溪洛渡水電站進(jìn)水口攔污柵柵葉制造工藝優(yōu)化研究

楊浩坤，程 惠

(1. 長江三峽技術(shù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司，北京 100038；2. 中國三峽建設(shè)管理有限公司，四川 成都 610041)

溪洛渡電站左、右兩岸地下廠房各安裝9臺77萬kW機(jī)組，每臺機(jī)組進(jìn)水口前緣由柵墩分成5個(gè)柵孔，每個(gè)柵孔孔口尺寸為3.8 m×73 m-4 m(寬×高-水頭)，每扇柵葉由23節(jié)組成，每節(jié)高度3.12 m，采用滑道支承，柵葉結(jié)構(gòu)為框架式，每小節(jié)布置2根主梁，主梁與邊梁均采用H型材。本文主要介紹右岸進(jìn)水口攔污柵葉(以下簡稱柵葉)共46套(含備用柵葉1套)，1 058節(jié)，總重3 376 t。攔污柵葉主要技術(shù)要求：各節(jié)柵葉具有互換性，邊梁跨距4 100±2.0 mm，節(jié)間連接軸孔同軸度≤0.5 mm(高于規(guī)范DL/T5018同軸度≤2.0 mm的要求)。由于柵葉單節(jié)數(shù)量多，工期緊，以往工程中在邊梁制作階段采用單件工裝完成軸孔補(bǔ)強(qiáng)板的拼裝與焊接，工作效率低，形位公差控制難，未能較好解決各節(jié)互換性。本文采用整體工裝控制形位尺寸和裝、焊軸孔補(bǔ)強(qiáng)板，使形位公差受控、互換性好，既保證了柵葉制造質(zhì)量，同時(shí)也提高了工作效率[1]。

1 攔污柵葉制造技術(shù)要求

溪洛渡進(jìn)水口攔污柵葉各節(jié)柵葉應(yīng)具有互換性，柵葉制造的形位公差按合同規(guī)定，技術(shù)要求見表1。

表1 溪洛渡進(jìn)水口攔污柵葉形位公差要求表 mm

2 攔污柵葉傳統(tǒng)制造工藝

水電站進(jìn)水口攔污柵柵葉通常無各節(jié)互換要求，以往的傳統(tǒng)常用工藝在邊梁制作階段采用單件工裝完成軸孔補(bǔ)強(qiáng)板的拼裝與焊接，傳統(tǒng)工藝流程如下：

制作前準(zhǔn)備→原材料進(jìn)廠→檢驗(yàn)→矯正→下料→邊梁端部加工→邊梁工裝制安加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板→平臺單節(jié)拼裝→檢驗(yàn)→焊接平臺焊接→矯正→廠內(nèi)預(yù)組裝→檢驗(yàn)→防腐、涂裝[2]。

溪洛渡攔污柵葉要求各節(jié)互換，在制作中必需控制保證邊梁跨距偏差4 100±2.0 mm、軸孔同軸度≤0.5 mm。雖然通過分析焊前、焊后數(shù)據(jù)，修正工藝分解件下料余量，加強(qiáng)過程質(zhì)量控制能實(shí)現(xiàn)攔污柵葉邊梁跨距的允許偏差4 100±2.0 mm，但軸孔同軸度由于精度要求高，給傳統(tǒng)工藝的制造帶來很大難度,存在以下不足。

1)整體鏜孔難以實(shí)現(xiàn)。軸孔補(bǔ)強(qiáng)板與柵架焊接、校形后整體鏜孔，能滿足各節(jié)互換和軸孔同軸度≤0.5 mm要求，但一般金結(jié)廠沒有整體鏜孔的條件，且機(jī)加工成本高，工序繁瑣，生產(chǎn)加工周期長。

2)形位公差控制難。在邊梁組拼、焊接、校形后，用單件工裝組裝、焊接已加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板，然后進(jìn)入平臺單節(jié)組拼、焊接、校形即完成一節(jié)柵架制作。此工藝形位公差控制難、互換性差、工作效率低。

柵架傳統(tǒng)常用工藝軸孔形位公差散布，見圖1。

圖1 柵架常用工藝軸孔形位公差散布圖

圖1中，軸孔形位尺寸在單節(jié)組拼、焊接等工序與柵體一起變形。主要表現(xiàn)在：①軸孔形位尺寸偏差控制難。鋼平臺平面度要求高，規(guī)范要求≤2.0 mmm，柵架組拼偏差和焊接變形造成軸孔形位尺寸偏差無法滿足<0.5 mm的要求。②吊點(diǎn)中心形位尺寸偏差難以保證。制作后的吊點(diǎn)中心為主滑塊平面度與軸孔形位尺寸偏差之和，由于柵架常用工藝各道工序偏差累積疊加，后期火焰校形并不能有效控制，公差帶呈發(fā)散不可控，也無法保證軸孔同軸度滿足<0.5 mm的要求。

