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发电机转子零部件的相关要求解析

时间:2011-12-7 15:00:00   来源:中国发电机网   添加人:admin

  对转子锻件机械性能的要求(如项目、要求值等)随着时代的进步在变化,以前只要求屈服强度、抗拉强度、延伸率、面缩率、冲击值、残余应力等,个别级别有疲劳极限要求,各项目虽有值的要求,但产品不能满足时往往共同协商处理。在此基础上后来增加了中心孔断口形貌转变温度FATT50测定,即在每一锻件同一方向的抗拉强度和屈服强度,试验结果各自的波动不超过40M Pa,两轴端波动不超过58MPa的规定,以及在锻件轴身每隔90测定硬度值,同一截面波动值不超过30HB或4HS等一些要求。目前对大型汽轮发电机转子锻件,这些要求大部分是合理的,也是必须的。从许多年来国内外各锻件制造厂的产品分析,疲劳试验可以取消。参考美国西屋公司标准,抗拉强度和屈服强度各自的波动应限制在径向方向不超过40 70MPa,其它方向和两端的波动不必考虑。另外根据近些年用户的要求,FATT50还应增加径向套料试棒上测试,当然其值可以要求不同,不同机组容量,不同国家要求,不同公司标准对FATT50的规定都不尽相同,甚至差别还很大,究竟应该规定在一个怎样的水平才算合理,我们还有许多工作要做。最近用户标书中有需要0. 02的条文,这对机械性能测试来说并不困难,在同一根试棒的应力应变曲线图上即可同时得出0. 2和0. 02,但对试验设备要求较高。在值的要求上,按ASTM A 469的规定,0. 2应比0. 02高35M Pa.

  以前的汽轮发电机转子一般不作晶粒度和夹渣物等级测定,八十年代开始盛行作这两项试验(试验结果晶粒度应不粗于ASTM标准5级,允许不超过5%的4级晶粒;夹杂物按ASTM E45测定,报告结果)。

  从这些年的炼钢和热处理水平看,两项试验均是合格的。所以除锻件晶粒度检定可暂予保留,夹杂物测定可以不作。

  导磁性能是汽发转子的重要指标,任何时候的任何条件均有要求。以前由于技术的限制,磁场只能作到50 10 3 A /m,目前要求作到120 10 3 A /m(B 2. 13T),经过技术进步和设备能力提高,这项测试能够实现。

  转子材料内部的连续性是衡量其质量的重要内容,某些部位的不连续点(一定大小和形状的缺陷),在转子的服役过程中,在各种交变应力的复杂作用下,极容易成为疲劳开裂的源,然后随时间逐步扩大将是十分危险的。这类缺陷在还没有成为转子的锻件时检测出来,是非常必要的。

  早期由于制造与检测硬件和经验局限,探伤水平和要求都相对不高,允许有小于2mm的非金属夹杂物存在;允许有个别的零散分布的当量直径4 6mm的非金属夹杂物存在;即使超过以上规定也是双方共同协商处理。目前不允许有当量直径等于或大于1. 6mm的连续缺陷信号,允许有零散分布的当量直径1. 6 3. 5mm的缺陷存在,但相邻两缺陷的距离不小于其较大当量缺陷直径的10倍,并且总数不得超过30个。以前的转子锻件直径小,锻件没有中心孔UT.八十年代中后期,由于机组容量增大,转子锻件直径扩大,给制造和检验带来了困难,国内锻件制造厂和主机制造厂都购买了中心孔UT和MT设备,相关的要求也在标准中有所反映,但由于仪器的可靠性和操作的复杂性及结果的准确性都打折扣,进入九十年代主机厂一般不进行此项工作,仅要求制造商进行。近些年,锻件制造水平上了台阶,无损检测能力也上了台阶。据了解国外著名的同行厂都不要求中心孔(盲孔)UT,为了降低成本,我们觉得可以将其取消。但其中心孔(盲孔)的窥探还是必要的。

