核电汽轮机低压转子焊接技术简述

全 速 汽 轮 机
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3~4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。
焊接转子加工过程
垂直TIG焊
水平埋弧焊
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焊接转子的制造技术
焊接转子加工过程
转动测试 热处理
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焊接转子的制造技术
焊接转子加工过程
轮缘钻孔
精磨
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焊接转子的制造技术
热跑
叶片安装
调平衡
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装配零件少，结构紧凑，轴向长度相应 缩短，刚性好
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， 材料损耗大 当转子上零件损坏时更换困难，甚至造 成整个转子报废 加工制造周期较长
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
套装转子
叶轮和主轴可以单独制造 锻件小，加工方便，节省材料 转子部分零件损坏后也容易拆换
半 速 汽 轮 机
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。
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
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焊接转子的制造技术
焊接转子的坡口
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焊接转子的制造技术
焊接转子的设备
足够支撑力的立焊台。含有立转台、操作升降台、对称布置的 氩弧焊焊炬及其配套调整及送丝机构 感应加热设备。采用工频感应加热，由热电偶控制焊接过程的 温度 窄间隙埋弧焊接设备。包含了足够支撑力的横焊台，工件的支 托滚轮，轴向定位装置等
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核电汽轮机转子的特点
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。
核电汽轮机的选型
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汽轮机的功率大约增加4倍。
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核电汽轮机转子的特点
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。
核电汽轮机的选型
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。
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重视高压缸热应力和热变形的有效分析 。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 于它的特殊工作条件，必须十分重视热应力问题
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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
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
焊接转子的优势
降低结构重量，减少材料消耗 焊接结构减少了生产周期 分段以后的锻件尺寸较小，易于锻造 ，利于保证 转子的内在质量 焊接结构便于改进 焊接结构便于推广
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国内外焊接转子研究情况介绍
热处理设备。与转子焊接配套有井式热处理炉，对于要求热处 理过程中不允许严重氧化的转子，先置于充有还原气氛的N2H2保护气体的密封筒内一起进行消应力处理
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焊接转子的制造技术
焊接转子加工过程
轴的机加工
轮盘机加工
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焊接转子的制造技术
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核电汽轮机低压转子焊接技术简述
主讲人：梁振新
苏州热工研究院焊接所
2009.11.25
主要内容
1
核电汽轮机转子的特点
2
核电汽轮机转子制造技术发展历程
3
焊接转子的制造技术
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核电汽轮机转子的特点
概念
汽轮机所有转动部件的组合体 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
日本在90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（MHI）开展了同种 钢和异种钢焊接结构转子的研究，转子由3种材质4部分组 焊。
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国内外焊接转子研究情况介绍
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1963 年首次焊接成45号钢的1500KW燃气轮机的压气机转子，1964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 压气机的转子，转子尺寸为Φ920×5000mm。上汽至今已生产汽轮机、 燃气轮机和压气机焊接转子300余根 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600MW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600MW汽轮机技术，致使焊接转子研 制工作处于停顿状态。 东方电气集团东方汽轮机有限公司在2007年底奠基了“核电制造研究 基地”。包括两跨车间：一跨172×30m为核电焊接转子研发制造； 一跨172×36m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 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。
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焊接转子的制造技术
工艺条件及材料的选择
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HAZ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。 焊接过程的温度控制也非常重要，焊前预热不仅能 避免焊接接头出现冷裂纹，还有助于焊接接头的韧 性的提高
转子要有很高的强度和均匀的质量，以保证它安全 工作
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核电汽轮机转子的特点
核电汽轮机转子的工作特性
适应高压缸处于湿蒸汽条件下工作 。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 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
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。
整煅转子 套装转子 焊接转子 组合转子
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
整锻转子
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
பைடு நூலகம்
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核电汽轮机转子的特点
担负着工质能量转换及扭矩传递的重任 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 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
1926年原瑞士BBC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。
阿尔期通（ALSTOM）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ABB、原 ALSTHOM和原GEC公司 。到1988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 子和压气机转子）总数约达5000根左右，每年生产焊接 转子50根左右 ，最大汽轮机功率达1300MW，转子重 达213t 。
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国内外焊接转子研究情况介绍
在德国进行的转子焊接工作以西门子（SIEMENS）公司 为代表， SIEMENS公司主要进行的相关工作是对9Cr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 接转子，材料为23CrMoNiWV88和26NiCrMoV145钢，采 用窄间隙U型坡口，自动TIG焊工艺。
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焊接转子的制造技术
焊接转子生产关注问题
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 的，对转子的变形要求也很高 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 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
轮孔处应力较大 转子的刚性差 高温下容易使叶轮和主轴套装处 产生松动现象
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
焊接转子
不存在松动问题
结构紧凑，强度高 轮盘和转子可以单独制造，材料 利用合理，加工方便 焊成整体后转子刚性较大
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意大利FRANCO TOSI （前身为ANSALDO）公司大约在 20年前引进原ABB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、 高中低压异种钢转子焊接；轴颈堆焊）。
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国内外焊接转子研究情况介绍
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 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。1959年焊接了外径Φ1580mmпвк-150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 Φ2500mm、重达250吨焊接转子装焊胎具和卧式电炉。
材料的焊接性要求高 焊接工艺及检验技术要求高 焊接接头的性能薄弱区
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
组合转子
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。
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核电汽轮机转子制造技术发展历程
转子生产发展趋势
随着单机容量的提升，汽轮机转子的体积和重量越来越大 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 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 发应力腐蚀裂纹 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