壓縮機焊接機殼水壓試驗異常問題的分析及處理

陳毓暉 楊健

摘 要：本文以某壓縮機焊接機殼在水壓試驗時發(fā)生異常問題的探討，問題出現(xiàn)后經(jīng)過多次慎重研究處理，問題解決，成為一個成功解決問題的經(jīng)典案例。

關(guān)鍵詞：水壓試驗;機殼;異常問題

分類號：TH452

一、壓縮機焊接機殼結(jié)構(gòu)特性

該壓縮機焊接機殼為水平剖分形式，分上、下機殼，分別由外殼板、端板、支撐環(huán)、密封體、中分面法蘭、風筒等板材及鍛件材料組焊而成，風筒及端板與支撐環(huán)之間均焊有分流板。

二、水壓試驗問題追溯：

該壓縮機機殼水壓試驗要求壓力為3.18MPa，升壓過程中，發(fā)現(xiàn)在升壓壓力分別在1.0MPa及升至2.0MPa期間機殼腹腔內(nèi)部發(fā)生兩次異響，水壓試驗未能通過。

三、水壓試驗問題分析：

1.針對此次壓縮機機殼在水壓試驗中出現(xiàn)的問題，需要對該問題進行嚴密排查，根據(jù)壓縮機機殼結(jié)構(gòu)特性，初步判斷為壓縮機機殼腹腔內(nèi)部分流板開裂造成的異響，首先對該壓縮機上、下機殼拆開，檢查壓縮機機殼內(nèi)部承壓部位，肉眼觀察發(fā)現(xiàn)壓縮機下機殼腹腔內(nèi)部分流板與支撐環(huán)焊縫開裂，之前的初判正確，并確認其余壓縮機分流板是否也存在這個問題，通過對壓縮機機殼風筒部位所有焊縫進行著色檢測一一排查，未發(fā)現(xiàn)缺陷。

2.針對該壓縮機下機殼水壓試驗后出現(xiàn)的問題，進行分析，壓縮機機殼分流板材質(zhì)選用的是不銹鋼06Cr19Ni10材質(zhì)，壓縮機分流板在焊接上使用的填縫劑與Q345R材質(zhì)的強度上有所區(qū)別，這點在設(shè)計上沒考慮全面，導致壓縮機分流板與壓縮機支撐環(huán)焊縫拉裂。

四、問題的處理：

1.針對以上分析結(jié)果，壓縮機機殼設(shè)計者對壓縮機機殼進行了優(yōu)化設(shè)計，在壓縮機分流板兩側(cè)增加24mm厚的筋板，以此增強強度，為了認證此項優(yōu)化設(shè)計是否成立，對增加筋板后的壓縮機下機殼進行模擬水壓試驗狀態(tài)下的力學應力分析，分析軟件采用ANSYS Workbench Mechanical X64，分析如下：

a）壓縮機下機殼在ANSYS Workbench環(huán)境中的建立三維實體模型;

b）在對壓縮機下機殼三維模型適當簡化后，在ANSYS環(huán)境中對壓縮機下機殼進行網(wǎng)格剖分，進行有限元分析，在ANSYS Workbench環(huán)境中壓縮機下機殼得到的有限元網(wǎng)格與單元參數(shù)：單元類型Solid187，單元數(shù)78603，節(jié)點數(shù)134803;

c）載荷/工況/邊界條件確認：

對壓縮機下機殼分析的工況與對應的載荷進行確認，分析工況與載荷參數(shù)組成：水壓試驗載荷條件為3.18MPa;邊界條件為壓縮機下機殼一段進口固定約束，壓縮機下機殼二段進口位移約束，壓縮機下機殼端面無摩擦約束

d）材料屬性確認：

壓縮機下機殼材料標號為Q345R，彈性模量取為200GPa，泊松比為0.3，材料密度為7850Kg/M3，材料屈服極限為345MPa，抗拉強度為510MPa。

壓縮機機殼分流板材料標號為06Cr19Ni10，彈性模量取為200GPa，泊松比為0.3，材料密度為7850Kg/M3，材料屈服極限為205MPa，抗拉強度為515MPa。

e）壓縮機下機殼有限元分析結(jié)果：

根據(jù)以上條件確認，對壓縮機下機殼生成水壓試驗工況條件下的應力分布云圖，壓縮機下機殼分流板位置存在最大等效應力值為502MPa，最大主應力為505MPa，最大應力區(qū)域接近壓縮機下機殼分流板與下機殼支撐環(huán)連接位置（開裂位置），且最大應力大于材料屈服極限，小于抗拉強度，說明在高強度水壓工況下，該處可產(chǎn)生一定程度的塑性應變，但未開裂，根據(jù)以上分析結(jié)果，該壓縮機下機殼在增焊筋板后的水壓試驗工況下，強度滿足設(shè)計要求。