  3大型汽轮发电机转子锻件制造转子是重要的锻钢件,,杂质含量、成分偏析的要求相对较低。随着机组容量的增大,锻件尺寸增加导致钢锭尺寸增加,对其杂质含量和成分偏析的要求更加提高,由一般的平炉冶炼到电炉冶炼,到现在的电炉冶炼加钢包精炼(真空吹氩搅拌和电磁搅拌,除气降磷硫等)+真空注锭,已经较好的解决了大型钢锭的上述技术难题。当然还可以采用电渣重熔冶炼工艺,以保证钢锭铸态组织的均匀性。

  钢锭在锻造成型前应有一足够的切除量(一般近50%),然后在万吨水压机上经中心压实法对钢锭进行充分锻造,将钢锭中的冶金缺陷打散,以降低其危害程度,并且尽可能使钢锭的轴线与锻件的轴线相重合。

  转子锻件的热处理分三部分:(1)锻后(预备)热处理即对锻件进行重复的奥氏体和贝氏体转变,以细化锻件的晶粒度,兼有扩氢,降低合金对白点和氢脆的敏感性;(2)性能热处理性能热处理应均匀加热到高于上临界温度的一个温度,保温足够长时间,达到完全奥氏体,然后水淬。在满意的内部组织转变以后,锻件应进行回火,以达到规定的性能。这次处理让锻件在垂直位置进行加热冷却,淬火速度应尽可能在锻件圆周和整个长度上均匀。据悉近两年,德国的几家主机厂和制造厂已没有要求锻件必须垂直调质处理,而是采用水平加热+水平旋转喷水淬火,也能很好的满足要求;(3)消除应力热处理一直以来,为了保证锻件有较低的残余应力,我们都要求制造厂进行专门的消除应力热处理并规定了明确的工艺,现在看来,这不是必须的,只要最终的残余应力测试结果满足规定值,就可以不进行该次热处理。另一方面,如果制造厂根据习惯有消除应力热处理工序(有监制或记录),则可以不要求其作残余应力测试。

  多年来,我公司从国内外锻件厂购进的百余根各类汽轮发电机转子,极少有因残余应力不合格而判废的。

  转子锻件需要打中心孔与否,国际同行们一直存在不同的意见,美国公司主张应该有中心孔,而德国公司不要中心孔,日本公司认为N iCrM oV转子不需要中心孔(但若中心轴向部位有缺陷则应打中心孔),而CrM oV转子应该打中心孔。

  转子开中心孔有以下一些优点:(1)调质热处理前开孔,可以很好的改善心部区域的各向性能;(2)中心孔表面可以使高应力材料中的氢逸出;(3)去除中心部位的成分偏析和冶金缺陷;(4)可直接测量转子心部各种性能,其准确的材料数据可为材料制造和发电机设计所使用;(5)更有利于无损检测和其它质量监视;(6)能降低中心部位的三维应力,其韧性因而无需实心转子那样高;但缺点有:(1)离心切向应力增加,大约为实心转子的两倍;(2)寿命不如实心转子长,不能承受更高的应力和更多的启动次数;近些年,转子锻件的炼钢、锻造、热处理水平等有了很大的提高,锻件轴向中心部位的质量得到了极大的改观,而且,无损检测手段和技术也有了很大的提高,从根本上保证了锻件心部的质量。机械性能分别作轴身本体径向(套料)拉伸冲击FATT;轴身端部(切环)切向拉伸冲击磁性能;轴端部纵向拉伸冲击;中心(盲)孔(套料)纵向拉伸冲击FATT,疲劳试验取消。轴身本体应分截面每隔90作硬度测定。

  5结语我们对大型汽轮发电机转子锻件也是这样,对其技术要求简单了,不能满足整个机组的运行需要,复杂了制造成本太高制造周期太长,造成资源浪费。只有根据充分的理论计算和众多的试验数据所确定的技术要求,才是科学的、合理的,最终才是我们所需要的。