В конструкциях трансформатора многие детали и узлы имеют общие конструктивные признаки, одинаковое назначение и часто отличаются только размерами. Все многообразие металлоконструкций трансформаторов можно объединить в шесть основных групп: 1) баки; 2) крышки и днища; 3) тонколистовые объемные конструкции (расширитель, фильтры и др.); 4) системы охлаждения; 5) ярмовые балки, крюки и подъемные приспособления; 6) тележки, катки, каретки и т. п.
На каждую группу разрабатывают обычно типовые технологические процессы.
Значительная трудоемкость сборочных работ при сварке металлоконструкций трансформаторов требует широкого применения сварочно-сборочных приспособлений и широкого внедрения новых, более прогрессивных видов сварки. Значительное повышение производительности труда и точность изготовления конструкций обеспечивает комплексная механизация и автоматизация сборочно-сварочных работ на базе созданных механизированных поточных и автоматических линий сварки узлов.
Основными видами сварки металлоконструкций трансформаторов является автоматическая и полуавтоматическая. Основной вид шва — стыковой. Сварку производят автоматами типа ТС-17М, АДС-1000, АДФ-500 или полуавтоматами типа ПШ-5, ПШ-54.
При серийном и массовом производстве трансформаторов I—III габаритов сварочно-сборочные работы выполняют на поточных линиях, каждая из которых предназначена для сварки определенной группы узлов. Одна линия предназначена для пооперационной сварки баков, вторая — для сварки расширителей, третья — для сварки радиаторов и четвертая — для сварки мелких узлов, приварки шпилек к крышке бака и дну расширителя. На каждом рабочем месте предусматривается необходимый рабочий инструмент и установлен манипулятор, облегчающий повороты и перемещение деталей и узлов при сварке. Каждая линия имеет законченный цикл изготовления узла. Для сварки применяют сварочные тракторы типа ТС-17М-У, точечные шовные пневматические машины типа МПТ, МШП и полуавтоматы типа А-547У для сварки в среде углекислого газа.
Бак трансформатора является крупногабаритным и наиболее трудоемким узлом. Дно, обечайка и рама, соединенные сваркой, образуют бак, на который устанавливают крышку. Соединение бака с крышкой должно быть плотным, чтобы обеспечить герметичность трансформатора. Дно бака штампуют на прессе усилием 2,5 МН. Сначала штампуют на штампе по заданному радиусу одну сторону заготовки, затем другую. Крышку выполняют за три перехода, выполняемых на трех отдельных штампах. Первой операцией является обрубка радиуса, второй — отбортовка заготовки по всему контуру, третьей — пробивка всех необходимых отверстий. Плоскую раму бака изготавливают гибкой в горячем состоянии; до установки на бак в ней пробивают все отверстия на том же штампе, что и при штамповке крышки.
Для изготовления обечайки от листа металла отрезают заготовку нужной ширины, по длине равную полному периметру бака, и в ней штампуют все необходимые отверстия. Затем на вальцах (или гибочных штампах) изготавливают овальную обечайку, края которой прихватывают между собой в нескольких местах электросваркой, и на установке производят сварку продольных швов сварочным трактором ТС-17м-У. Для сварки продольного шва устанавливают обечайку на кронштейне вдоль стыка и с помощью пневмозажима прижимают стык шва к сварочной головке трансформатора. Включают сварочный трактор и производят сварку на флюсовой подушке за один проход. Сварочный ток 170— 300 А — в зависимости от толщины свариваемого металла. После того как сварены продольные швы, обечайку на специальной установке калибруют для придания правильной формы, затем к ней электросваркой приваривают дно и раму. Скомплектованный бак устанавливают на напольный толкающий конвейер, расположенный вдоль сварочных кабин поточно-механизированной линии, в которых выполняется приварка дна к баку, рамы к баку, фланцев для крепления радиаторов, охлаждающих ребер к стенкам бака, подъемных крюков, различных штуцеров и мелких деталей.
Дно и раму к баку приваривают на специальном манипуляторе, позволяющем в процессе сварки поворачивать бак. Сварку выполняют в среде углекислого газа полуавтоматом типа А-547У. Полностью готовый бак испытывают давлением 50 кПа в ванне, заполненной водой.
При изготовлении баков с радиаторами радиатор набирают из овальных или круглых труб, ввариваемых в трубные решетки, к которым привариваются верхняя и нижняя крышки. Для соединения радиаторов с баком в верхнюю и нижнюю крышки радиатора вваривают патрубки с фланцами. Радиаторы сваривают на поточной линии с применением механизированных приспособлений и манипуляторов. Все сварочные работы разбиты на операции, примерно равные по трудоемкости, и на каждом рабочем месте выполняют только определенную операцию. На поточной линии радиаторы сваривают в такой последовательности: сборка труб с трубными решетками, сварка труб с трубными решетками, приварка верхней крышки, приварка нижней крышки, приварка патрубков с фланцами, испытание на герметичность сварных швов в готовом радиаторе. Проверяют герметичность сварных швов сжатым воздухом, после чего радиатор поступает на окрасочный конвейер.
