汽轮机弯曲转子矫直方法的研究

汽轮机弯曲转子矫直方法的研究

1转子弯曲的影响发动机转向是发动机的核心部件。它重又厚，转向半径大，在高温高压的恶劣情况下长期高速旋转，并承受着由离心力引起的巨大重力和由温度分布不均引起的热应力。如果操作不当，很容易摩擦旋转的公共摩擦，导致旋转弯曲。转子弯曲发生后,应及时采取合理高效的方法矫直,否则会对机组的运行带来极大的威胁,甚至造成安全事故。本次通过局部加热法,顺利地在短时间内将某电厂50MW机组的弯曲转子矫直。2转子三维图和圆跳动某热电厂机组为50MW的C50-8.82/1.0型高压、单缸、冲动、单抽凝气式汽轮机。转子为整锻加套装结构,长度为6310mm,重量为11262.091kg,材料为30Cr1Mo1V,最大回转半径R=1341mm,转子材料使用温度565℃,加热下临界(相变)温度Ac1=723℃。转子三维图见图1。由于运行不当,该转子与2012年10月27日发生动静部分摩擦。停机揭缸后发现转子九、十级叶轮之间的轴档位(直径准590mm)磨损严重,最大磨损处有1.1mm深,其余轴档位与叶轮围带均有不同程度的磨损。通过上机床打表检测转子圆跳动,发现转子九、十级叶轮间的轴档位(离转子进汽侧端面2682~2989mm)弯曲最严重,跳动值为0.91mm,弯曲值0.46mm。弯曲转子初始跳动数据见表1。3转子弯曲的矫直方式汽轮机转子与隔板汽封齿摩擦,造成转子上的摩擦区域温度急剧升高并膨胀,该区域与其他部位产生很大的温差,因此骤热膨胀区域会受到周围温度较低区域的限制而产生压应力,应力超过了该温度下转子材料的屈服极限,转子局部便产生压缩骤性变形。当转子内部温度均匀后,该部位将有残存的拉应力,塑性变形不会消失,受热部分的金属受压而缩短。当转子完全冷却时,轴就会向相反方向弯曲,摩擦伤痕处于轴的凹面侧,产生永久弯曲。汽轮机弯曲转子矫直主要有捻打法、局部加热法和应力松弛法三种方法。捻打法仅适用于中小型机组材料屈服强度较低的碳钢转子,对于材料屈服强度较高的合金钢转子则不适用。应力松弛法又叫高温蠕变法,其利用金属在高温下应力逐渐消失的松弛特性,把转子弯曲段加热到高温再施加外力,矫直转子,其矫直过程缓慢,且需要制作专用的工装,耗时长,成本高。局部加热法操作简单,耗费时间短,但温度控制不好会造成转子产生裂纹。由于该电厂50MW机组为热电联供机组,冬天供暖压力很大,转子摩擦弯曲后留给转子矫直的时间很短,而该转子摩擦弯曲部位主要集中在转子中间处(转子九、十级叶轮间的轴档位),综合考虑我们决定采用局部加热法矫直该转子。矫直时通过严格控制加热温度和加热时间来防止转子产生裂纹,同时在矫直前后对转子进行探伤,检测转子裂纹情况。4预保温和加热(1)检查:对转子九、十级叶轮轴档位用砂带进行表面打磨后着色探伤,未发现裂纹缺陷。(2)预保温:对八、九级及十、十一级叶轮轴档位用双层保温棉进行预保温包扎,防止热传导将九、十级叶轮轴档位加热热量迅速散失掉。(3)回火:机床以6r/min转速匀速转动,用8支6#喷嘴的火炬同时加热转子九、十级叶轮轴档位,并用红外温度测量仪监测转子九、十级叶轮轴档位加热区域温度,当加热温度及加热时间均达到要求值后停止加热。转子回火温度曲线如图2所示。6火炬同时加热转子出充液情况采用局部加热法直轴的关键在于加热温度及加热时间的控制,防止加热温度不均匀与加热时间过长造成转子裂纹的产生。此次采用局部加热法矫直弯曲转子共历时一周,直轴后达到比较理想的效果。(4)保温:停止加热后立即用保温棉对加热区域进行包裹保温,并用铁丝系紧保温棉,保温层厚度大于300mm。同时机床继续维持6r/min转速匀速转动,至转子完全冷却后拆掉保温棉。(5)检查:检查回火后最大弯曲点跳动,检查结果如表2所示。对照表1分析可知,转子经过回火后,大部分残余应力得到消除,转子弯曲程度有所减轻,但由于转子塑性变形严重,转子需要进一步直轴工作。(6)定区域:根据表2数据可知,回火后的最大弯曲点为转子九、十级叶轮轴档位的7#、8#点,最大跳动值0.33mm,因此将转子九、十级叶轮轴档位的7#、8#点的中点(最大弯曲凸点)朝上,机床停止转动,在空档位上用粉笔画出轴向250mm、径向200mm的矩形区域(最大弯曲凸域),并在弯曲顶点180°对称方向架设一个百分表,压表5mm,监测转子反弯情况。(7)直轴:根据表3,我们选用4支6#喷嘴的火炬同时加热划定区域(250mm×200mm),加热时间为25min。火炬加热运动规矩如图3所示,直轴加热温度曲线如图4所示。(8)保温:停止加热后立即用保温棉对加热区域进行包裹保温,并用铁丝系紧保温棉,保温层厚度大于300mm。转子静止不动,至转子完全冷却后拆掉保温棉。(9)检查:对转子九、十级叶轮轴档位进行着色探伤没有发现裂纹。对应直轴前复查直轴后相同点转子跳动情况,检查结果如表4所示。对照表3分析可知,此时转子已经轻微反弯,7#、8#点已经由高点变为低点。由于应力的存在,此时的跳动值还不是直轴的最终结果,转子需要及时回火,消除应力。(10)回火:参照前一次回火情况,机床以6r/min转速匀速转动,用8支6#喷嘴的火炬同时加热转子九、十级叶轮轴档位,转子回火温度曲线见图2。(11)检查:对转子九、十级叶轮轴档位进行着色探伤没有发现裂纹;对应回火前复查回火后相同点转子跳动情况,检查结果如表5所示。5运行效果分析由图5转子直轴前后弯曲曲线图可知,转子最大弯曲值由初始0.46mm到直轴回火的0.05mm,直轴效果明显。转子直轴