專利名稱:制造蒸汽渦輪機(jī)中高壓轉(zhuǎn)子控制輪的方法
本發(fā)明涉及制造蒸氣渦輪機(jī)中高壓轉(zhuǎn)子控制輪的方法，在蒸氣渦輪機(jī)中其獨(dú)立葉片通常是以堅(jiān)硬的材料，最好是耐熱的高合金鉻鉬釩鋼經(jīng)機(jī)械加工而制成的，這些葉片首先排放在一起形成一個(gè)環(huán)，并在其根部平板和殼罩上加以焊接，經(jīng)熱處理，機(jī)械加工和檢驗(yàn)工序后，將此環(huán)焊接在轉(zhuǎn)子的相應(yīng)圓盤(pán)上。本發(fā)明還涉及按照下面方式制造的控制輪，即控制輪包含著由獨(dú)立葉片配成的一個(gè)環(huán)，在這些葉片的殼罩和根部平板上有對(duì)接接頭。
為了在一部蒸氣渦輪機(jī)上獲得良好的另件負(fù)載性能，常用一沖動(dòng)級(jí)做為控制級(jí)裝在渦輪機(jī)的高壓部分的反動(dòng)級(jí)的上游。由于其設(shè)計(jì)是用較低反動(dòng)度，故沖動(dòng)級(jí)亦可用部分進(jìn)氣操作。通過(guò)渦輪機(jī)中的蒸氣流(因而也是它的功率)是由在控制級(jí)中部分進(jìn)氣來(lái)進(jìn)行控制的。另一方面，其后的反動(dòng)級(jí)是在各種負(fù)載狀態(tài)下以全開(kāi)進(jìn)氣操作的。
控制級(jí)通常包含著一個(gè)導(dǎo)柵和一個(gè)動(dòng)?xùn)?。前者可稱做噴咀，而后者與轉(zhuǎn)子的相關(guān)部分稱做轉(zhuǎn)動(dòng)輪。
此轉(zhuǎn)動(dòng)輪是將預(yù)制的控制輪在轉(zhuǎn)子的相應(yīng)位置上進(jìn)行焊接而制成的。而控制輪本身亦是一件焊接結(jié)構(gòu)物體。焊接工序幾乎是各種機(jī)械接合中最強(qiáng)和最均勻的一種。如在葉片與軸用焊接法的接合中則可保證因離心力而致葉片上受到的靜力以及由于間歇蒸汽流(雖在最高溫時(shí))所引起的動(dòng)力也能被此種葉片/軸接合所吸收而不致造成具有危險(xiǎn)性的事故。
前敘之控制輪及其制造方法是已知的。制造控制輪的過(guò)程中，其葉片包括它的外廓、根部(root)及殼罩(shroud)部分，是從棒狀物料加出來(lái)的。各種獨(dú)立葉片是在根部和殼罩上將之進(jìn)行焊接因而制成一個(gè)完整的環(huán)。此環(huán)是用埋弧焊的方法以較大的鐘形焊縫焊接在轉(zhuǎn)子上。經(jīng)消除應(yīng)力熱處理后將整個(gè)輪的部分加以車削，同時(shí)鐘形焊縫的根部中它有產(chǎn)生裂縫的傾向，則可以加以清除。
所有殼罩用此方法加以焊接成組。這些組合的裝配須避免由于噴咀射出的汽流而在其上產(chǎn)生振蕩激發(fā)現(xiàn)象。這些組合每個(gè)均由三個(gè)，四個(gè)或更多的獨(dú)立葉片構(gòu)成的。但他們前不是在殼罩焊接在一起的。
為獲得一個(gè)閉合的環(huán)，每個(gè)葉片或每組葉片必須在它們的根部區(qū)域中焊接在一起。為此，使根部平臺(tái)(root platform)之徑向尺寸大于殼罩的尺寸。焊縫不可超出形成流線邊界的根部平臺(tái)的壁。因此葉片根部上的焊縫的根部區(qū)域通過(guò)鉆鑿其園盤(pán)的邊緣而消除掉。如此獲得經(jīng)焊接的控制輪的外貌特征。