При изготовлении ребристых баков охлаждающие ребра приваривают к стенкам бака на полуавтоматической многоэлектродной машине восемью сварочными контурами, в каждом из которых имеется по два наружных и по два внутренних электрода. Общее количество электродов 32. Одновременно включают по две пары электродов с каждой стороны машины, что позволяет обеспечить достаточно высокую производительность машины. Весь процесс сварки на ней происходит автоматически без участия рабочего.
Сварка расширителей выполняется на поточно-механизированной линии в следующей последовательности: вальцовка обечайки из заготовок с заранее проштампованными отверстиями, сборка обечайки — прихватка продольного стыка на контактной точечной машине типа АТП-10, сварка продольного шва обечайки шовной контактной сваркой на машине типа МПШ-150, сборка обечайки с днищем (донышко приваривают шовной контактной сваркой на машине типа МПШ-200, шпильки крепления маслоуказателя предварительно приваривают к дйищу контактной сваркой на машине типа МПТ-75), установка, приварка арматуры, крепление кронштейнов на специальном приспособлении, сварка в среде углекислого газа полуавтоматом типа А-547, испытание сварных швов (давлением 50 кПа в ванне с водой) и подварка течей (сваркой в среде углекислого газа), приварка шпилек, крепление маслорасширителя к крышке трансформатора (контактной сваркой на машине типа МПТ-200), окраска деталей и узлов (на окрасочном конвейере непрерывного действия).
При мелкосерийном и индивидуальном производстве трансформаторов IV—VIII габаритов организация производства сварных металлоконструкций иная. Изготовление определенных узлов производят на специально оборудованных участках. Так, в сварочном цехе имеются участки по изготовлению баков, ярмовых балок, расширителей и тонколистовых конструкций, систем охлаждения. Имеются также участки по отдельным видам работ: испытаниям, окраске и др.
На рис. показан сваренный бак трансформатора, стенка которого может состоять из нескольких (двух-шести) частей, соединяемых между собой встык как по периметру, так и по высоте. Сборку частей стенок производят на сборочной плите или стенде. Стыки сваривают сварочным трактором в горизонтальном положении. Сварной шов (после зачистки от шлака и брызг металла) проверяют на маслоплотность с помощью вакуум-камеры. При обнаружении дефекта производят подварку шва вручную.
Сборка стенки и установка технологических распорок овального бака.
Последовательность сварки стенок, рамы и жесткостей овального бака.
1 — рама; // — стенки; /// — жесткости; 1—12 — последовательность сварки; стрелки указывают направление сварки.
Форму обечайке придают вальцовкой на трехвалковых вальцах. Разметку стенки под вальцовку начинают с нанесения осевых линий и линий перегиба с обеих сторон листа. Завальцевав и проверив радиус вальцовки (по шаблону) полустенок, их укладывают встык на сборочной плите. С помощью стяжных струбцин сводят до предела края нижнего замыкающего стыка, подравнивают концы стыкуемых полустенок и прихватывают по всей длине шва. Аналогично собирают и прихватывают верхний замыкающий шов.
Для сохранения размеров образовавшегося бака и во избежание деформации стенок во время дальнейшей сборки бак фиксируют установкой распорок, прихватываемых по малой, а иногда и по большой осям бака. Замыкающие стыки заваривают в нижнем положении по подварочному шву сварочным трактором. Все сварные швы после очистки их от шлака испытывают с помощью пневмокамеры. Последней технологической операцией изготовления бака является приварка подъемных скоб для кантовки и подъема бака. На стенки бака устанавливают и прихватывают сначала одну полураму, а затем (повернув бак на 180°) —другую, после чего стыки рам сваривают между собой и приваривают раму бака к стенке с внутренней и наружной сторон. Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа.
Стенку (с приваренной рамой) устанавливают на дно, уложенное шипами вверх на сборочной плите, совмещают осевые линии стенки и дна и прихватывают стенку к дну снаружи и изнутри полуавтоматической сваркой. Для разметки стенки бака под установку крюков, косынок, наборов жесткостей, радиаторных и сливных патрубков бак укладывают на бок и в таком положении устанавливают и приваривают полуавтоматической сваркой под слоем флюса все указанные детали. Затем вырезают газовой резкой отверстия под патрубки. Всю сварку производят в нижнем положении, кантуя бак. Ребра жесткости и патрубки приваривают к стенке бака полуавтоматической сваркой в среде углекислого газа в последовательности, показанной на рис.
