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        水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架中心體內(nèi)筋板補強現(xiàn)場焊接修復(fù)工藝

        2018-04-28 06:22:13賈瑞燕田井成喬宏來張偉華趙佳祥
        上海大中型電機 2018年1期
        關(guān)鍵詞:環(huán)板筋板引線

        賈瑞燕,楊 震,田井成,喬宏來,張偉華,趙佳祥

        (哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司,黑龍江哈爾濱 150040)

        0 引言

        某水電站3#機組發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架中心體內(nèi)側(cè)均布六塊徑向筋板(頂部截面800 mm×20 mm),其中四塊對稱延長后加厚加強,見圖1。檢修時發(fā)現(xiàn)未加強的一個內(nèi)筋板與上環(huán)板焊縫根部發(fā)生開裂現(xiàn)象,裂紋為貫穿性,徑向長度約730 mm,見圖2。經(jīng)受力分析[1],為保證機組安全穩(wěn)定運行,采用在內(nèi)筋板內(nèi)側(cè)焊接補強鋼板的方式進行現(xiàn)場焊接修復(fù)。

        圖1 轉(zhuǎn)子支架中心體示意圖

        圖2 內(nèi)筋板裂紋

        因轉(zhuǎn)子支架中心體上環(huán)板與發(fā)電機頂軸把合連接,見圖3,配合面平面度精度要求高。而現(xiàn)場焊接修復(fù)產(chǎn)生的變形會對上環(huán)板把合配合面平面度產(chǎn)生一定影響,嚴(yán)重時可能導(dǎo)致頂軸運行擺幅增大,造成機組振動。由于焊接過程產(chǎn)生殘余應(yīng)力在現(xiàn)場無法完全消除,從而產(chǎn)生焊接變形。因此,現(xiàn)場修復(fù)在保證焊接質(zhì)量的同時需最大程度控制焊接變形。

        圖3 轉(zhuǎn)子支架中心體與頂軸連接示意圖

        1 修復(fù)方案的難點分析

        轉(zhuǎn)子支架在運行過程中承受電磁力、重力和離心力作用,經(jīng)計算,額定運行時的轉(zhuǎn)子支架中心體筋板應(yīng)力大約40 MPa,最大應(yīng)力出現(xiàn)在支臂下部,為169 MPa,滿足強度要求。對轉(zhuǎn)子支架起吊方式進行模擬分析,考慮轉(zhuǎn)子支架、磁極及磁軛重量,計算得出起吊工況最大應(yīng)力位于中心體筋板位置,最大應(yīng)力值為284 MPa,在材料屈服極限之下??赡艿脑驗槠鸬踹^程中沒有足夠的螺栓預(yù)緊力,導(dǎo)致筋板受力不均勻,在起吊過程筋板承受較高應(yīng)力,使焊縫出現(xiàn)初始裂紋。在運行過程中,隨著機組交變載荷作用,裂紋逐漸發(fā)展。

        裂紋焊接修復(fù),受上下圓盤剛度偏大的影響,會導(dǎo)致焊接時焊縫軸向收縮受限,產(chǎn)生較高的軸向拘束力。焊后殘余應(yīng)力大小受焊接過程控制及焊后消除應(yīng)力措施影響,可能成為再次開裂紋危險源。

        為避免筋板再次開裂,經(jīng)論證提出了筋板補強的方案,但方案存在下列難點:

        修復(fù)過程產(chǎn)生熱輸入產(chǎn)生的殘余變形對轉(zhuǎn)子支架中心體上環(huán)板與發(fā)電機頂軸把合平面的形變影響及控制是修復(fù)難點之一;

        開裂的內(nèi)筋板側(cè)面帶有轉(zhuǎn)子引線,靠近補焊區(qū)域,修復(fù)過程對轉(zhuǎn)子引線的防護、拆卸及安裝是修復(fù)難點之二;

        轉(zhuǎn)子引線在補強鋼板位置處分成兩股,見圖4,其中一股需穿過補強鋼板,即需在補強鋼板上根據(jù)轉(zhuǎn)子引線實際位置配開豁口,這為補強鋼板的裝配帶來較大難度。

        圖4 轉(zhuǎn)子引線位置

        2 修復(fù)方案及工藝措施

        為保證轉(zhuǎn)子中心體運行工況下的動平衡,采取在開裂的內(nèi)筋板(有轉(zhuǎn)子引線)及其圓周方向?qū)ΨQ位置的內(nèi)筋板共兩處焊接補強鋼板,且考慮到降低焊接應(yīng)力集中的因素,確定焊接補強鋼板修復(fù)方案,焊接結(jié)構(gòu)示意圖見圖5,計算得出補強后筋板的應(yīng)力水平可降低74.8%。

