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汽轮机高压转子直轴方案

  汽轮机高压转子直轴方案_电力/水利_工程科技_专业资料。转子发生永久性弯曲大都因单侧磨擦过热而引起,转子校直后,都存在残余应力,这些应力决定着校直的轴可承受的弯曲力矩,内应力松驰法是比较安全可靠,直轴效果为现阶段最好的一种方法,在一定的应变下作用于零件的应力会逐渐降低的现象,而在应力降低的同时,零件的弹性变形转变为塑形变形,人为控制加热温度外加一定力并持续一定时间而完成较直工作。这样校直后的轴具有良好的稳定性,因此选用松驰法直轴较为稳妥。

  #3 汽轮机高压转子直轴方案 #3 机(#4 机)系哈尔滨汽轮机厂生产超高压中间再 热纯凝汽式汽轮机(69 型) ,机组额定功率 210 MW, 由于各种原因造成高压转子弯曲(弯曲部位及弯曲值 不详),为确保直轴工作顺利进行, 制定本方案如下: 一、设备主要技术规范及其转子结构 型号:N210─130/535/535─1 型; 形式:超高压中间再热纯凝汽式机组(69 型); 额定功率:210MW; 额定转数:3000 rPm; 新蒸汽压力:12.75 MPa; 新蒸汽温度:535 ℃; 再热冷段压力:2.507 MPa; 再热冷段温度:313 ℃; 背压:6.376 KPa; 新蒸汽耗量:627.6 t/h; 高压转子临界转数:1869 rpm。 高压转子有一个单列调节级和 11 个压力级,高压 转子的叶片与轴为整锻成一体, 轴中心孔为Φ 100, 转子材料为 30CrMo20V合金钢,经调质处理,布氏硬 度 HB=240,转子总长为 4381mm,转子总重为 6404Kg。 二、汽轮机高压转子弯曲情况(详情待查)略。 三、直轴方案选择: 转子发生永久性弯曲大都因单侧磨擦过热而引 起, 金属过热部分受热膨胀,因受热周围温度较低部分的 限制而产生压应力,该压应力大于该温度下的屈服极 限,受热部分金属受压而缩短,则产生永反方向的弯 曲,永久变形。大直径合金刚转子采用其它方法直轴 有一定局限性,其共性是转子校直后,都存在残余应 力,这些应力决定着校直的轴可承受的弯曲力矩,当 轴局部受热时,校直位置上的残余应力可能超过强度 极限而引起裂纹,以及校直处稳定性差,运行中还可 能产生弯曲裂纹等缺点。内应力松驰法是比较安全可 靠,直轴效果为现阶段最好的一种方法,其原理是利 用金属在高温下的松驰特性,即在一定的应变下作用 于零件的应力会逐渐降低的现象,而在应力降低的同 时,零件的弹性变形转变为塑形变形,人为控制加热 温度外加一定力并持续一定时间而完成较直工作。这 样校直后的轴具有良好的稳定性,因此选用松驰法直 轴较为稳妥。 四、组织措施: 成立直轴专业组:其成员由汽机、电气、热工人 员组成,约计 40 人,其组织及分工如下: 总指挥:1 人; 领班指挥(组长)3 人; 电感加热操作及参数记录,每班 3 人(计 9 人); 热工原件设备维护记录,每班 2 人(计 6 人); 盘转子、加压操作百分表记录等,每班 8 人(计 24 人)。 五、安全措施: 1、整个直轴全过程的回火处理、升温、加压及稳定 回火处理等均听从总指挥一人的指挥。发现异常 情况应及时通知总指挥; 2、校直平台、转子及加力装置的起吊须由起重专人 指挥; 3、转子校直过程中的升温、恒温、降温速度及温度 要严格控制好,轴内外温差不得大于 60℃,轮盘 根部两则温差不得大于 50℃, 切实做好保温措施, 以确保轮盘根部与外缘温差不大于 150℃; 4、各校直用平台、支架、加力装置、盘转子滚架等 应安放牢固,并进行冷加压以检验直轴装置的稳 固、强度情况,发现异常情况应停止直轴工作; 5、加压时应缓慢进行,作用力方向要对正,严禁受 力偏斜; 6、各百分表及支架必须安放稳固,自开始记录后, 严防触动表架及支座; 7、各温度表计应准确可靠,焊接点牢固,被测点布 置对称; 8、感应线圈用紫铜管必须焊接牢固,水压试验合格; 9、电气设备作好绝缘设施,防止触电伤人; 10、正确使用好劳动保护,做好防止烫人、伤人措施。 