核电汽轮机低压转子焊接技术简述

1、核电汽轮机低压转子焊接技术简述 2009.11.25主要内容主要内容 核电汽轮机转子的特点核电汽轮机转子的特点1焊接转子的制造技术焊接转子的制造技术3核电汽轮机转子制造技术发展历程核电汽轮机转子制造技术发展历程2核电汽轮机转子的特点核电汽轮机转子的特点 汽轮机所有转动部件的组合体汽轮机所有转动部件的组合体称为转子。称为转子。1.危急遮断器孔 2.轴位移凸肩 3.推力盘 4.前径向轴承 5.前汽封 6.内汽封 7.调节级 8.转鼓段 9.低压段 10.后汽封 11.后径向轴承挡12.盘车棘轮 13.盘车油轮 14.联轴器挡 15.后端平衡面 16.主平衡面 17.前端平衡面核电汽轮机转子的特点核

2、电汽轮机转子的特点v 担负着工质能量转换及扭矩传递的重任 v 处在高温工质中，并以高速旋转，因此它承受着叶片、叶轮、主轴本身质量离心力所引起的巨大应力以及由于温度分布不均匀引起的热应力 v 蒸汽作用在动叶栅上的力矩，通过转子的叶轮、主轴和联轴节传递给发电机或其它工作机 v 转子要有很高的强度和均匀的质量，以保证它安全工作 核电汽轮机转子的特点核电汽轮机转子的特点重视高压缸热应力和热变形的有效分析重视高压缸热应力和热变形的有效分析 。虽然核电站虽然核电站汽轮机高压缸的初温要比火电站汽轮机的低得多，但由汽轮机高压缸的初温要比火电站汽轮机的低得多，但由于它的特殊工作条件，必须十分重视热应力问题于它的

3、特殊工作条件，必须十分重视热应力问题配置有先进的汽水分离再热器及其系统配置有先进的汽水分离再热器及其系统 。它能有效防止蒸汽它能有效防止蒸汽在汽轮机的膨胀过程中出现过量的湿度；能降低叶片水蚀和在汽轮机的膨胀过程中出现过量的湿度；能降低叶片水蚀和对汽轮机部件的腐蚀；能提高核电汽轮机的可靠性和寿命对汽轮机部件的腐蚀；能提高核电汽轮机的可靠性和寿命适应高压缸处于湿蒸汽条件下工作适应高压缸处于湿蒸汽条件下工作 。除了汽轮机的结构设除了汽轮机的结构设计和运行都应保证正常疏水外，低压缸也较火电汽轮机低压计和运行都应保证正常疏水外，低压缸也较火电汽轮机低压缸更注意去湿或在较多级动叶片上采取高频淬火提高硬度或

4、缸更注意去湿或在较多级动叶片上采取高频淬火提高硬度或镶焊硬质合金片等防水蚀措施镶焊硬质合金片等防水蚀措施核电汽轮机转子的工作特性核电汽轮机转子的工作特性核电汽轮机转子的特点核电汽轮机转子的特点核电汽轮机的选型核电汽轮机的选型对于核电汽轮机来说，反应堆的堆功率和主蒸汽参数等已经确定，所以影响汽轮机方案制定最主要的因素是汽水分离再热系统的参数、背压、机组转速、机组结构形式。全转速汽轮机部件尺寸小、重量轻、便于运输和安装，目前国内制造厂现有设备都可以加工各种部件，国内厂家完全可以保证转子、汽缸等原材料的供应交货进度和质量要求。全转速汽轮机具有投资小、建设周期短、回报率快的特点。所以对于火电机组以及单

5、机功率低于1000MW的核电汽轮机来说,全转速汽轮机是一个比较好的选择。对于1000MW以上的核电汽轮机由于受机组轴系长度、轴系稳定性、转子的临界转速等限制，一般最多采用34个低压缸，所以增大末级叶片的排汽面积只能通过增加末级叶片高度来解决。核电汽轮机转子的特点核电汽轮机转子的特点核电汽轮机的选型核电汽轮机的选型对于核电汽轮机来说，反应堆的堆功率和主蒸汽参数等已经确定，所以影响汽轮机方案制定最主要的因素是汽水分离再热系统的参数、背压、机组转速、机组结构形式。相对于全转速汽轮机增高末级叶片的高度受到叶片材料应力和强度的限制，采用半转速汽轮机在同样的末级叶片应力和强度的情况下，通过增加叶片高度可使

