實體建模技術在基建缺陷處理中的成功應用

張召

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

關鍵詞：低壓缸;建模;定位臂

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

1? ? 汽輪機本體型號簡介

該電廠汽輪機為單軸、一次中間再熱、三缸兩排汽超超臨界直徑空冷機組，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，為目前國內空冷火力發電機組長度之最。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構，通流級數為12個壓力級，高壓內缸采用紅套環緊固的圓筒形結構形式，進汽腔室為變截面結構，配合雙調門無調節級節流配汽，采用切向進汽和變截面設計。安裝形式為制造廠精裝，整體發運至現場，模塊化就位。

中壓缸為常規單流程雙層缸設計，通流級數為10個壓力級。

低壓缸為低壓內缸支撐臂獨立支撐的新型結構，通流級數為2×4個壓力級。內缸支撐在與基礎項鏈的4個支撐座上，內缸軸向由汽機側支撐座定位，橫向由埋于基礎中的定位臂定位。在內、外缸之間蒸汽進口處設有波紋管膨脹節，支撐座、定位臂與外缸之間均設有膨脹節，此處允許內、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。低壓內缸在軸向膨脹時，以前支撐座為死點，向發電機方向膨脹，內缸的膨脹間隙在內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，外缸的膨脹與內缸的膨脹并不相互關聯，此新型技術外缸膨脹對內缸的中心不產生任何影響，能良好地適應空冷機組背壓和排汽溫度變化。

2? ? 正確預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及網絡技術來相互配合完成的一項任務，協同設計工作面臨空間、時間、軟件使用、標準不同等障礙，這些障礙必然造成在設計中出現配合錯誤和相互銜接不暢的問題。并且傳統的設計圖紙比較抽象，不能反映現場真實的布置情況，經常出現“錯、漏、碰、缺”等問題。將實體模型技術引入電廠的設計和基建階段，可以解決上述設計中的常見病、多發病，提高出圖的質量。

在分析發生缺陷的原因時發現，在電力設計院和汽輪機廠家提供的傳統圖紙上，只能簡單地查看預埋件不連續的定位尺寸，并且定位尺寸較多，還涉及多張圖紙的相互參考，沒能直觀地反映預埋件在正確位置時與其他設備的相互關系。在參考所有的數據后，利用實體制圖軟件，按照定位臂和預埋件的1∶1尺寸繪制定位臂安裝圖（見圖1）、正確預埋件位置圖（見圖2）和錯誤預埋件位置圖（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埋件在正確位置時與周圍設備的相互關系。

通過比較圖2和圖3，可以直觀地發現預埋件錯誤定位和正確定位的明顯不同：正確定位臂預埋件應該深入本機基座內部，而錯誤的預埋則是預埋件的端口與本體基座齊平。

3? ? 錯誤預埋后的實體模型建立及分析

假設不對此缺陷進行任何處理，在預埋件和定位臂之間，添加上本體基座、前端板、后端板、低壓外缸和膨脹節，將其之間的實際組合生成實體模型。通過分析實體模型圖，發現除了低壓內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域。

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

預埋件在軸向方向向中心線偏移，導致定位臂前端板的前移，也就造成了膨脹節與定位臂的前端板發生重疊，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理單位、設計單位、汽輪機廠家和工程部，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種方案進行了可行性的論證。

方案一：將預埋件從本體基座中取出來，重新定位。此方案意圖恢復設計原型，這樣的優點是保證了原始的設計數據，提高了定位臂的預埋強度，但是這只是從理論上出發的，考慮到現場施工后認為，如果將定位臂取出來，需要將本體混凝土基座打洞，會傷害到內部的鋼筋，不僅工作量大，而且由于定位臂預埋件需要與本體基座的鋼筋進行焊接，這樣就不能保證重新澆灌后預埋件的強度，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埋件底部貼合。在三維圖中會發現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度，因此不予采用。

方案三：將預埋件底部板全部切除，然后在本體基座上打出與預埋件外圓通徑的215 mm深坑，然后再制作一個與預埋件內徑、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，必定與內筒外壁形成夾縫，所以無法保證增設內筒與本機基座連接強度，留下隱患，因此也不予采用。

方案四：在預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，在預埋件和定位臂中間增設已到金屬加強環，按要求灌注高強無收縮灌漿料。此方案為最終施工方案（見圖4）。

5? ? 結語

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，在會議中收集技術人員的口頭表達后，利用實體軟件的尺寸引擎功能，準確地即時生成。這樣一來技術人員的個人想法可以通過實體軟件快速地轉換成處理方案，在會議現場和施工現場之間建立起一個虛擬的三維空間聯系和時空聯系，為所有參會人員提供了直觀的可視平臺，可以準確地分析各種處理方案的施工難度和最終狀態，加快了會議的進程，為缺陷的最終處理提供了清晰的指導。

此次利用三維繪圖軟件，可以看出三維模型圖在意圖表達和便捷性上，相對于傳統的計算機輔助設計二維平面圖有著絕對的優勢，不僅可以在設計施工階段更直觀、更精確地指導施工隊伍施工，避免預埋件定位出錯;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備管理，將是一種數字化管理模式的突破，能極大地提高施工效率和消缺效率。

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