六、直轴前的准备工作: 1、参加直轴人员认真学习直轴方案,掌握直轴步骤 及方法; 2、准备好各种有关的技术资料、图纸、记录纸、笔、 表格等; 3、转子弯曲部位清扫打磨,对转子进行金相、硬度 和光谱检验及中心孔探伤检修,中心孔探伤检验, 确定和校核转子的热处理情况与材质情况; 4、直轴平台就位,操平找正, (其数量根据弯曲度 及加热位置待定) ,热工温度测量所用表计为数 字仪表,其精度应在允许范围内,一次仪表与二 次仪表采用高温补尝导线连接,一次仪表采用Φ 1─1.5 的镍铬,镍硅电极线、承压轴承座下垫好紫铜板,转子在直轴台上就位, 制做百分表架,该表架应保证不受直轴台弹性变 形的影响; 6、变压器等就位,制做表盘,做电缆头,感应线圈 导线用紫铜管焊接而成(其长度根据弯曲度定), 并做退火处理,水压试验合格,并缠绕玻璃丝布 带两层,做好绝缘; 7、校验热电偶,用电熔点焊机将热电偶焊在被测轴 表面,焊接牢固,接触良好,同时考虑好测点的 对称性和幅向性的分布; 8、精确测量转子弯曲值,以确定加热段,选定加压 点、支承点、缠绕线、接引电缆线,制做冷却水联箱、回水槽,接引好 线圈冷却水(冷却水采用凝结水供给); 10、准备好直轴用工具、材料(附后) 。 七、转子加压及支承装置的选定: 如图一所示, 加压支承装置系由 100 吨油压千斤 顶,六根 60 号工字钢组成的框架(即直轴平台)滚球支 承装置及两根直径 90mm 的拉力螺杆等部件组成,直轴 台是直轴质量的关键设备,要有足够的钢度、强度、 稳定性和整体性,是放置支架、滚架,联系转子的支 承部件。 滚动支架是作为盘转子及测量弯曲之用,承受转 子、线圈及保温材料的重量,配制滚动轴承材质应低 于轴的材质,以防损伤轴颈,滚动支架分别设在#1 瓦 轴颈处和#2 瓦挡油环轴颈处,当直轴加压时,两滚动 支架撤离#1、#2 轴颈,使轴作用在两个固定加压支点 上(下支点) 。 加压支点不仅承受转子全部重,而且在直轴过程 中,还承受外加力,其作用力很大,应有足够的接触 面,根据转子结构,两个支点分别设在低压轴封处( 1 瓦侧)和高压轴封处(或对轮处, 根据弯曲部位而 定) ,在配制弧形垫块时,根据矩形齿距、齿高相吻 合,接触严密,保证受力均匀,齿不应受力,加力点 应选自拉力点较近一侧。 拉力点(上支点)起约束作用,要有足够的刚度, 其弧型垫块配制同下支点相同,加力点的位置选择根 据转子弯曲部位待定,但应尽量靠近弯曲部位。 八、加热装置位置 1、采用工频感应加热法; 2、加热功率计算。 根据弯曲部位(数值待查)及加热段几何形状, 采用下列公式进行计算: 2.1 被加热段金属重: π GT=r+──[(D2-d2)L+(D12-D112)b] 4 式中:D ─轴心加热段平均直径; d ─轴中心孔; D─叶轮轮缘直径(单级); D─叶轮轮毂直径(单级); L ─轴加热段长度; b ─叶轮平均厚度(单级) ; 2.2 加热段所需热量: Q=KGC(t-t0)大卡 式中:K─ 热损失失数,取 3.0; G─ 被加热段重 Kg; C─ 钢的高温比热,取 0.16KCaL/Kg℃; t─ 加热最高温度,取 660℃; t0─室温; 2.3 加热所需功率: P=Q/0.24t KW 式中:Q─加热量(大卡) ; T─加热所需时间(秒) ; 取平均温升速度V=50℃/h; t=(t-t0)/V×3600; 2.4 加热段电阻: R=ρ L/S 式中:ρ ─材料电阻率,取 0.1×10-4Ω Cm2/Cm L─加热段周长; L=π DCP(取加热段平均直径) ; S─导线B , 为加热段长) (B ; 2.5 加热段感应电流: P I= ───(A) ; R 2.6 加热段感应电动势: E2=P/I.C0SΦ (V) ; 2.7 感应线圈总匝数(计算); I1=1.2I 根据现场电流实际,取每匝电流I, I1 则:W=─── I 九、加热位置及线圈匝数分布:略(由于弯曲部 位及弯曲值不祥,根据具体数值而定) 。 十、导线 退火紫铜管作为感应线圈导线, (匝) 管内通凝结水,用以降低导线温度,铜管导线先焊接 后退火,焊接接头应平滑、牢固无气孔,接头处内孔 不应减少面积,焊后进行 0.5Kg/Cm2 水压试验, 五分 钟内不降压。 铜管用玻璃丝布带半叠绕两层,在缠绕过程中防 止松脱破坏绝缘。 十一、线圈与轴间(叶轮)绝缘及线圈的缠绕和 保温。 为了减少热损失及经向温差和热辐射大烧毁线圈 绝缘,焊好热电偶测温点后,应将轴表面(或叶轮侧 面)进行绝缘热保温,厚度为 25─30mm,保温层外表 面用石棉板盖好,并用玻璃丝布封牢。 