6、汽轮机的功率大约增加4倍。 与全转速汽轮机相比，采用半转速汽轮机可以降低转动部件的应力，可以减少汽轮机的余速损失，减少叶片水蚀量。反应堆功率不变的情况下，可以采用更长的末级叶片来增加排汽面积，进而减少排汽缸的数量，缩短轴系长度，增加轴系稳定性，降低厂房的建设成本。核电汽轮机转子制造技术发展历程核电汽轮机转子制造技术发展历程 v 整煅转子整煅转子 v 套装转子套装转子 v 焊接转子焊接转子 v 组合转子组合转子 按主轴与其它部件间的组合方式，转子可分为套装转子、整锻转子、焊接转子和组合转子四大类。一台机组采用何种类型转子，由转子所处的运行温度条件及各国的锻冶技术来确定。核电汽轮机转子制造技术发展

7、历程核电汽轮机转子制造技术发展历程 v 叶轮和主轴做成整体，因而不会松动，叶轮和主轴做成整体，因而不会松动，能适应高温工作和快速启动的要求能适应高温工作和快速启动的要求 v 装配零件少，结构紧凑，轴向长度相应装配零件少，结构紧凑，轴向长度相应缩短，刚性好缩短，刚性好v 锻件尺寸大，要求有生产大型锻件的技锻件尺寸大，要求有生产大型锻件的技术和设备，工艺及质量检验比较复杂，术和设备，工艺及质量检验比较复杂，材料损耗大材料损耗大 v 当转子上零件损坏时更换困难，甚至造当转子上零件损坏时更换困难，甚至造成整个转子报废成整个转子报废 v 加工制造周期较长加工制造周期较长 核电汽轮机转子制造技术发展历程核

8、电汽轮机转子制造技术发展历程 v 叶轮和主轴可以单独制造叶轮和主轴可以单独制造v 锻件小，加工方便，节省材料锻件小，加工方便，节省材料v 转子部分零件损坏后也容易拆换转子部分零件损坏后也容易拆换v 轮孔处应力较大轮孔处应力较大 v 转子的刚性差转子的刚性差 v 高温下容易使叶轮和主轴套装处高温下容易使叶轮和主轴套装处产生松动现象产生松动现象核电汽轮机转子制造技术发展历程核电汽轮机转子制造技术发展历程v 不存在松动问题不存在松动问题 v 结构紧凑，强度高结构紧凑，强度高 v 轮盘和转子可以单独制造，材料轮盘和转子可以单独制造，材料利用合理，加工方便利用合理，加工方便v 焊成整体后转子刚性较大焊成

9、整体后转子刚性较大 v 材料的焊接性要求高材料的焊接性要求高 v 焊接工艺及检验技术要求高焊接工艺及检验技术要求高 v 焊接接头的性能薄弱区焊接接头的性能薄弱区核电汽轮机转子制造技术发展历程核电汽轮机转子制造技术发展历程v 高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结高压部分采用整锻结构，中、低压部分采用套装结构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。构，从而兼得整锻转子和套装转子的优点。核电汽轮机转子制造技术发展历程核电汽轮机转子制造技术发展历程 v 随着单机容量的提升，汽轮机转子的体积和重量越来越大随着单机容量的提升，汽轮机转子的体积和重量越来越大 v 现有的锻造设备和技术已经成为了汽轮机转子

