楊增超，何陽陽

（德陽東汽電站機械制造有限公司，四川德陽，618000）

0　引言

近年來，隨著國內(nèi)制造行業(yè)產(chǎn)能過剩的嚴峻形勢，電廠業(yè)主對汽輪機罩殼隔音性能要求越來越高、對汽輪機罩殼外觀美觀度[1]要求提高及對汽輪機罩殼采購價格不斷壓價。面對汽輪機罩殼市場競爭越來越激烈，為提升汽輪機罩殼產(chǎn)品的市場競爭力，必須在保證汽輪機罩殼隔音性能不變及一定美觀度的情況下，降低汽輪機罩殼生產(chǎn)成本。

1　汽輪機罩殼技術背景

汽輪機罩殼生產(chǎn)模式為廠內(nèi)模塊化生產(chǎn)，模塊運輸?shù)浆F(xiàn)場后現(xiàn)場拼裝。汽輪機罩殼模塊主要包括外表面面板、內(nèi)表面多孔板以及它們之間的骨架和吸音填充物。相鄰兩個模塊連接部位內(nèi)層多孔板上設有手孔盒，用于螺栓連接兩個模塊。外表面面板四周折彎焊接于骨架上，保證焊縫不暴露在罩殼外表面而影響美觀。內(nèi)表面多孔板采用自攻螺釘固定。吸音填充物采用玻璃纖維棉，它與多孔板之間鋪設一層耐高溫纖維布[2]。總體而言，汽輪機罩殼主要分為以下四個部分。

1.1　吸音部分[3]

當入射音聲波進入吸音材料內(nèi)時，受到空氣分子摩擦和粘滯阻力，以及使細小纖維作機械振動，從而使聲能轉變?yōu)闊崮埽沟靡舨p弱，音量自然也就變小。常用吸音材料有玻璃纖維棉、聚酯纖維棉、硅酸鋁棉等，汽輪機罩殼吸音材料常采用玻璃纖維棉（見圖1）。

圖1　玻璃纖維棉

1.2　隔音部分

當入射音聲波接觸到隔音材料時，使得隔音材料產(chǎn)生振動，另一側空氣因受材料振動影響，產(chǎn)生聲波繼續(xù)向前傳遞，故當隔音材料越結實，其振動愈小，隔音效果愈好。常見隔音材料有鋼材、玻璃、鋼筋混凝土等，汽輪機罩殼隔音材料常采用鋼板。

1.3　骨架部分

汽輪機罩殼模塊中，骨架采用槽鋼、矩管及角鋼焊接而成。為保證罩殼厚度及整體結構強度，汽輪機罩殼常采用槽鋼型號及材質(zhì)為：80X43X5Q235-B，采用矩管型號及材質(zhì)為：80X60X4Q235-B和80X40X3Q235-B。

1.4　附件部分

根據(jù)電廠業(yè)主要求罩殼還具有以下附件：門、窺視窗、照明系統(tǒng)、扶梯等。

2　輕量化改進方向分析

在以上汽輪機罩殼四個部分中吸音部分和隔音部分為汽輪機罩殼的核心部分，兩者結合起來，整體可達到良好吸音降噪的效果。如果要從這兩部分降低成本，就需要減少材料用料或選用價格低廉的替代材料。為保證汽輪機罩殼隔音效果減少材料用料肯定不行，選用價格低廉的替代材料需要對吸音材料和隔音材料進一步研究對比。此外附件部分是業(yè)主要求必不可少的部分，制造成本也不高，降低其成本對罩殼整體成本影響不大。所以降低汽輪機罩殼成本必須從其骨架部分入手。

骨架部分在汽輪機罩殼模塊中所起作用為支撐整體結構強度，但根據(jù)統(tǒng)計，在高中壓缸側板模塊中，骨架重量占整體模塊重量的42%左右，在高中壓缸頂板中，骨架重量占整體模塊重量54%左右，故骨架在支撐模塊重量時很大程度上要支撐自身重量。如果輕量化設計骨架部分，汽輪機罩殼模塊整體重量將減輕，對骨架強度要求也隨之降低。