現(xiàn)所使用的材料(例如X22 Cr Mo V121)是難以進(jìn)行焊接的。然而，具有與母材相同強(qiáng)度及韌性之焊接接頭仍須加以生產(chǎn)。為此，焊接材料須可加以熱處理。所使用的焊接材料，它是具高含碳量，因而不致變?yōu)槎嘈缘?，然而與低合金鋼一樣，在預(yù)熱至300℃左右時(shí)，它不會(huì)有緩慢的相變的性能故仍然是奧氏化的且只能用冷卻法進(jìn)行相變?；嗽?，控制輪通常是在焊接完畢后加以冷卻以便所需的變相過(guò)程發(fā)生。易脆的馬丁體結(jié)果可用退火的方法使之更可延伸且增加韌性。
這種解決方法的缺陷是在上述的冷卻階段中焊接接頭上可能出現(xiàn)裂縫，雖然用更低的溫度來(lái)冷卻會(huì)使變相進(jìn)行的更好，同時(shí)使繼而進(jìn)行的退火處理可大大改進(jìn)其伸延性。但發(fā)生裂縫的危險(xiǎn)性卻顯著地增加?；诖死碛?，至今日為止尚未能將殼罩焊接在一起而形成封閉式的環(huán)。
另一缺陷，實(shí)事上可以見(jiàn)到在根部板上的焊縫根是無(wú)法加以檢驗(yàn)的。為安全計(jì)至少須對(duì)可能有裂縫的焊縫根進(jìn)行鉆鑿工作。
本發(fā)明的目的是提供一種制造蒸氣渦輪機(jī)中高壓轉(zhuǎn)子控制輪的方法，在該方法中，蒸氣渦輪機(jī)中的獨(dú)立葉片通常是從堅(jiān)硬的材料，最好是耐熱的高合金鉻鉬釩鋼，經(jīng)機(jī)加工而制成的，這些葉片首先排好在一起，形成一個(gè)環(huán)，并在其根部平板及殼罩上加以焊接，經(jīng)熱處理，機(jī)械加工和檢驗(yàn)工序后，將此環(huán)焊接在轉(zhuǎn)子的相應(yīng)圓盤(pán)上。所有獨(dú)立葉片是在根部平板和殼罩上和其鄰近的葉片焊接，以形成一個(gè)各邊閉合的環(huán)。在該控制輪中，包含著由獨(dú)立葉片裝配成的一個(gè)環(huán)，在這些葉片的殼罩和根部平板上有對(duì)接接頭，為避免成組，把每一獨(dú)立葉片在殼罩和根部平板上與其鄰近的葉片焊在一起。因此，這種生產(chǎn)方法，甚至在此控制輪中有槽口出現(xiàn)的情況下但出現(xiàn)裂縫的危險(xiǎn)性可以降至最低。因而可以生產(chǎn)出能同時(shí)最好地承受因蒸氣壓力和離心力以及因其葉片的幾伺形狀和數(shù)量所造成的極高的負(fù)荷的一種控制輪。
而易于對(duì)葉片根部上的焊縫進(jìn)行檢驗(yàn)的事實(shí)，可認(rèn)為是一個(gè)獨(dú)有的優(yōu)點(diǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的控制輪的三個(gè)實(shí)施例在附圖中用圖樣加以顯示出來(lái)，其中圖1表示包含著四個(gè)葉片的環(huán)段之透視圖。
圖2表示第一種焊接之形式的側(cè)視圖。
圖3表示待焊接的環(huán)的局部視圖。
圖4表示焊接于轉(zhuǎn)子上的一個(gè)環(huán)的局部視圖。
圖5表示經(jīng)機(jī)械加工后的轉(zhuǎn)動(dòng)輪之局部視圖。
圖6表示第二種焊接的形式的側(cè)視圖。
圖7表示經(jīng)第三種焊接的形式的焊接環(huán)的局部視圖。
在各圖中，只有那些對(duì)了解本發(fā)明有主要意義的部分對(duì)相同的元件是采用相同的符號(hào)來(lái)表示的。因此以整個(gè)蒸氣渦輪機(jī)中的高壓轉(zhuǎn)子的全貌為例，沒(méi)有在圖中顯示出來(lái)。
