機(jī)為單軸、一次中間再熱、三缸兩排汽超超臨界直徑空冷機(jī)組，本體布置為采用高中壓分缸和單低壓缸。末級葉片長度1 030 mm，為目前國內(nèi)空冷火力發(fā)電機(jī)組長度之最。額定功率660 MW，額定主蒸汽壓力28 MPa，額定主蒸汽溫度600 ℃，額定再熱蒸汽溫度620 ℃。

高壓缸采用雙層缸結(jié)構(gòu)，通流級數(shù)為12個壓力級，高壓內(nèi)缸采用紅套環(huán)緊固的圓筒形結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)汽腔室為變截面結(jié)構(gòu)，配合雙調(diào)門無調(diào)節(jié)級節(jié)流配汽，采用切向進(jìn)汽和變截面設(shè)計。安裝形式為制造廠精裝，整體發(fā)運(yùn)至現(xiàn)場，模塊化就位。

中壓缸為常規(guī)單流程雙層缸設(shè)計，通流級數(shù)為10個壓力級。

低壓缸為低壓內(nèi)缸支撐臂獨立支撐的新型結(jié)構(gòu)，通流級數(shù)為2×4個壓力級。內(nèi)缸支撐在與基礎(chǔ)項鏈的4個支撐座上，內(nèi)缸軸向由汽機(jī)側(cè)支撐座定位，橫向由埋于基礎(chǔ)中的定位臂定位。在內(nèi)、外缸之間蒸汽進(jìn)口處設(shè)有波紋管膨脹節(jié)，支撐座、定位臂與外缸之間均設(shè)有膨脹節(jié)，此處允許內(nèi)、外缸，外缸與支撐座、定位臂之間有相對的位移，并防止空氣滲入排汽裝置。低壓內(nèi)缸在軸向膨脹時，以前支撐座為死點，向發(fā)電機(jī)方向膨脹，內(nèi)缸的膨脹間隙在內(nèi)缸貓爪和后支撐座的接觸面部分。因此，支撐座和定位臂的定位質(zhì)量尤其重要。

此類型低壓缸的外缸與排汽裝置焊接在一起，外缸的膨脹與內(nèi)缸的膨脹并不相互關(guān)聯(lián)，此新型技術(shù)外缸膨脹對內(nèi)缸的中心不產(chǎn)生任何影響，能良好地適應(yīng)空冷機(jī)組背壓和排汽溫度變化。

2? ? 正確預(yù)埋實體模型建立及缺陷簡析

電廠的實際工作是由地域分散的群體借助計算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來相互配合完成的一項任務(wù)，協(xié)同設(shè)計工作面臨空間、時間、軟件使用、標(biāo)準(zhǔn)不同等障礙，這些障礙必然造成在設(shè)計中出現(xiàn)配合錯誤和相互銜接不暢的問題。并且傳統(tǒng)的設(shè)計圖紙比較抽象，不能反映現(xiàn)場真實的布置情況，經(jīng)常出現(xiàn)“錯、漏、碰、缺”等問題。將實體模型技術(shù)引入電廠的設(shè)計和基建階段，可以解決上述設(shè)計中的常見病、多發(fā)病，提高出圖的質(zhì)量。

在分析發(fā)生缺陷的原因時發(fā)現(xiàn)，在電力設(shè)計院和汽輪機(jī)廠家提供的傳統(tǒng)圖紙上，只能簡單地查看預(yù)埋件不連續(xù)的定位尺寸，并且定位尺寸較多，還涉及多張圖紙的相互參考，沒能直觀地反映預(yù)埋件在正確位置時與其他設(shè)備的相互關(guān)系。在參考所有的數(shù)據(jù)后，利用實體制圖軟件，按照定位臂和預(yù)埋件的1∶1尺寸繪制定位臂安裝圖（見圖1）、正確預(yù)埋件位置圖（見圖2）和錯誤預(yù)埋件位置圖（見圖3）共3張實體模型圖。在圖中可以清晰地看出定位臂預(yù)埋件在正確位置時與周圍設(shè)備的相互關(guān)系。

通過比較圖2和圖3，可以直觀地發(fā)現(xiàn)預(yù)埋件錯誤定位和正確定位的明顯不同：正確定位臂預(yù)埋件應(yīng)該深入本機(jī)基座內(nèi)部，而錯誤的預(yù)埋則是預(yù)埋件的端口與本體基座齊平。

3? ? 錯誤預(yù)埋后的實體模型建立及分析

假設(shè)不對此缺陷進(jìn)行任何處理，在預(yù)埋件和定位臂之間，添加上本體基座、前端板、后端板、低壓外缸和膨脹節(jié)，將其之間的實際組合生成實體模型。通過分析實體模型圖，發(fā)現(xiàn)除了低壓內(nèi)缸無法正常就位的安裝缺陷外，還有以下兩個明顯的安裝缺陷區(qū)域。

