特种设备基础知识(5)

用挡板调温、设计燃料为烟煤。与亚临界锅炉相比，在锅炉整体结构上有一定相似之处，大多数同类受压元件也基本相似，例如垂直水冷壁、绝大部分的过热器、再热器和集箱等受压件，在结构上和焊接接头形式上均没有太大的区别，只是在材料选用等级上有所不同，高强度等级的耐热钢、不锈钢等材料选用较多。但在某些受压元件的具体结构上差异很大，同时也出现了一些新型受压元件：启动汽水分离器、储水箱和螺旋管圈水冷壁等。例如，由于没有明显的汽水分界面，超临界锅炉中没有锅筒，而在锅炉前上部布置汽水分离器，在锅炉启动时代替锅筒的功能；增加了储水箱，下部水冷壁增加了螺旋管圈，上部为垂直管屏，以利于悬吊结构。

图1-25 660MW

等级的超临界锅炉

三、起重机的主要结构 1．起重机安全正常工作的条件

为了保证起重机的安全正常工作，起重机设计时应满足下列三个基本条件： （1）金属结构和机械零部件应具有足够的强度、刚度和抗屈曲能力。 （2）整机必须具有必要的抗倾覆稳定性。

（3）原动机具有满足作业性能要求的功率，制动装置提供必需的制动力矩。

其中：强度是指金属构件抵抗外力作用不产生破坏的能力。刚度是指在外力作用下，

金属构件抵抗产生弹性变形的能力。稳定性是指金属构件承受压力载荷作用时，保持原有几何形状的能力。

2. 起重机金属结构常用材料的分类

由于起重机金属结构多采用焊接结构，故要求材料具有良好的可焊性。此外，还要求起重机金属结构的材料有较好的时效性和防腐性。

目前起重机金属结构主要构件所用的材料有普通碳素钢、优质碳素结构钢、普通低合金钢、合金结构钢。

碳素结构钢是一种低碳钢，用于金属结构的低碳钢含碳量不超过0.22%。低合金钢也是一种低碳钢，它含有不超过2.5%的合金元素（锰、硅、铜、镍、硼等）。

普通碳素钢Q235是制造起重机金属结构最常用的材料。根据化学成分和脱氧方法，Q235分为A、B、C、D四个质量等级。与碳素钢相比，低合金钢具有更高的屈服极限与抗拉强度、更好的低温冷脆性和耐磨性以及较好的可焊性。但有效应力集中系数较高，若结构主要由最大强度控制，而不由疲劳强度控制，则采用16Mn低合金钢效果最好。

对于一般起重机金属结构，当设计温度高于-20℃时，允许采用Q235B，工作级别为A7和A8的起重机金属结构，采用镇静钢Q235C或特殊镇静钢Q235D。 3.起重机金属结构的设计要求

起重机零部件和金属结构设计应按工作状态的最大载荷进行强度计算，按非工作状态最大载荷及特殊载荷进行强度验算，对受压和平面弯曲构件应按工作状态最大载荷和非工作状态最大载荷进行抗挠屈的稳定性验算。结构件还要按工作状态最大载荷进行刚度（静刚度、动刚度）验算。对A6、A7、A8级的结构件应进行疲劳（耐久性）计算。

起重机是在交变应力作用下工作的，使用年限内的总应力循环次数在百万次以上，因此主梁应力集中程度较高的部位往往会疲劳破坏。

偏轨箱形疲劳裂纹一般发生在跨中的焊缝及焊缝附近的母材上。

主腹板与上盖板之间的焊缝为K型焊缝，受有正应力、剪应力和挤压应力。其他三条为贴角焊缝，受有正应力和剪应力。在这三条焊缝中，主腹板与下盖板之间的焊缝应力较大。 4．起重机箱形主梁制造工艺 （1）进厂原材料复检