10、加工行业发现有的锻造设备和技术已经成为了汽轮机转子加工行业发展的瓶颈展的瓶颈 v 套装的转子在长时间的高温条件下运行，可能产生松动，套装的转子在长时间的高温条件下运行，可能产生松动，而且结构中存在较大的残余应力，在湿蒸汽环境下容易诱而且结构中存在较大的残余应力，在湿蒸汽环境下容易诱发应力腐蚀裂纹发应力腐蚀裂纹 v 套装的转子产能依旧低下，满足不了日益增长的核电汽轮套装的转子产能依旧低下，满足不了日益增长的核电汽轮机转子的市场需求机转子的市场需求 核电汽轮机转子制造技术发展历程核电汽轮机转子制造技术发展历程 v 降低结构重量，减少材料消耗降低结构重量，减少材料消耗 v 焊接结构减少了生产周期焊接

11、结构减少了生产周期 v 分段以后的锻件尺寸较小，易于锻造分段以后的锻件尺寸较小，易于锻造 ，利于保证，利于保证转子的内在质量转子的内在质量 v 焊接结构便于改进焊接结构便于改进 v 焊接结构便于推广焊接结构便于推广 国内外焊接转子研究情况介绍国内外焊接转子研究情况介绍 v 1926年原瑞士年原瑞士BBC公司就开始发展汽轮机焊接转子技术，公司就开始发展汽轮机焊接转子技术，1930年成功制造出世界上第一根汽轮机焊接转子。年成功制造出世界上第一根汽轮机焊接转子。v 阿尔期通（阿尔期通（ALSTOM）公司是国外汽轮机焊接转子技术）公司是国外汽轮机焊接转子技术发展历史最长、技术最先进公司，它包含原发展历

12、史最长、技术最先进公司，它包含原ABB、原、原ALSTHOM和原和原GEC公司公司 。到。到1988年末，该公司生产年末，该公司生产的焊接转子（包括汽轮机高、中、低压转子、燃气轮机转的焊接转子（包括汽轮机高、中、低压转子、燃气轮机转子和压气机转子）总数约达子和压气机转子）总数约达5000根左右，每年生产焊接根左右，每年生产焊接转子转子50根左右根左右 ，最大汽轮机功率达，最大汽轮机功率达1300MW，转子重，转子重达达213t 。国内外焊接转子研究情况介绍国内外焊接转子研究情况介绍 v 在德国进行的转子焊接工作以西门子（在德国进行的转子焊接工作以西门子（SIEMENS）公司）公司为代表，为代表

13、， SIEMENS公司主要进行的相关工作是对公司主要进行的相关工作是对9Cr钢钢高中压转子的轴颈进行表面堆焊，此外还生产了中低压焊高中压转子的轴颈进行表面堆焊，此外还生产了中低压焊接转子，材料为接转子，材料为23CrMoNiWV88和和26NiCrMoV145钢，采钢，采用窄间隙用窄间隙U型坡口，自动型坡口，自动TIG焊工艺。焊工艺。 v 意大利意大利FRANCO TOSI （前身为（前身为ANSALDO）公司大约在）公司大约在20年前引进原年前引进原ABB的焊接技术，至今仍在生产焊接转子的焊接技术，至今仍在生产焊接转子（包括低压转子同种材料焊接；中低压转子、高中压转子、（包括低压转子同种材料

14、焊接；中低压转子、高中压转子、高中低压异种钢转子焊接；轴颈堆焊）。高中低压异种钢转子焊接；轴颈堆焊）。 国内外焊接转子研究情况介绍国内外焊接转子研究情况介绍 v 前苏联从上世纪前苏联从上世纪50年代起前苏联对焊接转子进行了系统的年代起前苏联对焊接转子进行了系统的研究。研究单位有哈尔科夫汽轮电机厂和列宁格勒金属工研究。研究单位有哈尔科夫汽轮电机厂和列宁格勒金属工厂。厂。1959年焊接了外径年焊接了外径1580mm-150型汽轮机转子。型汽轮机转子。目前，它具有专业的焊接转子车间，拥有可焊直径目前，它具有专业的焊接转子车间，拥有可焊直径2500mm、重达、重达250吨焊接转子装焊胎具和卧式电炉。吨