由于預(yù)埋件的軸向定位尺寸向中心線內(nèi)移了215 mm，所以膨脹節(jié)與定位臂的焊接凸臺出現(xiàn)錯位，導(dǎo)致兩者之間不能組合焊接在一起形成對低壓外缸的封閉，且膨脹節(jié)也不可能重新設(shè)計和制造。

預(yù)埋件在軸向方向向中心線偏移，導(dǎo)致定位臂前端板的前移，也就造成了膨脹節(jié)與定位臂的前端板發(fā)生重疊，無法安裝。

4? ? 缺陷處理方案的實體模型建立及分析

因此組織召開了由監(jiān)理單位、設(shè)計單位、汽輪機(jī)廠家和工程部，4家單位共同參與的缺陷處理專題會議，在會議中提出了多種處理方案，并對其中4種方案進(jìn)行了可行性的論證。

方案一：將預(yù)埋件從本體基座中取出來，重新定位。此方案意圖恢復(fù)設(shè)計原型，這樣的優(yōu)點是保證了原始的設(shè)計數(shù)據(jù)，提高了定位臂的預(yù)埋強(qiáng)度，但是這只是從理論上出發(fā)的，考慮到現(xiàn)場施工后認(rèn)為，如果將定位臂取出來，需要將本體混凝土基座打洞，會傷害到內(nèi)部的鋼筋，不僅工作量大，而且由于定位臂預(yù)埋件需要與本體基座的鋼筋進(jìn)行焊接，這樣就不能保證重新澆灌后預(yù)埋件的強(qiáng)度，因此不予采用。

方案二：將橫向定位臂后部切除215 mm，整體縮短定位臂的長度，然后定位臂后端板與預(yù)埋件底部貼合。在三維圖中會發(fā)現(xiàn)定位臂的后部灌漿長度明顯縮短，影響到定位臂的整體配重和強(qiáng)度，因此不予采用。

方案三：將預(yù)埋件底部板全部切除，然后在本體基座上打出與預(yù)埋件外圓通徑的215 mm深坑，然后再制作一個與預(yù)埋件內(nèi)徑、壁厚相同，長度為215 mm的筒形件，安裝到本體基座的坑中，和原始的預(yù)埋件焊接在一起，這樣就能保持定位臂前后端板正確定位。但是這個方案工程量比較大，而且由于本體基座水泥砸開后，必定與內(nèi)筒外壁形成夾縫，所以無法保證增設(shè)內(nèi)筒與本機(jī)基座連接強(qiáng)度，留下隱患，因此也不予采用。

方案四：在預(yù)埋件底部中心位置開直徑500 mm，深250 mm的孔洞。定位臂底部定位盤前移215 mm，定位臂安裝完成后，在預(yù)埋件和定位臂中間增設(shè)已到金屬加強(qiáng)環(huán)，按要求灌注高強(qiáng)無收縮灌漿料。此方案為最終施工方案（見圖4）。

5? ? 結(jié)語

上述所有的實體模型圖均是以前期建立的定位臂模型為基礎(chǔ)，在會議中收集技術(shù)人員的口頭表達(dá)后，利用實體軟件的尺寸引擎功能，準(zhǔn)確地即時生成。這樣一來技術(shù)人員的個人想法可以通過實體軟件快速地轉(zhuǎn)換成處理方案，在會議現(xiàn)場和施工現(xiàn)場之間建立起一個虛擬的三維空間聯(lián)系和時空聯(lián)系，為所有參會人員提供了直觀的可視平臺，可以準(zhǔn)確地分析各種處理方案的施工難度和最終狀態(tài)，加快了會議的進(jìn)程，為缺陷的最終處理提供了清晰的指導(dǎo)。

此次利用三維繪圖軟件，可以看出三維模型圖在意圖表達(dá)和便捷性上，相對于傳統(tǒng)的計算機(jī)輔助設(shè)計二維平面圖有著絕對的優(yōu)勢，不僅可以在設(shè)計施工階段更直觀、更精確地指導(dǎo)施工隊伍施工，避免預(yù)埋件定位出錯;而且可以有力地幫助分析和處理各種缺陷。因此，將實體建模理念引入電廠基建施工和日常設(shè)備管理，將是一種數(shù)字化管理模式的突破，能極大地提高施工效率和消缺效率。

[參考文獻(xiàn)]

[1]楊霞，徐海寧，劉建勝，等.基于特征建模技術(shù)的設(shè)備三維可視化管理系統(tǒng)設(shè)計[J].現(xiàn)代制造工程，2007（12）：38-40，144.

[2]曹慧文.基于三維技術(shù)的電廠基建管理系統(tǒng)的開發(fā)[D].北京：華北電力大學(xué)，2014.

[3]周興東.電廠三維設(shè)計系統(tǒng)的應(yīng)用分析[J].云南電力技術(shù)，2001（29）：42-44.

[4]龐可.電廠三維設(shè)計技術(shù)及數(shù)字化電廠的管理的實現(xiàn)[J].河南電力，2003（1）：8-9，12.