1）入库前应进行质量证明书检查； 2）实物检查； 3）理化性能测试；

（2）主梁、支腿等重要零部件所用的材料的要求：

1）A1~A6级起重机，当板厚大于20mm时，钢材牌号应不低于Q235B；对A7~A8级起重机，钢材牌号应不低于Q235C。

2）环境温度-20℃~-25℃，或环境温度低于-25℃时，应选用Q235D或16Mn，且要求在-20℃时的冲击功不小于27J。

3）严禁在低温下使用沸腾钢。这是因为①沸腾钢脱氧不完全，氧能使钢变脆；②内部杂质较高，成份偏析较大，因而冲击值较低；③冷脆倾向和时效敏感性较大；④焊接性较差。 （3）钢材预处理

热轧钢材表面通常有一层氧化皮，呈灰黑色，覆盖于钢材表面，应进行除锈喷丸等预处理，并进行防锈处理。通常采用的防锈底漆有703环氧脂铁红和无机硅酸锌底漆等。 锈是一种有氧化物和水分子的物质。锈和氧化物的危害有减弱结构件的承载能力，降低结构的涂漆质量，影响乙块火焰切割和焊接质量等。 （4）主梁的拼接与组装 1）盖板与腹板的拼接 2）腹板下料

主梁成拱最常用的方法是腹板下料成拱法。腹板的拱形可采用二次抛物线形或正弦曲线形。腹板上拱值规定为0.9～1.4S/1000，考虑气割、焊接电流、焊接速度、操作者技术程度等因素影响，多取1.4S/1000。腹板下料有三种方法： ①腹板拱度曲线直接号料法 ②样板号料法

3）盖板、腹板对接焊缝焊接 ①开坡口

盖板、腹板对接焊缝要求焊透，采取开坡口的方法，以增加熔深。板厚δ＞6mm时就要开坡口。

②板件拼接间隙和定位焊

a)板件拼接间隙过大，焊接时易产生烧穿、焊缝成形不佳的缺陷，同时焊接变形也较大。 b)定位焊的技术要求

盖板、腹板定位焊前要检查一下板边的直线度和预拱值，可用拉粉线或钢丝线测量。 定位焊焊肉要比正式焊缝小，焊缝质量同正式焊缝，不得存在夹渣、裂纹、未焊透等缺陷，定位焊的间距，在根据拼接钢板定型的条件凭经验确定，通常长为20～40mm焊缝，间距在70～150mm范围内。

c)引弧板和引出板

由于埋弧焊和气体保护焊的焊接速度快，引弧时焊件来不及达到局部的热平衡，使引弧端的熔深较浅。 d)对接焊缝的焊接

主梁的盖板、腹板的对接焊缝要求焊透以保证为等强度连接。焊接方法可用手工焊、埋弧焊和气体保护焊等。焊接方式可分为双面焊和单面焊双面成形。 4）对接焊缝变形的控制 1）对接焊缝角变形的矫正

盖板、腹板拼接时应先拼接宽度，然后再拼接长度。盖板、腹板接长时，为防止对接板件角变形，可在待焊接口下面加垫形成反变形，然后焊接。采用这种方法焊后可以使板件平直。如果焊后出现角变形，可采取在焊缝处加垫用重砣压制等方法矫正。 2）焊接方向

焊接方向对焊接变形有影响。直线型板件拼长对接时，翻个清根焊接第二面的方向要和焊第一面的方向相反。有拱度的板件如主梁的腹板，为不改变预定的腹板下料拱度曲线，也应采取上述的焊接方向。

图1-24 起重机箱型主梁构造简图

1.上盖板 2.下盖板 3.腹板 4.大加劲板 5. 小加劲板 6. 水平加劲角钢

5）箱形主梁半成品组装与焊接 ①Ⅱ形梁内壁焊缝的焊接

焊接次序：焊接Ⅱ形梁内壁焊缝时，针对焊接次序对弯曲变形的影响，考虑要使Ⅱ形梁外弯，应先焊接Ⅱ形梁内腹板焊缝，后焊接外腹板焊缝。对偏轨箱形主梁要求主梁是直线形的，则焊接Ⅱ形梁内壁焊缝时应考虑焊接主腹板内壁长焊缝会产生较大的外弯，所以应先焊接副腹板焊缝，后焊接主腹板焊缝。

②主梁整体组装焊接

Ⅱ形梁组装定位焊下盖板：在制定主梁的工艺规程时，除要给出腹板下料的预制拱（翘）度数值外，还要给出Ⅱ形梁组装下盖板后的拱（翘）度值，以及单根主梁焊成后（未焊走台和轨道压板）的拱（翘）度值。