        圖5 焊接補強鋼板修復(fù)方案

        為減小焊接變形,修復(fù)過程中需制定合理的焊接順序及焊接規(guī)范。

        2.1 焊前準(zhǔn)備

        采取的防護措施對操作現(xiàn)場各部件進行防護,拆卸妨礙焊接的轉(zhuǎn)子引線。

        對轉(zhuǎn)子中心體內(nèi)側(cè)筋板焊接區(qū)域及與臨近區(qū)域進行100%的PT探傷檢查,對缺陷的分布、尺寸及性質(zhì)進行確認并做記錄。

        在頂軸進行百分表架設(shè)及框式水平的布置,在焊接過程中進行監(jiān)控記錄,作為焊接工藝調(diào)整的依據(jù)。

        2.2 裂紋清除及補焊

        采用碳弧氣刨及機械磨削的方法清除裂紋。沿長度方向以裂紋為中心,打磨制備焊接坡口,坡口深度約為15 mm,坡口角度為40~45°。焊接前,徹底清理去除補焊區(qū)域及其20 mm范圍內(nèi)的油、銹、水、油漆、探傷劑等有害雜質(zhì)。

        整條焊縫分成四段進行施焊,每段約200~220 mm。分段跳焊,蓋面前在背側(cè)進行焊縫清根,并進行PT探傷檢查確認,再進行背面焊縫焊接,填滿焊接坡口。

        焊接過程中,控制層間溫度不大于60℃,除打底層和蓋面層焊道不錘擊外,其余每層焊道焊后應(yīng)使用C6B風(fēng)鏟立即進行適度的錘擊消除焊接殘余應(yīng)力。

        焊后清理,焊縫磨平進行UT和PT探傷檢查,探傷檢查標(biāo)準(zhǔn)按ASME第Ⅷ卷執(zhí)行。焊縫端部300 mm范圍內(nèi)進行焊縫打磨處理,不允許存在應(yīng)力集中點,同時進行拋光處理。

        2.3 補強鋼板裝配

        確定出補強鋼板接觸的區(qū)域,將該區(qū)域進行打磨露出金屬光澤,經(jīng)PT探傷檢查無任何缺陷,PT探傷檢查標(biāo)準(zhǔn)按ASME第Ⅷ卷附錄8執(zhí)行。

        補強的筋板與上環(huán)板焊縫端部,采用碳弧氣刨去除立面圓根焊縫,以便補強鋼板與筋板貼緊。氣刨后打磨去除滲碳層至露出金屬光澤,經(jīng)PT探傷檢查無任何缺陷。

        按設(shè)計圖紙,裝配不穿引線的補強鋼板,補強鋼板與筋板和上環(huán)板間隙均勻且控制“貼合越嚴(yán)密越好”,必要時通過打磨進行調(diào)整,錯口不大于1 mm,垂直度不大于1 mm。合格后搭焊固定,見圖6。

        圖6 不穿引線的補強鋼板裝配

        帶引線的加強板,裝配前自制樣板模型劃出需配割的輪廓線,劃線偏差控制在5 mm以內(nèi),并經(jīng)實際驗證。使用樣板在加強板上劃出配割線,按線手工氣割,配割出豁口,見圖7。割面打磨光滑,試裝轉(zhuǎn)子引線,見圖8,合格后再按上述要求進行裝配。

        圖7 配開豁口位置

        圖8 轉(zhuǎn)子引線穿過補強鋼板

        2.4 焊接工藝

        按圖9所示的焊接順序進行焊接,1到5段的焊接需兩面交替依次進行,6、7最后進行焊接,滿足圖紙要求。

        圖9 焊接順序

        焊接材料:母材為Q345材料,選取同強度等級GB ER50—6焊絲進行焊接,焊接參數(shù)參見表1。

        表1 焊接參數(shù)

        焊接過程中,采用較小的焊接工藝參數(shù),焊接寬度不大于12 mm,為補償裝配間隙,可適當(dāng)加大焊腳尺寸。焊接后,對圖6中位置6、7進行圓角過渡打磨清理,表面粗糙度不高于1.6,并進行PT探傷檢查。探傷檢查應(yīng)在焊接完成24 h后進行。

        3 結(jié)語

        補強后的轉(zhuǎn)子支架運行工況良好,且未再次產(chǎn)生裂紋,取得很好效果,實現(xiàn)了轉(zhuǎn)子支架中心體內(nèi)筋板開裂的成功修復(fù)。該項目使哈電積累了現(xiàn)場焊接修復(fù)經(jīng)驗,為今后同類型缺陷的處理提供了依據(jù)。

        [1] 王書楓,王艷武.托口電站水輪發(fā)電機轉(zhuǎn)子支架中心體內(nèi)筋板開裂問題分析與處理[J].上海大中型電機,2017(2):57-58.

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