按计算结果将每段匝数按规定进行线圈缠绕(盘 动转子缠绕) ,在缠绕过程中要拉紧铜管,保持匝间 接触严密、均匀、严禁碰坏或拉脱绝缘,线圈两头用 玻璃丝布锁牢,预留长度应方便转子 180℃回转,并应 在转子凹曲方向甩头。 线圈缠绕完毕后,仍需进行 0.5MPa/5 分钟水压试 验,并摇测绝缘大于 0.5MΩ ,合格后用硅酸铝纤维将 轴加热段全部包好,外层用石棉布绑扎牢固。 十二、感应加热接线圈、略 十三、测温装置及测点布置 为严密监视加热、升温及降温及温度场的变化, 合理掌握升(降)温速度,取各良好的直轴效果,须 由温度数字显示表,自动记录仪转换器,热电偶等组 成的测温装置,为提高准确性和记录速度,采用自动 记录和手动切换记录,重要测点自动记录,各测点应 在转子绕线前装好,并对其回路检查和校验,确保准 确可靠。 十四、直轴前后的回火处理 直轴前为了消除由于磨擦过热弯曲后引起的内应 力和金属表面硬化现象,防止直轴过程中产生裂纹, 须进行回火处理,回火处理在直轴台上进行,将最大 弯曲点置于上方, 以 50℃/h 的加热速度升温到 650℃ (低于原回火温度 30─50℃) ,恒温 5 小时, 为加快直 轴时间,恒温后即进行加压直轴并与直轴后的稳定回 火处理连续进行。 十五、加压直轴及计算 1、通过直轴前冷态加压试验推算出转子当量直经 D; 2、永乐国际,准确测量各支点距离和加热中心(弯曲点中心) 距离(如图2) 轴抗弯距(空心轴) π W=───(D3-d3) ; 32 式中:D─转子当量直径; d─轴中心孔直径; 轴惯性矩: π J=───(D4-d4) ; 64 取弯曲中心S处的弯曲应力为[δ S]=Kgf/mm2, 则最大弯曲S处力矩。 Ms=[δ s]W 对轮处顶力: (油压千斤施加力) P= MS/C Kg; 通过测出油压千斤顶活塞直径,计算总面积,求 出控制油压; 上支点B点的压力:RB=PL/a RBa2b2 上支点B处挠度:FB=──── 3EJL E─材料弹性摸量,常温取 2.1×106 高温时取 1.75×106 Kgf/Cm2 加力点D处挠度:FD=FB.L/a 十六、直轴过程 1、将转子凸起方向朝上,并进行直轴前回火处理, 加热到 660℃,恒温 3─5 小时,以 35─45℃/小 时 降温至 550─600℃,测量轴弯曲值,之后升温到 660℃(弯曲点最大处) ,将转子凸面置于上方, 上支点固定好,拧紧拉力螺栓,将上支点摸梁拉 紧,操纵油压千斤顶,分每 5MPa 停顿一次进行各 表计测量记录,直到所需要达到的油压为止,在 该压力下恒温保持 1 小时,做好松驰记录,之后再 降温到 550─600℃,热态测量弯曲情况、温度、 应力等, 直到达到合格为止(过直 0.01─0.02mm), 之后升温到 660℃(直轴后稳定回火处理),恒温 6─8 小时,然后以 30─50℃的速度降到 250℃, 即 停止送电,自然冷却直到室温。在恒温及降温过 程中,往复间断盘转子 180℃、300℃以上时,每 10 分钟盘一次, 200─300℃间, 15 分钟盘动一 每 次,100─200℃间每 30 分钟盘动一次,100℃以下 停止盘车。 十七、直轴后的检查 1、轴直好后,转子在室温下,测量弯曲情况,由于 剩余弯曲值及方向与原状有差异,必要时进行低 速动平衡; 2、金相检查加压,加热处轴表面及内孔是否有裂纹; 3、测量加热轴表面硬度,并与直轴前对比。 十八、主要工具及材料 直轴台一套; 100 吨油压千斤顶一台(配压力表); δ =2、3、4、5mm 紫铜板各 1m2; 大量程百分表 30 块,配套磁力表座; 游标卡尺、深度尺等; Φ 10×2 紫铜管 300 延长米; 玻璃丝布 100kg; 硅酸铝纤维毡:δ =20,200kg; 石棉布:100kg; 调压器:TDJA─200KVA 两台; 调压器:TDJA─50KVA 两如; 干式变压器:180MVA 两台; 电焊机(交流) :30─50KVA 两台; 空气开关:DZ10─600A 两台; 交流接触器:CJ12─250A 两台; 交流接触器:CJ12─600A 两台; 电流互感器:600/5A 串芯式 6 块; 交流电流表:600/5A6 块; 交流电压表:0─100V4 块; 热工测量仪表、自动记录仪等; 电缆均采用橡套绝缘,规格根据实际情况而定; 测量原件:30 套

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