汽轮机焊接结构的特点与设计要求

汽轮机焊接结构的特点与设计要求
1 汽轮机焊接结构
汽轮机是在高温高压工况下高速运行的大型精密机械设备,设计制造的汽轮机除要高效、节能和坚固外,还要便于维修和保养以达到长期安全可靠的运行。
汽轮机由主机本体和辅机设备两大部分组成。主机由静子和转子组成,静子部分包括汽缸(高压缸、中压缸或高中压合缸、低压缸)、喷嘴组、主汽阀调节阀、隔板、轴承箱、滑销系统及一些紧固零件等;转子部分包括主轴、叶轮、叶片、围带、拉筋、联轴器和紧固件等。辅机设备包括凝汽器、加热器、除氧器、冷油器、抽汽器、减温减压器、疏水器及相应的泵、阀门和管道系统等。在汽轮机的部件和构件中有2/3以上全部或部分地采用焊接结构。
主机部分的高压缸和在进汽部分安装的主汽阀、调节阀,无论从重量或是形式上来说都是大型铸钢件。高压缸属于铸—焊结构,而主汽调节阀则有采用拼焊结构。
低压缸是由中厚度钢板、型材和冷作件组成的大型焊接结构。
隔板是通流部分结构复杂、批量大的焊接结构。
辅机设备中的凝汽器是有壳体、管束、水室等组成的庞大的换热器。由于大型的凝汽器给运输带来困难,因此可在现场进行组装和焊接。
加热器则属于压力容器类型焊接结构,制造生产要按相应的国家标准执行。
舰船用汽轮机的重型齿轮、减速器壳体及凝汽器的复合板衬里焊接、管板接头焊接等为关键技术。
汽轮机焊接结构,结构复杂,,体积庞大,焊接质量要求高,制造难度大。焊接结构直接管系到汽轮机产品质量、制造水平以及生产周期。因此,焊接结构
在汽轮机制造中占有很大的比重,而且是生产中的重要环节。
各种焊接结构的工作状况不同,都对焊接质量有着具体要求,只有各个结构都能满足技术要求,才能满足汽轮机产品的总体要求。
典型的焊接结构的结构形式、技术要求和制造工艺将分别在相应章节论述。
2 焊接结构的特点
用成型材料加工后的毛坯料作为零、部件,经过装配、焊接而制成的构件可通称为焊接结构。零、部
件可以用板材,管材及型材,也可以用成型材料和铸件或锻件结合,装焊而成焊接结构。零、部件的构造形式主要由它的工作性能和制造工艺所决定。焊接结构具有以下特点:
2.1焊接结构具有较高的强度和刚度,以及所要求的的综合力学性能和较轻的结构重量。
2.2结构设计的灵活性大,几何形状,外形尺寸不受限制,可以制成各种复杂结构。并且可以和其它工艺方法结合,设计成铸—焊、锻—焊、冲压—焊接等焊接结构。
2.3焊接接头密封性好,并可以根据要求使其具有耐磨、耐腐蚀和耐耐压等性能。
2.4加工简便、设备简单,焊前准备和操作容易。
2.5结构的变更与改型快,适应产品的不同要求。
2.6材料利用率高,废品率低,与铸、锻件相比可减轻重量、缩短周期、降低成本。
与此同时,必须指出的是焊接结构产生变形和应力及对应力集中敏感的问题,在设计和生产中必须十分重视和认真对待,采取相应技术措施,使其得到克
服和解决。
3焊接结构设计的基本要求
3.1实用性:结构必须达到产品要求的使用功能和预期效果。
3.2可靠性:结构在使用期内必须安全可靠,满足设计要求。
3.3工艺性:结构所选用的金属材料具有好的焊接性,根据焊接性制定相适应的焊接工艺,结构的焊接与检验可达性保证施工。
3.4经济性:结构制造所消耗的原材料、能源、工时应最少,使其综合成本低。
4焊接结构设计的一般原则
4.1合理选择和利用材料:所选用金属材料满足使用性能和加工性能的要求。尽可能选用轧制的标准型材和异型材,力求提高材料的利用率。
4.2合理设计结构形式:设计具有焊接特点的结构型式,以最理想的受力状态确定结构的几何形状和尺寸。尽量采用简单、平直明快的构造形式。同时有利于实现机械化和自动化焊接。
4.3合理布置焊缝:尽量减少焊缝数量,以减少焊接量,有利于控制焊接变形和应力,力求使焊缝避开高工作应力处和有应力集中部位以及机械加工面和需变质处理的表面等。
4.4施工方便、便于制造:结构上的每条焊缝都能方便地施焊和进行质量检查。
4.5有利于生产组织与管理:大型焊接结构采用部件组装的方式有利于组织与管理。因此、设计大型焊接结构时,要进行分段。一般要综合考虑起重运输条件,焊接变形的控制、焊后处理,机械加工、质量检查和总装配等因素。
减温减压装置技术要求5 焊接结构中的细部处理
焊接结构设计过程中,处了重现结构的总体设计外,还要认真地进行结构的细部处理,这是由于焊接结构的自身特点所决定的,也是大多数焊接结构破坏的诱发因素。焊接结构设计的细部处理不仅可提高结构使用的安全性,而且也可以简化制造工艺,节约用材和降低成本,取得更高的效益。
结构设计中细部处理的实例:
考虑受力合理的细部设计:因为焊接接头是一个性能不均匀体,与母材相比它仍然是个薄弱环节,必须认真考虑焊缝的布置,使其尽可能避开结构的危险面或危险点。
避免或减少应力集中的细部处理:焊接是刚性连接,对应力集中特别敏感,焊接结构的断裂破坏多数就是从被忽略的应力集中点开始的,因此减少或消除应力集中的细部设计与一般的强度计算同等重要。
焊接结构中筋板设计的细部处理:焊接结构中的筋板,可以提高结构的整体和局部刚性,可以改善力的传递,筋板的细节处理主要是指它的形状和尺寸的确定,以及与主板连接的角焊缝(或称筋板焊接)设计。例如低压汽缸中的筋板、支撑等均应给予充分考虑。
防止层状撕裂的结构措施:防止层状撕裂主要是在结构设计和工艺方面避免或减少焊接时沿母材板厚方向的收缩应力(或拘束应力)同时采取防止层状撕裂的结构和工艺措施。对于钢板的焊接结构必须引起注意。
结构设计中进行结构的细部处理都是不可忽略的影响焊接结构安全,具有潜在危险的因素,必须在设计过程中从结构设计上避免和尽量降低问题的产生。

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