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200MW汽轮机焊接隔板检查与加固技术




7, 卷 第 8 期 )##, 年 8 月

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WJB+7, XJ+8 K@UA+)##,

)## 01 汽轮机焊接隔板检查与加固技术
卢元军
辽宁 沈阳 !!###*/ .东北电力科学研究院 金属材料研究所,

述了 )##01 汽轮机焊接隔板变形这一在国内电站中多次出现的问题, 以及由于隔板变形 摘要: 而对机组带来的危害。 强调了在隔板发生严重变形时对隔板进行焊接加固的必要性, 概述了隔板检查 方法, 包括隔板表面缺陷、 内部缺陷、 通流间隙、 挠曲变形等的检查, 以及隔板加固的工艺要点。 汽轮机; 隔板; 焊接; 变形 关键词: 中图分类号: 文献标识码: 23$4 5

文章编号: !##!6)7#7.)##,/#86##$86#,

%)*+,-. /*012304+56 ,-61)/7,3- 0-+ 4),-834/) 3- 7942,-) :0/;,-) "##$%
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焊接隔板变形问题的提出
焊接隔板变形与原因
隔板是汽轮机的重要部件, 焊接隔板由板体、

经 给 出 的 该 厂 )## 01 汽 轮 机 !7Y!, 级 隔 板 的 最大允许变形值, 然而实际上有不少国产 )## 01 汽轮机机组的 !7Y!, 级隔板在运行一个大修周期 后, 变 形 就 已 达 到 #+,Y) &&, 自 !8-4 年 以 来 先 后 有 数 台 )##01 机 组 装 机 电 厂 机 组 因 为 隔 板 早 期 变 形 引 发动静摩擦事故, 甚至造成巨大经济损失。 通辽电厂 ! 号机因 !$ 级隔 例如, !8-4 年 8 月 8 日, 板变形, 产生动静摩擦, 叶片脱出, 造成 !7Y!, 级隔 板及中压转子严重损坏事故, 经济损失达几百万 富拉尔基二电 元, 停产 ,# 天; !8-- 年 !! 月 !! 日, 厂 ! 号 机 因 动 静 摩 擦 事 故 造 成 !7Y!$ 级 隔 板 及 为此能源部电 Z!8--[*7 号 !7Y!$ 级动叶严重损坏。 文 “ 关于抓紧对哈汽产 )##01 汽轮机焊接隔板检 查并加强运行监视的通知” , 要求各电厂利用检修

围带、 导叶、 外缘等组成, 如图 ! 所示, 在工作中承 受着由前后压差形成的均布载荷。 国产 )##01 汽 轮机机组的 !Y!8 级隔板均为焊接隔板, 中压隔板 为 !7Y!8 级。

图!

焊接隔板结构

机会对全部焊接隔板进行检查, 特 别 是 !7Y!, 级 隔板。 国 产 )##01 汽 轮 机 隔 板 变 形 问 题 已 引 起 各 电厂的充分重视。 马头电厂 4 号机组停 !884 年 8 月, 机大修后汽轮机揭缸时发现, !$ 级隔板已和 !$ 级 表! 制 造 厂 家 给 出 的 "##$% 汽 轮 机 !&’!( 级 隔板最大允许变形值
运行时间 !!!"!#$ % 最大允许变形值 !
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焊接隔板长期在高温状态下运行, 工作一段时 期后即会产生一定程度的蠕变变形。 在正常情况下, 隔板发生变形的速度比较稳定, 隔板的蠕变变形与 材质高温蠕变极限、 工作温度、 工作载荷等许多因 素有关, 通过计算虽然可以获得隔板在不同运行时 间内的变形值, 但计算结果与计算方法有关, 并且 计算值与实际变形值相差甚远。 表 ! 为制造厂家曾
收稿日期: )##,6#-6)$

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能源工程焊接技术

第 (# 卷

叶轮紧紧地挤靠在一起, 盘车都较困难, !" 级隔板 板体出汽侧磨去 # $$ 左右, 中分面上 ! 个叶片脱 落, 隔板其他叶片大部分从围带上拔出, !" 级叶轮 轮盘进汽侧严重磨损、 划伤, !" 级隔板上脱落的叶 片已在动静之间磨成碎块, 塞在 !" 级动叶片间隙之 间, 根据事故现场情况可以推断: 若大修停机时间 稍加拖后, 必然会造成事故急剧扩大的后果。 此后,