3)測量工作量大。常用工藝的公差帶發(fā)散，制作過程質(zhì)量控制、測量工作量大。

金屬結(jié)構(gòu)制作常用儀器為DS3級水準(zhǔn)儀，對同軸度測控需劃線返出軸孔X、Y值，費(fèi)時(shí)、費(fèi)事且影響測量精度因素過多。并不適宜設(shè)備大批量制作的質(zhì)量控制。

4)生產(chǎn)效率低。攔污柵葉傳統(tǒng)常用制造工藝因較早的在邊梁制作階段就完成已加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板裝、焊，造成此后工序“攔污柵單節(jié)拼裝→檢測→焊接→焊后矯正”等工序的質(zhì)控增加難度同時(shí)，也提高了要求，更加繁瑣。

5)柵葉常用工藝對制造工器具設(shè)備要求低，但各工序偏差累積公差代發(fā)散，尤其軸孔同軸度的測控難度大，不易實(shí)現(xiàn)以工藝保證質(zhì)量達(dá)到各節(jié)柵葉互換要求，且生產(chǎn)效率低。

3 工藝優(yōu)化

鑒于上述問題，制造廠在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)對制造工藝進(jìn)行了優(yōu)化，根據(jù)柵架單節(jié)組焊、校形后采用整體工裝完成柵架軸孔補(bǔ)強(qiáng)板裝、焊，以工裝保證同軸度和互換性，減少量測工作量[3-6]。優(yōu)化工藝流程為：

制作前準(zhǔn)備→原材料進(jìn)廠→檢驗(yàn)→矯正→下料→邊梁端部加工→平臺單節(jié)柵架拼裝→檢驗(yàn)→焊接平臺焊接→矯正→柵架整體工裝制安加工好的軸孔補(bǔ)強(qiáng)板→廠內(nèi)預(yù)組裝→檢驗(yàn)→防腐、涂裝。

3.1 基準(zhǔn)選擇與偏差修正

偏差不僅是圖紙尺寸的差，還是建立在基準(zhǔn)上的偏差。通過合理選擇基準(zhǔn)，保證工作面，將偏差置于次要非工作面，從而修正偏差。

1)主滑塊為工作基準(zhǔn)面，將厚度偏差置于反向滑塊端，保證主滑塊平面度。

2)柵架邊梁兩端，以抓梁起吊穿軸梨形孔端為邊梁基準(zhǔn)，保證吊點(diǎn)中心。

3.2 整體工裝

柵架整體工裝結(jié)構(gòu)形式見圖2。

圖2 柵架整體工裝圖

1)應(yīng)用機(jī)械中虛約束，將假軸置于柵架兩側(cè)。

2)工裝在柵架梨形孔端設(shè)邊梁基準(zhǔn)擋板，與工裝架體分開制作時(shí)擋板設(shè)機(jī)加工底座，保證邊梁基準(zhǔn)垂直度；工裝在柵架4個(gè)主滑塊處設(shè)相應(yīng)機(jī)加工底座，保證平面度。

3)工作中各節(jié)主滑塊通常為兩點(diǎn)或三點(diǎn)與軌道接觸。4個(gè)底座加工面到假軸距離為柵架主滑塊座板至軸孔距離，修正同軸度和吊點(diǎn)中心。

3.3 基準(zhǔn)與尺寸

圖紙中邊梁兩端節(jié)間連接軸孔到頂緣和底緣是標(biāo)尺，單節(jié)高度偏差在柵架邊梁兩軸孔間。因工裝選擇抓梁梨形孔端為基準(zhǔn)，邊梁高度偏差被改到圓軸孔至底緣段。

1)為保證柵葉邊梁軸孔補(bǔ)強(qiáng)板安裝，要求數(shù)控下料時(shí)以邊梁圓孔為基準(zhǔn)偏差留在梨形孔端，邊梁構(gòu)件組拼、焊接、校形后加工梨形孔端面修正下料偏差。

2)保證任意單節(jié)互組時(shí)節(jié)間尺寸，要求：柵葉采用合適承壓塊修正邊梁高度一致且按DLT/5018負(fù)偏差控制，即單節(jié)柵架高≤3 220 mm；節(jié)間連接板軸孔間距離按正偏差控制≥360 mm。

