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AP1000主泵制造工艺及监造

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轴承组件、叶轮等部件装配而成。 2.3.1 转子轴组件

转子轴组件由转子轴和转子铁芯组成。转子轴既作为电机轴,又作为泵轴。转子轴的材料为ASTM A336,在精加工完成后,需要在转子轴与端环连接处进行隔离过渡层堆焊,并进行焊后热处理以及相关NDE检查。

转子铁芯的制造与定子铁芯类似,也是由硅钢片叠装而成。硅钢片直接套在转子轴上,两端由叠装板固定,在硅钢片的外侧沿轴向分布有一个个的槽道,槽道中将安装铜棒,铜棒的两端与连接环进行铜焊形成感应电流的闭合回路。转子铁芯的外侧包覆转子屏蔽套,转子屏蔽套的两端与端环进行焊接。在转子轴组件装配完成后,还需要进行水压试验、氦检漏试验以及动平衡试验。 2.3.2 飞轮

每台AP1000主泵上有两个飞轮,分别位于转子组件的上部和下部。上飞轮的高度比下飞轮更大。飞轮内部包含有高密度钨合金块,因此重量较大(上飞轮为3.18吨,下飞轮为2.18吨),保证了AP1000主泵的高转动惯量,从而保证了惰转情况下的冷却剂流量满足设计要求。

上、下飞轮的结构相同(如图2所示)。每个飞轮内部包含12个扇形的钨合金块(材料为ASTM B777),钨合金块的内侧开有凹槽,正好可以与轮毂外缘面上的凸起相配合。

在钨合金块装配至轮毂上之后,再进行紧固环的热套装配,通过过盈配合实现对钨合金块的固定。在飞轮的上、下端还焊有盖板,最外侧焊有一层外壳,盖板和外壳都是由Inconel 625合金材料制成,可以使钨合金块和紧固环与主冷却剂隔离开。此外,每一个飞轮还需要进行动平衡试验以及125%额定转速下的超速试验,以验证设计工况下飞轮组件的完整性。

飞轮制造的主要流程为:飞轮轮毂加工――钨合金块与轮毂进行组对――紧固环热套装配――端面的机加工――动平衡试验――超速试验――紧固环外表面PT检查――上、下端盖板的焊接――外壳热套并与盖板外缘进行焊接――最终动平衡――氦检漏试验。在飞轮制造的监造过程中,要重点关注飞轮的超速试验(包括超速试验后紧固环外表面的PT检查,关系到飞轮组件的完整性)、动平衡试验以及氦检漏试验。

2.3.3 轴承组件

AP1000主泵中包含有上、下推力轴承和上、下径向轴承,都为水润滑轴承。其中上、下推力轴承分别位于下部飞轮的上、下两侧;下部径向轴承位于上部推力轴承的上侧,两者连为一体;上部径向轴承位于上部飞轮的下端。

推力轴承与径向轴承的结构示意图如图3所示(以下部径向轴承和推力轴承为例)。每个推力轴承有6个瓦块,每

个径向轴承有4个瓦块,轴承瓦块的材料为碳石墨,瓦块后端连有平衡板,一起安装在不锈钢瓦托内,轴承最外侧为轴承套筒。上、下部推力轴承分别位于下部飞轮的上、下两侧,瓦块分别与推力盘的工作面接触。

对于轴承组件,在设备监造中需要重点关注采购件的相关文件审查;瓦块表面的平整度和光洁度检查;推力盘工作面的平面度检查、硬度检测和PT检测。 2.3.4 叶轮

AP1000主泵的叶轮材料为ASTM A743,为一体式铸件,泵轴与叶轮装配的配合面有一定锥度,并且有装配叶轮的台阶,保证了装配精度。

叶轮制造的主要工序为:粗加工――初始动平衡――开螺纹孔――精加工――表面PT检查――最终尺寸检查――最终动平衡。由于叶轮的曲线较复杂,并且公差要求很小(直径尺寸公差为0.1mm)。因此对机加工的设备要求很高(五轴联动加工中心)。