以增大 . 间隙。 !&!/# $$, 上述方法并不是一种积极的措施, 当隔板变形 主要由于焊缝质量原因造成时, 它并不能从根本 上 解决隔板变形问题, 亦是很不安全的。 即使不出 现动静摩擦事故, 隔板在运行一个大修周期后, 隔 板常常还需大幅度地调整通流间隙, 特别是车削 板体出汽侧凸台的方法会使隔板的强度削弱, 减 薄围带与板体或外缘之间的连接焊缝。 有的电厂 每次大修时都把板体出汽侧 . 点凸台削车去一部 分, 甚至车削到了导叶根部, 这是很危险的, 因为动 静之间稍有摩擦即会把叶片刮掉, 后果是不堪设 想的。 东北电力科学研究院金属材料研究所自 !’)’ 年以来, 一直致力于隔板焊接加固的研究工作, 提 出了对隔板进行整体开槽挖补加固的工艺措施 挠度试验结果表明, 0 该项目已申报国家发明专利1, 通过焊接加固隔板整体可以显著提高隔板的主 焊缝强度与隔板整体刚度, 大大减少了隔板的蠕变 变形速度, 从根本上解决隔板变形问题。 东电生 2!’’!3%+’ 号 文 件 要 求 东 北 各 !’’! 年, 电厂采用东北电力科学研究院方案对 !(&!# 级隔 东电生处字 2!’’(3 第 !( 号文 板进行加固; !’’( 年, 件要求东北各电厂采用东北电力科学研究院铣槽 焊接的方式对 !%&!’ 级隔板也进行加固处理; !’’* 年 !+ 月, 在内蒙丰镇电厂 " 号机中压转子损坏事故 发生后, 东北电管局安全情况快报中强调对于 !(&!’ 级隔板, 没有实施加固的机组, 要在大修中实施隔 板加固。

!%&!’ 级 中 压 隔 板 早 期 变 形 问 题 也 逐 渐 引 起 了 人 们的关注, 已有电厂因 !%&!’ 级隔板变形造成动静 摩擦事故。 锦州电厂 " 号机因 !) 级隔 !’’( 年 " 月, 板变形造成 !) 级隔板报废, !’ 级隔板、 !* 级动叶 片、 内蒙丰镇 !’ 级动叶片损伤; !’’* 年 " 月 !* 日, 电厂 " 号机因 !% 级中压隔板与动叶相碰, 隔板静
叶与隔板体脱落, 掉入动静之间, 然后不断扩大损 伤范围, 造成 !# 级动叶片全部报废, !%&!’ 级动静 叶片全部碰断脱落, 中压转子严重损坏等一连串恶 性事故; 沈海热电厂 !- 机因 !% +,,( 年 ! 月 +% 日, 级中压隔板与动叶相碰发生恶性事故, !%&!’ 级焊 接隔板全部解体, 中压转 !(&!# 级隔 板 部 分 损 伤 , 子严重变形。 隔板早期变形有设计上的原因, 隔板实际最大 工作应力有可能高于设计许用应力。 但隔板主焊缝 焊接质量与性能不好也是主要原因。 在对事故后的 损坏隔板检查时发现, 隔板导叶与板体及外缘联 结主焊缝明显熔合不良, 这些缺陷本身造成了焊 缝有效承载截面面积的减少, 导致隔板实际工作应 力增大 。 此外在许多电厂机组大修期间隔板检查 中, 都发现了隔板进汽侧主焊缝表面出现许多长条 裂纹, 并发现隔板主焊缝裂纹总是伴随着隔板 的严重变形。 有研究表明, 隔板被主焊缝裂纹所削弱 后将使隔板挠度增加。

#

隔板质量检查
在评估隔板总体质量与性能时, 一般应进行以

!"#

对隔板加固的必要性
当隔板的永久变形积累到一定数值时, 就会使

下几方面检查。

通流间隙满足不了要求, 这时即需采取必要的处理 措施, 通常的处理方法是: 在隔板外缘出汽侧堆 $" 调 整 隔 板 轴 向 位 置 , 焊焊点, 然后车削隔板外缘入汽侧; 在隔板套外缘出汽 %" 调整隔板套 轴 向 位 置 , 侧堆焊焊点, 然后车削隔板套外缘入汽侧; 在对轮之间加垫片; &" 调整大轴位置, 隔板的 ’" 车削隔板板体出汽侧凸台 . 点高度。 有许多电厂都采用 变形主要表现在 . 间隙的减少, 车加工的办法,把板体出汽侧凸台 . 点高度车削去
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隔板表面缺陷检查
隔板表面缺陷检查可以采用肉眼观察、 低倍放

大镜下检查、 表面着色检查等方法。 隔板典型表面缺 陷有以下几种:

$" %" &" ’"

导叶端部裂纹, 如图 + 所示。 主焊缝熔合不良, 如图 ( 所示。 导叶脱出, 如图 " 所示。 围带变形 0 见图 #1 , 围带变形是由于主焊缝

内部熔合不良引起。 如图 % 所示。 (" 导叶端头断裂,

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能源工程焊接技术

卢元军: !** 01 汽轮机焊接隔板检查与加固技术

第,期

图!