定位焊下盖板之前，应首先将Ⅱ形梁立起检查Ⅱ形梁的上拱度和水平弯曲，然后检查下盖板的水平弯曲，应使下盖板与Ⅱ形梁的水平弯曲方向一致。 如果发现某项指标超差，应采取适应措施进行调整。

图1-25 起重机箱型主梁联接要求

6）主梁的矫正

箱形主梁装焊完毕后进行检查，每根箱形梁在制造时均应达到技术条件的要求，如果变形超过了规定值，应进行矫正。矫正时，应根据变形情况选择好加热的部位与加热方式，一般采用火焰矫正法。 （5）桥架组装

1）桥架组装焊接的工艺选择 ①作业场地的选择

只要主梁有温度差存在，就会有拱（翘）度的变化或水平弯曲（旁弯）的变化，箱形梁构成的桥架应选择在厂房内组装焊接。桥架的检测应在早、晚或夜间进行为好。 ②垫架位置选择

由于自重对主梁拱度有影响，主梁垫架位置应选择在主梁的跨端或接近于跨端的位置。起重量较小的桥架在最后测量调整时应尽量垫到端梁处。 ③桥架组装基准

为使桥架安装车轮后能正常运行，四组弯板应在同一平面内。组装时应使它们在同一水平面内，以这一水平面为组装调整桥架各部的基准。可穿过端梁上盖板的吊装孔立T形标尺，用水平仪测量调整。

④为减小桥架整体焊接变形，在桥架组装前应焊完所有部件本身的焊缝，不要等到整体组装后再补焊。

2）桥架组装焊接的工艺要点 ①主、端梁组装焊接

a）两根主梁摆放在垫架上。在主梁的上盖板中心线处找出两主梁的跨度中心和跨端基准点，按技术要求调整各部件尺寸。

b）端梁与主梁焊接时将使端梁两端向内弯而使桥架跨度缩短，帮桥架组装时应预先使端梁两端要外弯，且跨度要有加大量。

c）为减小焊接变形和焊接应力，应先焊上盖板焊缝，再焊下盖板焊缝，然后焊连接板焊缝；先焊外侧焊缝，后焊内侧焊缝。 ②组装焊接走台

a）检测调整两主梁的不平弯曲。偏轨箱形梁或桁架还要在离主梁两端各1/3处上、下定位焊拉筋。

b）为减小桥架的整体变形，走台的斜撑与连接板要按图纸尺寸预先装配焊接成组件，再进行桥架组装焊接。

c）按图纸尺寸划走台的定位线。走台应和主梁上盖板平行。

d）装配横向水平角钢。用水平尺找正，使外端略高于水平线定位焊于主梁腹板上。然后组装定位焊斜撑组件，再组装定位焊走台边角钢。走台边角钢应具有与走台相同的上拱度。 e）走台的装配与焊接

走台板应矫平，然后组装定位焊在走台上。要求先焊走台板与角钢连接的纵向焊缝，后焊横向走台板焊缝，以减小走台板的波浪变形和内应力。

整个走台处于定位焊连接状态，水平刚性较小。应先焊接水平外弯大的一侧走台，后焊接水平外弯小的一侧走台。

为减小焊接走台主梁下挠应先焊接走台下部焊缝，后焊接走台上部焊缝。 ③组装焊接轨道压板

5～30t通用桥式起重机正轨箱形在焊接轨道压板前主梁上拱度f<1.5S/1000，偏轨箱形主梁在焊接轨道压板前上拱度f<1.３S/1000，应在主梁跨中顶起来焊接轨道压板。偏轨箱形梁焊接轨道压板还会产生主梁外弯，焊前应将两根主梁用角钢拉起来。小车轨道应平直，轨道与桥架组装，应预先在承轨梁上划出定位线，小车轨道组装时，使轨底与盖板接触，然后定位焊轨道压板。为使主梁受热均匀，从而使下挠曲线对称，可由多名焊工沿跨度均匀分布，同时焊接。

桥式起重机桥架组装焊接后应全面检测。

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