3 AP1000主泵制造中的设备监造重点 3.1 加强对设计文件的消化和理解

根据主泵设计规范书的要求(7.5.1.5),为了保证飞轮的完整性,飞轮紧固环材料需要进行UT和PT的检查,相关NDE检查应符合ASME NB-2000的要求。而根据ASME NB-2547的规定,UT检查可以在锻造之后的任意时间进行,

但是PT检查则必须在部件的成品状态下进行。在设备监造过程中,监造人员发现飞轮紧固环仅在分包商处进行了UT和PT检查,之后在制造厂进行机加工之后(即最终装配前的成品状态)并无PT检查。

在发现问题后,监造人员与制造厂进行沟通和多次技术澄清,最终判定制造厂的做法确实违反了设计要求,为此制造厂将所有已完成制造的飞轮开出了外部不符合项,并陆续升版了相关图纸、材料采购文件、制造工艺流转卡和质量计划等。

通过这一问题的处理过程,充分说明了设备监造人员需要对于设计规范和其引用的法规标准进行充分理解,以此为依据进行设备监造工作,并在设备监造过程中检查制造厂的工艺规程是否与设计要求和法规标准的要求相一致。这样才能减少设备制造过程中可能带来对电厂调试、运行、维修的风险。

3.2 部件的焊接

在AP1000主泵的制造中,含有多项焊接操作,而其中很多部件为压力边界材料,这些焊接工艺的质量,直接影响着主泵乃至整个电厂运行的安全,需要在监造过程中重点关注,主要有:

3.2.1 定子壳体法兰制造过程中的焊接

AP1000主泵的定子壳体法兰由三个大锻件焊接拼装而

成,分别为碳钢壳体、碳钢主法兰、不锈钢法兰。制造时,碳钢主法兰与碳钢壳体首先进行焊接拼装,然后拼装好的碳钢壳体法兰再与不锈钢法兰进行焊接拼装形成整体的定子壳体法兰,最后进行整体精加工及法兰开孔、尺寸检查等。这两次主要的焊接操作都是使用的窄间隙埋弧焊,这种焊接方法的优点是焊缝的机械强度和冲击韧性优于传统的宽坡口埋弧焊,并且与传统埋弧焊相比效率更高,更加节省焊材。但由于坡口间隙窄,层间清渣困难,窄间隙埋弧焊对于焊剂的要求更高,同时还要求焊丝在坡口内要有非常准确地定位,对间隙的变化有较严格的限制,对于焊接参数,特别是电压的波动以及热裂纹的敏感性大。另外,由于碳钢壳体法兰与不锈钢法兰的焊接为异种材料焊接,因此在拼装焊接前需要先在碳钢壳体的坡口进行隔离层堆焊(buttering),利用镍基材料作为两者之间的过渡,以保证拼装焊接质量。综合以上因素,在进行定子壳体法兰焊接的设备监造时,在焊接前要重点核对焊材的牌号是否与WPS的要求相符,检查焊接前的工装是否正确;在焊接过程中要检查焊接参数(预热温度、层间温度、焊接电流、焊接电压、焊接速度等)是否满足WPS的要求。 3.2.2 屏蔽套的焊接

屏蔽套的作用是保护定子绕组组件和转子组件免于接触主冷却剂,因此其密封性和完整性对于主泵运行的安全和寿命有着直接联系,而屏蔽套焊接的质量将对此起着决定性

AP1000主泵制造工艺及监造

轴承组件、叶轮等部件装配而成。2.3.1转子轴组件转子轴组件由转子轴和转子铁芯组成。转子轴既作为电机轴,又作为泵轴。转子轴的材料为ASTMA336,在精加工完成后,需要在转子轴与端环连接处进行隔离过渡层堆焊,并进行焊后热处理以及相关NDE检查。转子铁芯的制造与定子铁芯类似,也是由硅钢片叠装而成。硅钢片直接套在转子轴上,两端由叠装板固定,
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