导叶端部裂纹

图’

导叶端头断裂

图#

主焊缝熔合不良

图"

直探头超声探伤检查

如图 $ 所示。 # 点与隔板变形有关,

图.

导叶脱出

图/

围带变形 图$ 隔板通流间隙检查

!"!

隔板内部缺陷检查
隔板内部缺陷包括主焊缝内部熔合不良或焊

!"$

隔板挠曲变形检查
测量方法是把每级半块隔板、 出汽侧向上摆放

缝实际焊接深度不足, 可以采用直探头超声探伤检 查或采用超声测厚仪检查, 如图 " 所示。

在 %&’ ()!&* ( 的平台上, 拼成一个整圆, 在外环隔板 牙子处垫上 ’ 块等高垫块, 在隔板上部放一个 %&’ ( 平尺 + 见图 ,- 测量导叶两端距平 尺 下 部 距 离 , 测量
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隔板通流间隙检查
隔板通流间隙检查用塞尺进行, 主要有 ! 、 "、 #

能源工程焊接技术

第 ’& 卷

时先在圆周上均分 !" 点, 测得靠内环导叶端头的 数值加上系数 ! , 再与测得靠外环导叶端头数值比 较求出挠度变形大小, 之后将测得的数值填入正式 表格, 以便参考。

图 !" 图# 隔板挠曲变形检查

隔板挠度试验方法

实施加固的国产 $""+, 汽轮机机组, 有必要在大 修期间实施加固处理。 对于 $*!$ 级高压焊接隔板, 特别是后几级高压 隔板, 已有电厂发生过动静磨损事故, 建议在以 下 情况考虑进行焊接加固 处 理 : &" 隔 板 主 焊 缝 的 焊接深度测量后普遍小于设计要求的 $!’; ’" 隔板 主焊缝表面有连续长条裂纹、 夹渣、 未熔合等缺陷; (" 有 $ 个以上导叶断裂现象; )" 有 $ 个以上导叶脱出 现象; *" 有 $ 个以上导叶两端围带有明显波浪变形;

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隔板挠度试验
在必要时可以进行隔板挠度试验。 隔板挠度

试验是在常温条件下检验隔板刚度与主焊缝强度 是否合格的重要手段, 试验时用集中载荷代替隔 板实际工作时承受的分布载荷。 图 !" 给出一种试验 使其均匀地分 方法, 在承力板上安装 !$ 个测力计, 布在隔板工作时的合力作用圆上进行加载, 在支承 使其在 隔 板 出 汽 侧 沿 $ 表 架 上 安装 !$ 个千分表, 个圆周均匀 布 置 , 以测量隔板加载后的挠度与残 余挠度, 隔板 试 验 压 力 取 工 作 压 差 的 !%$& 倍 , 在 此 压 力 下 隔板各点的挠度不大于该点与叶轮之间 测出的应力不应超过许用 间隙的 !!’ 可视为合格, 应力。

+" 有 $ 个以上导叶两端有裂 纹 ; ," 隔 板 挠 曲 变 形 在一个大修周期内超过通流间隙下限的 !!’ 。

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加工焊接坡口
利用立式铣床, 在入汽侧铣加工焊接坡口, 铣加

工坡口的位置、 尺寸如图 !! 所示。

$

隔板整体焊接加固
为消除因隔板主焊缝缺陷 ( 裂纹、 夹渣、 未熔合

$"$

焊接
填焊时要注意仔 &" 将加工好的坡口填焊满,

细清理焊渣, 使之保证焊接质量。

焊缝截面积不够等所造成的隔板刚度和强 等)、 度的降低, 而在运行中引起的变形, 采用特殊隔 板整体焊接加固新工艺, 对隔板进行开槽焊接加 固处理, 以确保隔板安全可靠工作。

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隔板加固适用范围
对于 !’*!# 级隔板, 鉴于以前的事故教训, 没有
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’" (" )" *" +"

焊条采用 ! $%& --、 镍 ’"./ 焊条。 焊条按说明书进行烘干, 最高温度 $""*’"" 0。 焊接电流 ."*1" 2 为宜。 采用直流电源, 接直流反接极。 焊接与加工互相配合, 先加工一半 ( 即 隔 一