3.4 公差控制

柵架整體工裝用假軸裝、焊軸孔補(bǔ)強(qiáng)板工藝軸孔形位公差散布，見圖3。

圖3 整體工裝制作柵架軸孔形位公差散布圖

圖3中，柵架在制作過程中產(chǎn)生變形，而軸孔形位尺寸始終是以主滑塊為基準(zhǔn)的定尺。

1)軸孔形位尺寸偏差主要因素，為工裝精度，實(shí)測工裝各形位偏差精度<0.5 mm。

2)吊點(diǎn)中心形位尺寸偏差，因修正主滑塊平面度，為工裝精度，實(shí)測工裝各形位偏差精度<0.5 mm。

優(yōu)化工藝，有效修正前道各工序偏差，各形位尺寸公差帶可控。

3.5 量測控制

定期和根據(jù)氣溫變化不定期復(fù)測工裝，保證工裝精度。

極難測控的軸孔形位尺寸交由工裝控制，簡化了量測工作量、提高了工效。

3.6 優(yōu)化工藝小結(jié)

相對攔污柵葉傳統(tǒng)通常所用工藝，優(yōu)化工藝具有以下優(yōu)、特點(diǎn)，見表2。

表2 攔污柵葉優(yōu)化工藝特點(diǎn)表

4 工程應(yīng)用

溪洛渡右岸進(jìn)水口攔污柵葉初期柵葉以傳統(tǒng)工藝試制10節(jié)，出現(xiàn)了太多問題，測控工作繁瑣，質(zhì)量與生產(chǎn)效率均不能保證，后批量生產(chǎn)中全部采用優(yōu)化工藝，并推廣到溪洛渡進(jìn)水口疊梁門葉制作。

常用工藝2人一組，組拼1節(jié)柵葉需1個(gè)工作日，組拼1節(jié)門葉需1.5個(gè)工作日；采用優(yōu)化工藝2人一組，柵葉組拼1個(gè)工作日完成2節(jié)，為原效率200%，門葉組拼1個(gè)工作日完成1.5節(jié)為原效率225%，效率成倍提高，見圖4。

圖4 常用工藝與優(yōu)化工藝工效對比圖

優(yōu)化工藝與常用工藝焊前、焊后檢測門葉、柵架單節(jié)所用時(shí)間見圖5。

圖5 常用工藝與優(yōu)化工藝檢測用時(shí)對比圖

經(jīng)實(shí)際制作和互換性試驗(yàn)，證明該方法簡單易行，溪洛渡右岸1 058節(jié)柵葉、左右岸1 440節(jié)進(jìn)水口疊梁門葉計(jì)劃工期為36個(gè)月，在實(shí)際執(zhí)行中受其他合同項(xiàng)目干擾減少資源投入的情況下，24個(gè)月就全部制造完成。電站現(xiàn)場各節(jié)柵葉、門葉按互換任意組合安裝，節(jié)間銷軸均100%一次插軸成功，自動(dòng)抓梁試槽抓取均100%一次成功，實(shí)現(xiàn)全部柵葉和疊梁門葉各自互換要求。目前溪洛渡電站已經(jīng)運(yùn)行幾年了，據(jù)了解，電站運(yùn)行單位可以根據(jù)需要隨時(shí)將攔污柵葉以及進(jìn)水口疊梁門葉下閘到任意孔口。

5 結(jié) 語

整體工裝工藝，適用于柵葉、小跨距門葉(平門)大批量生產(chǎn)，確保設(shè)備制作過程中尺寸形位公差受控并減少了量測工作量，實(shí)現(xiàn)了流水作業(yè)、提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)核算，按人工成本每人200元/日計(jì)算，僅人工費(fèi)一項(xiàng)進(jìn)水口柵葉產(chǎn)生效益209 600元，進(jìn)水口疊梁門門葉產(chǎn)生效益478 680元，合計(jì)節(jié)約人工費(fèi)688 280元。優(yōu)化工藝僅組拼環(huán)節(jié)提高工效，避免設(shè)備二次處理，保證預(yù)組一次成功，節(jié)約了生產(chǎn)資源投入和管理成本，保證了進(jìn)度，質(zhì)量得到控制。為設(shè)備現(xiàn)場安裝和維護(hù)檢修，帶來便利。

復(fù)雜金屬結(jié)構(gòu)的制作工藝設(shè)計(jì)，可遵循：轉(zhuǎn)移避免工作面應(yīng)力，合理利用偏差釋放應(yīng)力，借用基準(zhǔn)修正偏差，確保設(shè)備制作過程形位尺寸偏差的公差帶受控，從而保證質(zhì)量，提高工效，可推廣應(yīng)用到其他電站。