压缩机焊接机壳水压试验异常问题的分析及处理

陈毓晖 杨健

摘 要：本文以某压缩机焊接机壳在水压试验时发生异常问题的探讨，问题出现后经过多次慎重研究处理，问题解决，成为一个成功解决问题的经典案例。

关键词：水压试验;机壳;异常问题

分类号：TH452

一、压缩机焊接机壳结构特性

该压缩机焊接机壳为水平剖分形式，分上、下机壳，分别由外壳板、端板、支撑环、密封体、中分面法兰、风筒等板材及锻件材料组焊而成，风筒及端板与支撑环之间均焊有分流板。

二、水压试验问题追溯：

该压缩机机壳水压试验要求压力为3.18MPa，升压过程中，发现在升压压力分别在1.0MPa及升至2.0MPa期间机壳腹腔内部发生两次异响，水压试验未能通过。

三、水压试验问题分析：

1.针对此次压缩机机壳在水压试验中出现的问题，需要对该问题进行严密排查，根据压缩机机壳结构特性，初步判断为压缩机机壳腹腔内部分流板开裂造成的异响，首先对该压缩机上、下机壳拆开，检查压缩机机壳内部承压部位，肉眼观察发现压缩机下机壳腹腔内部分流板与支撑环焊缝开裂，之前的初判正确，并确认其余压缩机分流板是否也存在这个问题，通过对压缩机机壳风筒部位所有焊缝进行着色检测一一排查，未发现缺陷。

2.针对该压缩机下机壳水压试验后出现的问题，进行分析，压缩机机壳分流板材质选用的是不锈钢06Cr19Ni10材质，压缩机分流板在焊接上使用的填缝剂与Q345R材质的强度上有所区别，这点在设计上没考虑全面，导致压缩机分流板与压缩机支撑环焊缝拉裂。

四、问题的处理：

1.针对以上分析结果，压缩机机壳设计者对压缩机机壳进行了优化设计，在压缩机分流板两侧增加24mm厚的筋板，以此增强强度，为了认证此项优化设计是否成立，对增加筋板后的压缩机下机壳进行模拟水压试验状态下的力学应力分析，分析软件采用ANSYS Workbench Mechanical X64，分析如下：

a）压缩机下机壳在ANSYS Workbench环境中的建立三维实体模型;

b）在对压缩机下机壳三维模型适当简化后，在ANSYS环境中对压缩机下机壳进行网格剖分，进行有限元分析，在ANSYS Workbench环境中压缩机下机壳得到的有限元网格与单元参数：单元类型Solid187，单元数78603，节点数134803;

c）载荷/工况/边界条件确认：

对压缩机下机壳分析的工况与对应的载荷进行确认，分析工况与载荷参数组成：水压试验载荷条件为3.18MPa;边界条件为压缩机下机壳一段进口固定约束，压缩机下机壳二段进口位移约束，压缩机下机壳端面无摩擦约束

d）材料属性确认：

压缩机下机壳材料标号为Q345R，弹性模量取为200GPa，泊松比为0.3，材料密度为7850Kg/M3，材料屈服极限为345MPa，抗拉强度为510MPa。

压缩机机壳分流板材料标号为06Cr19Ni10，彈性模量取为200GPa，泊松比为0.3，材料密度为7850Kg/M3，材料屈服极限为205MPa，抗拉强度为515MPa。

e）压缩机下机壳有限元分析结果：

根据以上条件确认，对压缩机下机壳生成水压试验工况条件下的应力分布云图，压缩机下机壳分流板位置存在最大等效应力值为502MPa，最大主应力为505MPa，最大应力区域接近压缩机下机壳分流板与下机壳支撑环连接位置（开裂位置），且最大应力大于材料屈服极限，小于抗拉强度，说明在高强度水压工况下，该处可产生一定程度的塑性应变，但未开裂，根据以上分析结果，该压缩机下机壳在增焊筋板后的水压试验工况下，强度满足设计要求。

2.根据以上分析结果，决定在压缩机机壳分流板材质不改的前提下，增加压缩机分流板厚度至24mm，并根据压缩机入口气流方向分别在压缩机两进风侧各增加两个筋板，以此增强压缩机机壳分流板与支撑环部位的强度，确认优化设计方案在理论上实施可行。

3.根据压缩机机壳分流板优化设计的方案，对压缩机下机壳做出以下工艺方案并实施处理：

a）切除原压缩机机壳分流板，打磨压缩机机壳表面母材至光滑，对待焊接区域位置进行清理，保证无杂质、油污;

b）按照优化设计图纸要求，对压缩机机壳分流板开制双面坡口，确保压缩机机壳分流板与压缩机机壳支撑环之间为全焊透;

c）按照工艺方案给出的焊接规范，焊接压缩机下机壳分流板、筋板，保证焊接质量，焊接参数、焊缝高度按照设计参数值执行，焊接过程中，采用小电流、多道焊的焊接方式，减少焊接应力的存在，同时每焊完一道焊缝，需要进行不断锤击处理，以此释放层间应力，同时对焊接接头打磨圆滑过渡处理，减少焊接应力集中;

d）压缩机下机壳完成焊接改造、修复后，对压缩机下机壳焊接区域进行着色检查，按照NB/T 47013.5-2015 II级进行验收;

e）对完成改造、修复的压缩机机壳进行水压试验验证，水压试验压力为3.18MPa，保压30分钟，水压试验从升压到保压过程中以无渗漏、无异常声响以及无异常变形做为压缩机下机壳理论分析、优化设计、改造、修复成功的实践依据;

f）压缩机机壳在水压试验完成后，进行拆检，确认各焊接及返修部位无异常问题，对压缩机下机壳理论分析、优化设计、改造、修复工作即为成功。

4.按照既定的工艺方案实施改造、修复，并按照相关检验要求进行检测，经对整个改造、修复过程进行跟踪，最终确认改造、修复工作达到工艺标准要求，可以转序，可以对压缩机机壳进行水压试验验证。

五、重新验证机壳水压试验：

在对压缩机下机壳完成修复后，为验证压缩机下机壳理论分析、优化设计、改造、修复是否成功，按照设计及工艺标准规范，重新对机壳进行水压试验，水压试验要求压力为3.18MPa，缓慢升压至要求压力值，经过现场检测，水压试验实测压力值为3.4MPa，在此压力下保压30分钟，压缩机机壳无渗漏、无异常声响，无异常变形，水压试验通过。拆解压缩机下机壳，对分流板部位进行检查，外观完整，无异常，压缩机机壳水压试验通过。

六、结论

通过对压缩机机壳在水压试验过程中的发现的问题进行缜密的理论分析、优化设计、制定工艺方案，并严格按照制定的工艺方案对压缩机下机壳进行妥善的改造及修复处理，再通过对压缩机机壳进行水压试验验证，压缩机机壳水压试验分流板开裂问题得以彻底解决，为压缩机机组安全运行解除隐患。

参考文献：

[1]佘皖宁. 压缩机焊接机壳的水压试验分析与研究[D].东北大学，2008.

1862501705316