15、焊接转子装焊胎具和卧式电炉。 v 日本在日本在90年代中期，为适应电站汽轮机高温化、大容量化年代中期，为适应电站汽轮机高温化、大容量化和缩短供货期的市场需求，三菱重工（和缩短供货期的市场需求，三菱重工（MHI）开展了同种）开展了同种钢和异种钢焊接结构转子的研究，转子由钢和异种钢焊接结构转子的研究，转子由3种材质种材质4部分组部分组焊。焊。 国内外焊接转子研究情况介绍国内外焊接转子研究情况介绍 v 国内国内1959年开始汽轮机焊接转子的试验研究，南京汽轮机厂曾在年开始汽轮机焊接转子的试验研究，南京汽轮机厂曾在1963年首次焊接成年首次焊接成45号钢的号钢的1500KW燃气轮机的压气机转子，燃气轮

16、机的压气机转子，1964年上汽年上汽厂与哈焊所和原上海汽锅所（现上海成套所）等单位合作试验焊接了厂与哈焊所和原上海汽锅所（现上海成套所）等单位合作试验焊接了压气机的转子，转子尺寸为压气机的转子，转子尺寸为9205000mm。上汽至今已生产汽轮机、。上汽至今已生产汽轮机、燃气轮机和压气机焊接转子燃气轮机和压气机焊接转子300余根余根 v 哈汽上世纪七十年代曾与上海材料所、哈焊所、上汽和一重等单位共哈汽上世纪七十年代曾与上海材料所、哈焊所、上汽和一重等单位共同研究同研究600MW汽轮机焊接转子用钢问题，并做了大量工作，但由于汽轮机焊接转子用钢问题，并做了大量工作，但由于八十年代初引进美国西屋公司八

17、十年代初引进美国西屋公司600MW汽轮机技术，致使焊接转子研汽轮机技术，致使焊接转子研制工作处于停顿状态。制工作处于停顿状态。v 东方电气集团东方汽轮机有限公司在东方电气集团东方汽轮机有限公司在2007年底奠基了年底奠基了“核电制造研究核电制造研究基地基地”。包括两跨车间：一跨。包括两跨车间：一跨17230m为核电焊接转子研发制造；为核电焊接转子研发制造；一跨一跨17236m为核电总装、加工研发制造。核电焊接转子车间拥有为核电总装、加工研发制造。核电焊接转子车间拥有目前国际先进的加工、热处理、无损检验设备。东汽公司正在积极开目前国际先进的加工、热处理、无损检验设备。东汽公司正在积极开展焊接转子

18、设计、加工和运行管理等多方位的技术研究，以求全面掌展焊接转子设计、加工和运行管理等多方位的技术研究，以求全面掌握焊接转子的生产技术、检验技术、寿命评估等核心技术。握焊接转子的生产技术、检验技术、寿命评估等核心技术。 焊接转子的制造技术焊接转子的制造技术 v 对于高速运转的大型焊接转子，为保证转子的安全对于高速运转的大型焊接转子，为保证转子的安全运行，转子的焊接接头质量与性能无疑是非常重要运行，转子的焊接接头质量与性能无疑是非常重要的，对转子的变形要求也很高的，对转子的变形要求也很高 v 焊接转子的结构设计和有关工艺措施，例如转子母焊接转子的结构设计和有关工艺措施，例如转子母材及焊材的选择，坡口尺寸及相对转子空腔的位置材及焊材的选择，坡口尺寸及相对转子空腔的位置精度，转子各分段的组装方式与尽可能采取对称焊精度，转子各分段的组装方式与尽可能采取对称焊封底工艺封底工艺焊接转子的制造技术焊接转子的制造技术 v 选择适当的钢材和工艺条件，采用正确的焊接工艺选择适当的钢材和工艺条件，采用正确的焊接工艺和热处理工艺，使和热处理工艺，使HAZHAZ的组织转变均匀，不致形成粗的组织转变均匀，不致形成粗晶组织，防止在除应力过程中产生裂纹。晶组织，防止在除应力过程中产生裂纹。v 焊接过程的温度控制也非常重要，焊