在圖1中控制輪是部分地顯示出來(lái)。它包含著一個(gè)各向都閉合的、由獨(dú)立葉片焊接在一起的環(huán)。這些獨(dú)立的葉片各具有葉片翼1、殼罩2和根部平板3，它們通常是用堅(jiān)硬的材料進(jìn)行機(jī)械加工而制成的。在目前的情況下，這些材料是可以加以熱處理并具耐熱性能的高合金鉻鉬釩鋼，例如屬DIN17240的X22Cr Mo V121。
殼罩2及根部平板3各有兩個(gè)焊接坡口4。此坡口將用橫向焊縫5來(lái)進(jìn)行填補(bǔ)。
焊縫的制備在圖2中是可以看到的。焊接坡口4的側(cè)面6是V型的。當(dāng)然，同樣也可用U型或其他適用形狀的側(cè)面。各側(cè)面6延伸到焊接鈍邊7形成一種對(duì)接接頭13。此焊接鈍邊7的位置是在殼罩2的底部8而面向葉片翼1的位置上，或在根部平板上的，則在其頂部12的位置上。(圖1)底焊縫9為一種由鎢極惰性氣體保護(hù)焊方法(TIG)加上添加材料焊成的焊縫。為使附圖更易于理解，圖中焊接鈍邊7是在底焊縫未加以焊接前的狀態(tài)下顯示來(lái)的。很明顯，在焊接過(guò)程中這些鈍邊會(huì)至少發(fā)生部分熔化而凝固后形成焊縫根部。因各焊接鈍邊的位置是在平板之最外末端。因此，所形成的焊縫根部是易于相繼對(duì)之進(jìn)行機(jī)械加工和檢驗(yàn)。
填充焊縫11是用涂藥皮焊條用手工焊接法進(jìn)行焊接的。這是由于焊道是從一個(gè)向另一個(gè)側(cè)面6交替涂敷上去因此最后是彼此連接起來(lái)了。
圖3概括地顯示出將獨(dú)立葉片焊接成一整體的方法。各葉片是裝配起來(lái)以形成一個(gè)環(huán)。利用定位焊接14。把焊接環(huán)15在葉片的兩側(cè)上氣密地焊接起來(lái)，這是因?yàn)榈缀缚p的焊接是在有保護(hù)氣體之情況下進(jìn)行的。
然后用圖2中所述，將底焊縫及整個(gè)焊縫進(jìn)行焊接，各葉片與其相鄰的葉片在殼罩2與根部平板3之間被焊接起來(lái)，從而形成一個(gè)閉合環(huán)。然后對(duì)經(jīng)完全焊接后的控制輪進(jìn)行熱處理。
一旦焊接工序結(jié)束后，此控制輪須即刻從其焊接溫度加溫到其退火溫度(約700℃)。在退火階段等溫變相發(fā)生在焊縫及熱影響區(qū)域內(nèi)。在這階段中產(chǎn)生的顆粒結(jié)構(gòu)并無(wú)技術(shù)上的應(yīng)用價(jià)值。然而，由于轉(zhuǎn)相應(yīng)力在700℃時(shí)是較低。因此在此階段是沒(méi)有出現(xiàn)裂縫的危險(xiǎn)性;焊接應(yīng)力下降了;其延伸性也較馬丁體的為好。退火過(guò)程完畢后，將控制制輪在空氣中進(jìn)行冷卻。
包括著將控制輪焊接到轉(zhuǎn)子17的園盤(pán)16上所需要的一切必要的準(zhǔn)備工作的機(jī)械加工工序即可進(jìn)行。焊接環(huán)15被切斷從而可使輪之端面加工至其尺寸。在圖2中箭頭10所指是一種值得提出的操作，即在箭頭10所指出的，消除在殼罩上及根部平板上焊接接頭的焊縫根部。這些焊縫根部和例如可能出現(xiàn)的任何隙縫則需進(jìn)行諸如銑削而后磨光。這之后，就易于對(duì)它們進(jìn)行常規(guī)的超聲和磁粉檢驗(yàn)。
待檢驗(yàn)工作進(jìn)行完畢后，緊接著就是進(jìn)行熱處理的階段。為完成此要求，焊接環(huán)15需重新加以焊接以使達(dá)到氣密。因?yàn)闊崽幚磉^(guò)程中凈化工作是進(jìn)行在用諸如氬氣作為保護(hù)氣體中的。熱處理過(guò)程本身包含著首先是增硬過(guò)程，即在加熱至1000℃以上后用壓縮氣體或噴霧方法進(jìn)行冷卻。其次是在大約700℃范圍的熱處理溫度下的退火工序，繼之將它與熱處理爐一起冷卻使其溫度降低到室溫為止。