2.根據(jù)以上分析結(jié)果，決定在壓縮機機殼分流板材質(zhì)不改的前提下，增加壓縮機分流板厚度至24mm，并根據(jù)壓縮機入口氣流方向分別在壓縮機兩進風側(cè)各增加兩個筋板，以此增強壓縮機機殼分流板與支撐環(huán)部位的強度，確認優(yōu)化設(shè)計方案在理論上實施可行。

3.根據(jù)壓縮機機殼分流板優(yōu)化設(shè)計的方案，對壓縮機下機殼做出以下工藝方案并實施處理：

a）切除原壓縮機機殼分流板，打磨壓縮機機殼表面母材至光滑，對待焊接區(qū)域位置進行清理，保證無雜質(zhì)、油污;

b）按照優(yōu)化設(shè)計圖紙要求，對壓縮機機殼分流板開制雙面坡口，確保壓縮機機殼分流板與壓縮機機殼支撐環(huán)之間為全焊透;

c）按照工藝方案給出的焊接規(guī)范，焊接壓縮機下機殼分流板、筋板，保證焊接質(zhì)量，焊接參數(shù)、焊縫高度按照設(shè)計參數(shù)值執(zhí)行，焊接過程中，采用小電流、多道焊的焊接方式，減少焊接應力的存在，同時每焊完一道焊縫，需要進行不斷錘擊處理，以此釋放層間應力，同時對焊接接頭打磨圓滑過渡處理，減少焊接應力集中;

d）壓縮機下機殼完成焊接改造、修復后，對壓縮機下機殼焊接區(qū)域進行著色檢查，按照NB/T 47013.5-2015 II級進行驗收;

e）對完成改造、修復的壓縮機機殼進行水壓試驗驗證，水壓試驗壓力為3.18MPa，保壓30分鐘，水壓試驗從升壓到保壓過程中以無滲漏、無異常聲響以及無異常變形做為壓縮機下機殼理論分析、優(yōu)化設(shè)計、改造、修復成功的實踐依據(jù);

f）壓縮機機殼在水壓試驗完成后，進行拆檢，確認各焊接及返修部位無異常問題，對壓縮機下機殼理論分析、優(yōu)化設(shè)計、改造、修復工作即為成功。

4.按照既定的工藝方案實施改造、修復，并按照相關(guān)檢驗要求進行檢測，經(jīng)對整個改造、修復過程進行跟蹤，最終確認改造、修復工作達到工藝標準要求，可以轉(zhuǎn)序，可以對壓縮機機殼進行水壓試驗驗證。

五、重新驗證機殼水壓試驗：

在對壓縮機下機殼完成修復后，為驗證壓縮機下機殼理論分析、優(yōu)化設(shè)計、改造、修復是否成功，按照設(shè)計及工藝標準規(guī)范，重新對機殼進行水壓試驗，水壓試驗要求壓力為3.18MPa，緩慢升壓至要求壓力值，經(jīng)過現(xiàn)場檢測，水壓試驗實測壓力值為3.4MPa，在此壓力下保壓30分鐘，壓縮機機殼無滲漏、無異常聲響，無異常變形，水壓試驗通過。拆解壓縮機下機殼，對分流板部位進行檢查，外觀完整，無異常，壓縮機機殼水壓試驗通過。

六、結(jié)論

通過對壓縮機機殼在水壓試驗過程中的發(fā)現(xiàn)的問題進行縝密的理論分析、優(yōu)化設(shè)計、制定工藝方案，并嚴格按照制定的工藝方案對壓縮機下機殼進行妥善的改造及修復處理，再通過對壓縮機機殼進行水壓試驗驗證，壓縮機機殼水壓試驗分流板開裂問題得以徹底解決，為壓縮機機組安全運行解除隱患。

參考文獻：

[1]佘皖寧. 壓縮機焊接機殼的水壓試驗分析與研究[D].東北大學，2008.

1862501705316