Все детали к верхней части стенки приваривают аналогично описанному, для чего бак поворачивают на другой бок. Последними приваривают снаружи бака скобы, пластины, краны, уголки крепления шкафа, дутья, а внутри бака — упоры и бобышки. Сварка полуавтоматическая в среде углекислого газа по разметке. Затем снова поворачивают бак и приваривают к раме проволоку под установку резины, срезают технологические распоры, зачищают все швы от шлака и брызг металла, а также места подварки и прихватки.
При соответствии бака чертежным размерам его закрывают технологическими заглушками и испытывают на маслоплотность. После испытаний бак рамой устанавливают на крышку так, чтобы совпали стороны высокого и низкого напряжения бака и крышки, совмещают осевые линии крышки и бака и подмечают (кернером) крышку под сверловку по отверстиям рамы. Бак красят снаружи и внутри, зачищают пластины заземления и предъявляют ОТК.
Конструкция разъемного бака, широко применяемого в новых сериях мощных трансформаторов, сложнее, а его изготовление более трудоемко, чем овального бака со съемной крышкой. Стенка бака представляет собой две (а иногда три при баке с двумя разъемами) обечайки. Верхняя часть бака (колокол) представляет собой сложной формы сварной узел крышки с верхней обечайкой. Нижняя часть бака (дно) может быть плоской (если разъем внизу по Дну), а чаще — это сложный сварной узел собственно дна и нижней обечайки. Разъем бака осуществляют по плоским рамам, привариваемым к нижней и верхней частям бака. Изготовление таких баков с достаточной точностью требует высокой квалификации рабочих и хорошей оснащенности рабочих мест. Подробнее о производстве металлоконструкций трансформаторов.
Ярмовые балки несмотря на различие в конструкции имеют одно назначение и к ним предъявляют одинаковые требования: балки и связанные с ними части должны без повреждения выдерживать усилия, возникающие при коротких замыканиях трансформатора, должны быть достаточно жесткими, чтобы обеспечить прессовку ярем магнитопровода, осевую прессовку обмоток и выдержать подъем трансформатора без возникновения остаточных деформаций.
В мощных силовых трансформаторах конструкция ярмовых балок сложная, с большим числом ребер жесткости. Сборку и сварку таких ярмовых балок производят на специальных сборочных стеллажах, широко применяя шаблоны и кондукторы. Сварка полуавтоматическая под слоем флюса или в среде углекислого газа
Ярмовые балки трансформаторов средней мощности изготавливают в следующей последовательности: заготовка стенки, ребер, пластин и полос с последующей проверкой качества реза, не плоскостности деталей и габаритных размеров; установка стенки на сборочный стеллаж, разметка и прихватка ребер жесткости; поворот стенки на 90°, установка и прихватка верхней полки и пластины под брусья; кантовка на 180°, установка и прихватка нижней полки; поворот на 90°, установка и прихватка косынок; кантовка на 180°, установка и приварка подъемных крюков с простановкой клейма в месте приварки; сварка ярмовой балки — полуавтоматическая; разметка под сверловку; сверловка отверстий на сверлильном станке; зачистка сварных швов, притупление острых кромок; подготовка к окраске и окраска; контроль ОТК.
В процессе изготовления ярмовых балок производят текущий контроль: наблюдение за выполнением технологического процесса, измерение основных параметров и катетов сварных швов (швометром) в процессе сварки.
В готовой ярмовой балке проверяют привязки различных узлов и деталей, входящих в балку, качество сварных швов, чистоту обработки острых кромок, место клеймения, привязку отверстий в деталях балки, перпендикулярность полок относительно стенок, прогиб ярмовой балки по стенке и полкам.
После окраски баки трансформаторов в соответствии с требованиями ГОСТ 11677-75 должны подвергаться испытаниям на механическую прочность при избыточном давлении более 0,5-105 Па, а баки трансформаторов мощностью от 1000 кВ-А испытываются в вакууме с остаточным давлением 50 кПа. Эти испытания проводятся для определения запаса прочности, необходимого для нормальной работы трансформаторов.
Объем и методы испытаний устанавливаются заводом-изготовителем. По имеющейся практике установлена целесообразность измерения при этих испытаниях прогибов отдельных точек и механических напряжений в местах, где предполагаются наибольшие напряжения. Точки, в которых проводятся измерения, должны задаваться конструктором на основании расчетов, определяющих наиболее слабые места. Измерение прогибов производят по натянутой струне, а механических напряжений — тензометрами.
Для получения надежных результатов измерений бак должен быть надежно загерметизирован, все заглушки люков и патрубков, крышка и прочие детали должны быть привернуты всеми болтами, предусмотренными конструкцией бака. К баку должен быть подключен воздуховод для создания нагрузки внутри бака (избыточное давление или вакуум).
Персонал, проводящий испытания, должен пройти специальное обучение и инструктаж.