熱處理工序完成之后，將控制輪之根部部分全部車削以便將它焊接到轉(zhuǎn)子17的園盤(pán)16之上。圖4所示的焊接法是和用埋弧焊接法在一個(gè)大鐘形縫槽上進(jìn)行焊接的。
經(jīng)完全機(jī)械加工的輪的部分如圖5所示，在此輪上由轉(zhuǎn)子向著葉片的過(guò)渡處其兩邊都加以磨光。須注意具有出現(xiàn)裂縫傾向的鐘形焊縫18的焊縫根應(yīng)先加以清除。如此控制輪與轉(zhuǎn)子就可構(gòu)成不可分割的單元了。
圖6所示的焊接形式其優(yōu)點(diǎn)在于用來(lái)連接殼罩與根部平臺(tái)板的橫向接頭可保持到較小程度。
在這情況下，由坯料經(jīng)機(jī)械加工后的葉片相對(duì)而言是比較薄的，其厚度可達(dá)4mm，各根部平板和殼罩經(jīng)焊接在一起后形成狹窄的帶環(huán)。這情況顯示，此橫向接縫是由一個(gè)用TIG方法焊接的底焊縫9和一個(gè)用手工進(jìn)行的具在幾個(gè)層面的填充焊縫而構(gòu)成的。焊接層面19是用埋弧焊接法在控制輪的周界的方向上，對(duì)平板的整個(gè)寬度的范圍內(nèi)進(jìn)行堆焊而獲得的。此時(shí)如用自動(dòng)焊接則最好。故此獲得使殼罩和根部平板之高度可以任意增加的一種方法。由于手工焊接的工序減少了，其結(jié)果將允許取得更佳的質(zhì)量。
在一定情況下，甚至可以無(wú)需先得到以手工及用涂藥皮焊條焊接而成的焊層11，意即可以將邊緣焊層19直接焊接在用TIG法焊接的底焊縫9上。
當(dāng)然，本發(fā)明并不將其解決辦法局限在這一點(diǎn)上。除了按圖2和6安排的用TIG法焊接的底焊縫，將殼罩和/或根部平板連接起來(lái)的方法，第一步里是可以使用電子束，等離子體束或激光束焊接方法進(jìn)行的。但在這樣做時(shí)，其待焊的對(duì)接接頭會(huì)有相應(yīng)的不同狀態(tài)。
圖7顯示出一個(gè)變型的實(shí)施方案。在此形式中殼罩2及根部平臺(tái)3′是用電子束焊接法在對(duì)接接頭13的整個(gè)徑向范圍內(nèi)進(jìn)行焊接。此情況下，根部平臺(tái)3′雖具有極大的厚度，但與圖6中的殼罩2′一樣也形成一個(gè)狹窄的帶環(huán)，也是用埋弧焊接法取得了一個(gè)周界上的復(fù)蓋層19。
權(quán)利要求
1.一個(gè)制造蒸氣渦輪機(jī)中高壓轉(zhuǎn)子的控制輪的方法，在此蒸氣渦輪機(jī)中其獨(dú)立葉片通常是從硬的材料，最好是耐熱的，高合金鉻鉬釩鋼經(jīng)機(jī)械加工而制成的，這些葉片首先是排放在一起形成一個(gè)環(huán)，并在其根部平板(3)及其殼罩上加以焊接，經(jīng)熱處理，機(jī)械加工檢驗(yàn)工序后，將此環(huán)焊接在轉(zhuǎn)子(17)的相應(yīng)圓盤(pán)(16)上，其特征在于所有獨(dú)立葉片是在根部平板(3)和殼罩(2)上和其鄰近的葉片焊接，以形成一個(gè)各邊閉合的環(huán)。
2.一個(gè)權(quán)利要求
1所要求的方法，其特征在于該環(huán)焊接好之后，不經(jīng)冷卻而加熱至退火溫度，使焊接材料和熱影響區(qū)發(fā)生等溫相變。經(jīng)機(jī)械加工和檢驗(yàn)后，將該環(huán)進(jìn)行熱處理，由此方法獲得的焊接接頭與其母材有相同的性質(zhì)。