个导叶加工一个导叶 ) 进 行 焊 接 , 焊接后再加工其

能源工程焊接技术

卢元军: /%% 12 汽轮机焊接隔板检查与加固技术

第3期

在焊前变形的基础上增大不超过 %&’ ""; 要 弯曲 $ , 求负变形不超过 ()(&’ ""。

$"(

隔板焊后热处理

把盖子扣 &" 将焊 完 的 隔 板 立 放 在 加 热 炉 内 , 严, 然后通电加热; ’" 加 热 温 度 控 制 在 ’!%*’ + , 升温速度不超过 , +!"-. , 恒温 / 0; )" 降温采用随 炉冷却方式, 到 (’%)/%% + 即可出炉空冷; *" 温度 测点不少于 , 点, 测量位置在隔板上部和下部。

$"+

施工程序
挠度测量 ! 车削去围带 " 上铣床开槽 # 填充

焊 $ 恢复围带 % 焊接质量检查 & 热处理 ’ 焊接质 量检查 (挠度测量 )上立车找平 *下隔板套。

%
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图 (( 隔板铣槽开坡口

隔板加固运行后监督检查
隔板加固后运行情况
采 用 隔 板 整 体 焊 接 加 固 技 术 已 对 /% 多 台

余的一半导叶。 采用跳焊方法。 !" 焊接时为防止变形, 注意把围带 #" 导 叶 根 部 填 焊 完 后 恢 复围 带 , 角缝焊牢, 焊角高度不小于 ! ""。

/%%12 汽 轮 机 严 重 变 形 的 (,)(3 级 焊 接 隔 板 进 行了加固处理 # 还有部分机组的高压焊接隔板 $ , 保
证了机组的安全运行, 到目前为止, 加固后的隔板 大多已运行了 4 个大修周期, 运行中从未发生异常 情况。

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加固焊缝质量检查
过渡平滑, 无咬边, 无气孔, &" 焊缝表面检查。

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隔板加固后监督检查
隔板加固后为安全起见, 电厂还应继续在每个

无裂纹。

大修期间测量隔板的挠曲变形及通流间隙, 作好记

要求正变形 # 向出汽侧 ’" 热处理后测量变形。 录, 以作比较。 !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! !"#$ %& ! 样本输出向量的距离最小作为判 据 。 可以提高对实际生产的适应性。 建立神经网络 ::1 模型, 可实现应用程序的自学习能力, 能够扩充知 即若当前神经网络输出为 !"5##(, …, 样 本 $% #/, #"$, 识库中的知识, 极大地提高了系统的适应性。 人工神 的输出向量为 !%5#& %(, …, 若 有 #!", & %/, & %"$, !%$5"-.67 经网络的优点能很好地弥补专家系统的不足, 两者 则样本 $% 就是当前 ::1 的输出。 !", !%89, 的结合已经逐渐成为复杂智能系统的发展趋势。 采用 ::1 算法使专家系统能自动对系统的逻 辑输入产生逻辑输出, 具有自我完善能力, 当不能 正确判定特定问题的状态时, 可以通过增加学习样 本的方法进一步学习, 直至获得对新情况的感知, 神 经网络系统本身具有模糊性和容错性, 具有外部接 口的逻辑性, 与传统专家系统中的逻辑模块完全一 致, 便于控制。

参考文献:
;(<
许春义, 魏艳红, 刘爱国&新型焊接工艺设计专家 系 统;=<& 第十次全国焊接会议论文集;><&哈尔滨: 中国机械工程学 会焊接学会, /%%(& 刘 ;/< ?-@AA@B@.C D, E-FGH ?&专家系统原理与编程;1<&印 鉴, 星成, 汤 庸, 译 & 北京: 机械工业出版社, /%%%& 姜 坤, 康 慧, 等&钎焊工艺专家系统的开发;=<& ;,< 胡 刚, 第十次全国焊接会议论文集;><&哈尔滨: 中国机械工程学 会焊接学会, /%%( , #($: I,JII& 汪 苏 &焊接工艺管理 中 的 专 家系统;D<&电焊机, ;4< 肖玉平, /%%4 , ,4#(($: IJK& ;’< 李 士 勇 & 模 糊 控 制 和 智 能 控 制 理 论 与 应 用 ;1<& 哈尔 滨: 哈尔滨工业大学出版社, (33%&

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结论
铝合金钎焊工艺专家系统包括应用程序和数

据库, 专家系统的结构包括人机界面、 知识表示、 知 识获取、 逻辑推理和解释机制等部分, 将人工神经 网络的学习算法应用于铝合金钎焊工艺专家系统,

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