3　原骨架結構介紹

汽輪機罩殼在實際電廠運行過程中不受外界載荷，只需要起到隔音降噪的效果，并且承受住自身重量保持模塊不變形即可。在罩殼高中壓缸側板模塊中，骨架要支撐部分頂板的重量。在罩殼高中壓缸頂板模塊中，骨架要保持頂板模塊不變形，不出現(xiàn)凹陷變形情況。以阿克蘇1#罩殼為例，其外形布局如圖2所示，側板標準模塊如圖3所示。

圖2　阿克蘇1#罩殼

圖3　側板標準模塊骨架圖

在圖3標準模塊中，總共有3個立柱，立柱1為型號為80X43X5Q235-B的槽鋼，立柱2為型號為80X60X4Q235-B的矩管，這三根立柱要支撐頂板模塊的部分重量。頂梁與底梁都為80X43X5Q235-B的槽鋼，頂梁與底梁在模塊中分別于頂部模塊、地面相連接。

在阿克蘇1#罩殼中，立柱1與立柱2數(shù)量統(tǒng)計見表1（立柱3為罩殼墻板轉角處型號為125X80X7/Q235-B的角鋼）。

表1　立柱數(shù)量統(tǒng)計

4　輕量化設計

采用上海埃錫爾數(shù)控機床有限公司的PSH-100/4100S型電液同步數(shù)控折彎機[4]將1.5 mm厚冷軋鋼板邊緣折彎成C型結構，冷軋鋼板中間的矩管與Z型加強梁布設方式與原骨架一致。C型結構如圖4所示，保證罩殼厚度及外形尺寸與原模塊一致。模塊內(nèi)部填充的吸引材料玻璃纖維棉厚度與原模塊一致，保證其隔音效果不變。

圖4　輕量化設計截面圖

采用1.5 mm厚冷軋鋼板兩側邊折彎成C型結構，在折彎區(qū)域（見圖5）材料因折彎變形形成加工硬化，增加了其穩(wěn)定性。冷軋鋼板在折彎過程中，冷軋鋼板發(fā)生塑性變形，晶粒發(fā)生滑移，出現(xiàn)位錯的纏結，使晶粒拉長、破碎和纖維化，金屬內(nèi)部產(chǎn)生了殘余應力等，使其強度和硬度都明顯增強。

圖5　折彎示意圖

5　受力分析

采用1.5 mm冷軋鋼板兩邊折彎成C型結構，將高中壓缸墻板中所有槽鋼換成C型結構后，模塊組合后C型結構互相連接示意圖，見圖6。

圖6　C模塊間連接圖

將頂板模塊中的8#槽鋼與角鋼全部換成這種C型結構后，統(tǒng)計得到罩殼頂板總重量為3856 kg。在圖1中可以看出支架會承受一部分罩殼重力，但在此處只考慮28個矩管支柱與25個C型結構組合支柱承受罩殼頂板總重量，平均分配每個支柱承力73 kg。對C型結構組合支柱進行模擬受力分析見圖7，從結果可以看出，最大應力為121 MPa，小于鋼板屈服應力235 MPa，符合強度要求。

圖7　C型結構組合支柱受力分析

6　總結

將罩殼高中壓缸墻板與頂板模塊中所有8#槽鋼及角鋼換成C型結構后，粗略統(tǒng)計可以節(jié)省材料3288 kg。

面板折彎工藝在原模塊制作過程中也有這一工序，面板折彎四周后貼焊在骨架上，防止焊縫暴露在外表面影響美觀度。輕量化設計后，面板折彎成C型結構只是折彎尺寸改變，并沒有增加工序。此外輕量化設計后，節(jié)省了原模塊的面板與骨架槽鋼焊接工藝。所以輕量化設計使得汽輪機罩殼在

滿足隔音效果和美觀度的前提下，生產(chǎn)更簡便快捷，有效降低了生產(chǎn)成本。

[1]范萬元,王穎.200 MW汽輪機罩殼設計[J].汽輪機技術，1997,39(2):81-83,98.

[2]顏智坤.汽輪機罩殼：ZL200620159774.X[P].2007-12-19.

[3]劉輔庭.吸音纖維材料[J].產(chǎn)業(yè)用紡織品,2011,(1):56-59.

[4]張逸.金屬板料自由折彎模型與實驗研究[D].武漢:華中科技大學,2012.