3.一個(gè)權(quán)利要求
1所要求的方法，其特征在于其葉片是在其對(duì)接接頭(13)上用電子束，等離子體束、激光束或氬弧焊等焊接方法用或不用添加材料的情況來(lái)焊接底焊縫(9)。然后在焊接坡口(4)的側(cè)面(6)上焊接，例如使用涂藥皮焊條的手工焊接，焊接坡口是由兩側(cè)面的多層焊道交替疊加形成的填充焊縫(11)連接在一起的。
4.一個(gè)由權(quán)利要求
1所要求的方法，其特征在于其葉片是在其對(duì)接接頭上(13)用電子束等離子體束或激光束等焊接方法，在用或不用添加材料的情況下進(jìn)行焊接。
5.一個(gè)由權(quán)利要求
3或權(quán)利要求
4所要求的方法，其特征在于將根部平臺(tái)和殼罩焊接完畢后，對(duì)后者用埋弧焊接法在控制輪的周界方向上焊上幾層焊道層，用以增加后者的徑向區(qū)域。
6.一個(gè)準(zhǔn)備焊接在蒸氣渦輪機(jī)中的高壓轉(zhuǎn)子上的控制輪包含著由獨(dú)立葉片裝配成的一個(gè)環(huán)，而在這些葉片的殼罩(2)和根部平板(3)上提供著對(duì)接接頭，其特征在于為避免成組把每一獨(dú)立葉片的在殼罩(2)上和根部平板(3)上與其他鄰近的葉片焊接在一起。
7.一個(gè)準(zhǔn)備焊接在一部蒸氣渦輪機(jī)中的高壓轉(zhuǎn)子上的控制輪，包含著由獨(dú)立葉片裝配成的一個(gè)環(huán)，而在這些葉片的殼罩(2)和根部平板(3)上提供著焊接坡口(4)。殼罩(2)上的焊縫制備包含著一個(gè)V形坡口或U形坡口，并延伸到焊接鈍邊(7)以形成對(duì)接接頭(13)。此接頭的焊接鈍邊直接位于殼罩(2)的一個(gè)面(8)上面向葉片翼(1)的，其特征在于在根部平臺(tái)(3)上的焊縫的制備也包含著一個(gè)V形坡口或U形坡口，并延伸到焊接邊緣(7)以形成對(duì)接接頭(13)，此接頭的焊接鈍邊直接位于根部平臺(tái)(3)的一個(gè)邊(12)上，面向葉片翼(1)的。為避免成組把每個(gè)獨(dú)立葉片在殼罩(2)上和在根部平臺(tái)(3)上，與其鄰近的葉片焊接在一起。
8.一個(gè)由權(quán)利要求
6或權(quán)利7所要求的控制輪，其特征在于其各獨(dú)立葉片殼罩(2)和/或根部平臺(tái)(3′)在其徑向上包括狹窄的帶環(huán)，它是由堅(jiān)硬材料構(gòu)成的，通常和葉片翼一起以機(jī)械加工法制成一個(gè)狹窄的帶環(huán)，并在這狹窄的帶環(huán)(焊接成一個(gè)環(huán))上堆焊一層任意厚度的焊層(19)。
專利摘要
一個(gè)準(zhǔn)備焊接在一部蒸汽渦輪機(jī)中的高壓轉(zhuǎn)子上的控制輪是由通過(guò)各獨(dú)立葉片焊接在一起形成的一個(gè)環(huán)而制成的。為此目的，各獨(dú)立葉片的殼罩(2)和根部平板(3)均提供著焊接坡口(4)。經(jīng)焊接在一起而形成一個(gè)各邊閉合的環(huán)后，將此控制輪進(jìn)行退火處理，并加以機(jī)械加工，最后再進(jìn)行熱處理。
文檔編號(hào)B23K33/00GK86101204SQ86101204
公開(kāi)日1986年9月10日 申請(qǐng)日期1986年2月26日
發(fā)明者桑蒂洛·巴塞拉, 曼弗雷德·貝費(fèi)爾德, 蓋伊·費(fèi)伯, 保羅·斯萊普塞維克 申請(qǐng)人:Bbc勃朗勃威力有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan