基于API687的典型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)*

張林 鄧德偉* 孫奇 岳猛/沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

基于API687的典型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)*

張林 鄧德偉* 孫奇 岳猛/沈陽(yáng)鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份有限公司

0 引言

針對(duì)石油、化工和天然氣工業(yè)領(lǐng)域，美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）于2001年首次制定轉(zhuǎn)子修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)（API 687），并于2009年對(duì)第一版進(jìn)行再次修訂[1]。API 687標(biāo)準(zhǔn)為透平機(jī)械專用的旋轉(zhuǎn)設(shè)備轉(zhuǎn)子、軸承和聯(lián)軸器的檢查和維修提出了基本要求，并給出了轉(zhuǎn)子修復(fù)工藝的推薦操作規(guī)程，涵蓋了按API 612專用蒸汽輪機(jī)、API 613專用齒輪箱、API 617專用離心壓縮機(jī)、API 619專用旋轉(zhuǎn)式正位移壓縮機(jī)、API 671專用聯(lián)軸器和用于FCCU能量回收與硝酸廠熱天然氣擴(kuò)大器要求制造的設(shè)備。

轉(zhuǎn)子修復(fù)的基礎(chǔ)是既要在尺寸上符合最新設(shè)計(jì)的配合和間隙，又要保證轉(zhuǎn)子部件的安全可靠性，使之至少能連續(xù)運(yùn)行5年。在符合最新API標(biāo)準(zhǔn)的前提下[2]，選擇哪種修復(fù)工藝都要進(jìn)行方案評(píng)估，只有修復(fù)設(shè)計(jì)方案被用戶接受，才能進(jìn)行轉(zhuǎn)子修復(fù)。通過(guò)合理的修復(fù)設(shè)計(jì)和制造，使失效部件達(dá)到或超過(guò)新品的性能，不僅創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，而且達(dá)到節(jié)約資源的效果。本文介紹了API 687標(biāo)準(zhǔn)推薦的相關(guān)修復(fù)技術(shù)，并針對(duì)典型透平式壓縮機(jī)，論述了相應(yīng)轉(zhuǎn)子部件修復(fù)工藝的操作規(guī)范。

1 API 687轉(zhuǎn)子修復(fù)程序

轉(zhuǎn)子部件的修復(fù)一般按照以下程序進(jìn)行：用戶提供信息、確定初始檢驗(yàn)/維修/升級(jí)范圍、選擇維修工廠、裝配轉(zhuǎn)子接受檢查、維修和新部件制造過(guò)程、轉(zhuǎn)子裝配和平衡實(shí)驗(yàn)、包裝發(fā)運(yùn)。根據(jù)轉(zhuǎn)子的檢驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，維修范圍可能發(fā)生變化。用戶首先應(yīng)該向維修方提供一系列通用性文件記錄，包括轉(zhuǎn)子部件的原始設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)子材料、尺寸、涂層、運(yùn)行工況、失效前后相關(guān)性能數(shù)據(jù)等。轉(zhuǎn)子檢查過(guò)程中，除了目視檢查，還要進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)（如磁粉、著色、射線和超聲波檢驗(yàn)），以確定轉(zhuǎn)子上裂紋等缺陷的位置，無(wú)磁部件都應(yīng)該進(jìn)行熒光著色滲透檢驗(yàn)，所有的鐵磁體部件都應(yīng)該采用濕態(tài)磁粉檢驗(yàn)。對(duì)于耐侵蝕、耐腐蝕等防護(hù)涂層，應(yīng)采用非摩擦性介質(zhì)加以清理，以防止涂層受到損傷。若需要去除轉(zhuǎn)子部件表面的涂層或外界材料，可采用輕質(zhì)磨料進(jìn)行摩擦清理，清理期間，必須保護(hù)軸頸、密封區(qū)域、探頭區(qū)域、熱間隙、旋轉(zhuǎn)迷宮、軸端和聯(lián)軸器表面等關(guān)鍵部位。

設(shè)計(jì)修復(fù)方案時(shí)，用于修復(fù)失效部件的新材料應(yīng)等同或優(yōu)于原來(lái)的設(shè)計(jì)要求，材料的兼容性和其服役性能必須得到驗(yàn)證，維修方在征得用戶的許可后，方可使用。如果受損部件不能得到滿意的修復(fù)，經(jīng)過(guò)用戶的批準(zhǔn)，可以更換新部件。維修方在修復(fù)過(guò)程中應(yīng)編制質(zhì)量控制計(jì)劃，并針對(duì)設(shè)備的重要性，建議用戶以觀察或見(jiàn)證等方式參加關(guān)鍵的制造和驗(yàn)證活動(dòng)。修復(fù)后的轉(zhuǎn)子部件都要進(jìn)行低速動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，有些情況下壓縮機(jī)和透平轉(zhuǎn)子需要進(jìn)行高速動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。如果需要防護(hù)涂層的轉(zhuǎn)子部件，應(yīng)在施加涂層之前進(jìn)行平衡實(shí)驗(yàn)，并在涂層施加之后再次檢查其平衡情況。當(dāng)軸頸處有保護(hù)性涂層時(shí)，需要考慮滾子在涂層表面運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)可能引起裂紋的影響。

2 典型轉(zhuǎn)子修復(fù)工藝

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件在惡劣的服役環(huán)境下，經(jīng)常出現(xiàn)腐蝕和磨損問(wèn)題，導(dǎo)致機(jī)組效率降低，縮減零部件的使用壽命，其中典型易損部件主要包括軸、葉輪、葉片、密封和流道區(qū)域等。由于這些零部件價(jià)格昂貴，加工工藝復(fù)雜，更換新部件不僅增加材料成本，而且造成巨大的資源浪費(fèi)，因此需要采取經(jīng)濟(jì)的、合理的技術(shù)修復(fù)這些失效零部件，通過(guò)改善機(jī)械性能，延長(zhǎng)轉(zhuǎn)子部件的使用壽命，保證機(jī)組正常運(yùn)行[3-4]。

在決定進(jìn)行轉(zhuǎn)子修復(fù)后，具體的修復(fù)工藝需要考慮以下幾方面因素來(lái)確定：母體材料和修復(fù)材料的確定、工藝限制（厚度、零件的工作環(huán)境、化學(xué)成份、熱力兼容性、可加工性、機(jī)械接合能力、蒸汽/燃?xì)獾乃俣龋?、耐用?經(jīng)濟(jì)性/風(fēng)險(xiǎn)性、質(zhì)量控制計(jì)劃等。下面就最新版API 687標(biāo)準(zhǔn)推薦的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行介紹。

2.1 焊接

焊接是通過(guò)加熱或加壓，或兩者并用，并且用或不用填充材料，使工件達(dá)到相互結(jié)合的一種方法。補(bǔ)焊工藝主要包括TIG，SAW，MIG等傳統(tǒng)焊接工藝。由于MIG焊工藝容易產(chǎn)生空穴或氣孔，一般不推薦使用。針對(duì)特定的焊接應(yīng)編制補(bǔ)焊程序，包括API 687標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、評(píng)定記錄、焊接技術(shù)規(guī)范。焊接準(zhǔn)備前要分析母體試樣、清理焊接區(qū)域、并制定合適的焊接程序。焊接過(guò)程中確保焊接區(qū)域預(yù)熱到適當(dāng)?shù)臏囟?，如果母體金屬溫度下降到預(yù)熱溫度以下或超過(guò)了最高層間溫度，不得進(jìn)行焊接操作，必須根據(jù)焊接技術(shù)規(guī)范進(jìn)行焊接。補(bǔ)焊后的部件需要進(jìn)行焊后熱處理，對(duì)于軸區(qū)域需要進(jìn)行隔熱處理，以防止產(chǎn)生徑向溫度梯度。采用無(wú)損檢測(cè)技術(shù)對(duì)粗加工后的焊接區(qū)域進(jìn)行檢驗(yàn)，檢測(cè)焊縫表面和淺表面的夾渣等缺陷。根據(jù)母體材料和服役環(huán)境不同，補(bǔ)焊可能需要其它的評(píng)定試驗(yàn)，如疲勞、晶粒尺寸、應(yīng)力斷裂、蠕變強(qiáng)度、斷裂韌性、鉻的稀釋、硬度、穩(wěn)固性(彎曲試驗(yàn))等。對(duì)于需要建立實(shí)際帶寬的軸區(qū)域，需要精加工或打磨，滿足光潔度公差要求。最后對(duì)終加工的焊接區(qū)域進(jìn)行尺寸檢查和濕法磁粉檢驗(yàn)，并記錄所有的信息。

2.2 高速燃料噴涂

熱噴涂技術(shù)是利用熱源將噴涂材料加熱至熔化或半熔化狀態(tài)，并以一定的速度噴射沉積到經(jīng)過(guò)預(yù)處理的基體表面形成涂層的方法，其中高速燃料噴涂主要用于透平機(jī)械轉(zhuǎn)子的修復(fù)，包括高速噴涂工藝和間歇燃燒工藝。高速噴涂工藝又分為超音速火焰噴涂（HVOF）和高速液態(tài)燃料噴涂（HVLF）兩種，HVOF使用氣體作為燃料，而HVLF則使用液體作為燃料。高速噴涂可以產(chǎn)生了一個(gè)高速熔融金屬流，金屬粉末以很高的能量沖擊工件表面，金屬粉末與母體金屬容易結(jié)合，粉末顆粒經(jīng)過(guò)擊扁、凝固、層疊過(guò)程，形成結(jié)構(gòu)致密的涂層?；鹧鎳娡康拈g歇燃燒方法是一種氧氣乙炔粉末方法，以每秒4至8倍的速度燃燒，產(chǎn)生高速的粒子流。氧氣、乙炔和懸浮在氮?dú)庵械暮辖鸱勰┮杂?jì)量方式進(jìn)入燃燒室，通過(guò)火花引爆了混合氣，產(chǎn)生了高溫高速氣體流，使得顆粒變得可塑，連續(xù)爆炸可獲得所期望的厚度。在使用過(guò)程中，由于較高的噪聲需要專門的隔聲區(qū)，可能會(huì)限制修復(fù)部件的尺寸大小。雖然噴室溫度可能超過(guò)3 300℃，但修復(fù)部件可以保持在180℃以下，母體金屬的冶金性能未發(fā)生改變。

在涂層選擇和使用過(guò)程中要重點(diǎn)考慮母體金屬溫度、結(jié)合強(qiáng)度、硬度、塑性和孔隙率。母體金屬溫度應(yīng)保持在180℃或以下，避免涂層施加期間引起扭曲、變形或其它物理?yè)p壞。通常涂層與母體金屬具有不同的熱膨脹系數(shù)，若相差太大會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力的產(chǎn)生。由于噴嘴與工作表面的角度問(wèn)題，內(nèi)徑上面的涂層可能導(dǎo)致涂層性能下降。當(dāng)內(nèi)徑與長(zhǎng)度的縱橫比大于1：1時(shí)，不推薦使用內(nèi)徑涂層，也就是說(shuō)，孔的長(zhǎng)度不應(yīng)大于需要涂層的內(nèi)徑。在施加涂層前，確定母體材料的成分和硬度，清理預(yù)加涂層區(qū)域，并保證涂層/基體界面不會(huì)處于加工表面。選擇合適的涂層材料并設(shè)置工藝參數(shù)，將所需性能的涂層噴涂到部件表面，涂層厚度滿足尺寸要求。對(duì)涂層進(jìn)行最終加工和打磨，以滿足圖紙公差，同時(shí)進(jìn)行最終檢查。

2.3 金屬和等離子噴涂

與高速噴涂工藝相比，金屬噴涂則產(chǎn)生了一個(gè)低速熔融金屬流，由于動(dòng)能隨著速度的平方而變化，金屬粉末產(chǎn)生的沖擊具有相當(dāng)?shù)偷哪芰?，?dǎo)致涂層的結(jié)合強(qiáng)度很低，并產(chǎn)生較高的孔隙率。如有規(guī)定時(shí)，部件可以采用等離子噴涂工藝恢復(fù)到原始設(shè)計(jì)尺寸。等離子噴涂將粉末和氣體混合物送入一個(gè)可產(chǎn)生熔融金屬流的電弧，同樣金屬粉末形成的沖擊能量較低，涂層結(jié)合強(qiáng)度較差。正因如此，不推薦金屬噴涂和等離子噴涂作為軸的維修方法。

2.4 電鍍

電鍍主要利用電解在制件表面形成均勻、致密、結(jié)合良好的金屬或合金沉積層的過(guò)程。如有要求，受損部件可以采取鍍鉻或鍍鎳方法來(lái)恢復(fù)其原始設(shè)計(jì)尺寸。用戶和維修方應(yīng)協(xié)商確定應(yīng)用方法、程序、厚度、質(zhì)量控制檢查和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，需要考慮的內(nèi)容有：每一步最大厚度、最大總體厚度、每一步最大加工量、鍍槽清潔度、應(yīng)用速度、鍍層烘干和電鍍位置。一般來(lái)說(shuō)，電鍍可能因?yàn)槿缦略虍a(chǎn)生過(guò)早疲勞：界面疲勞、由于電鍍的多孔性導(dǎo)致母體金屬腐蝕、電鍍工藝不當(dāng)、應(yīng)力腐蝕裂紋和氫脆、較低的結(jié)合強(qiáng)度。因此，選取電鍍修復(fù)工藝時(shí)需要慎重。

2.5 防腐涂層

針對(duì)處于濕空氣、碳?xì)浠衔锖透g性介質(zhì)運(yùn)行環(huán)境下的汽輪機(jī)氣體流道區(qū)域、離心和軸流壓縮機(jī)部件，API 687標(biāo)準(zhǔn)提供了用于鐵基合金部件的多層/抗結(jié)垢/耐腐蝕涂層技術(shù)規(guī)范和指南，通過(guò)施加防護(hù)涂層可以延長(zhǎng)使用壽命，減少返工，提高性能，并保護(hù)免受氫脆的危害。前面所述的修復(fù)工藝可以提供耐侵蝕和恢復(fù)尺寸的相關(guān)涂層，本小節(jié)主要介紹耐腐蝕和抗結(jié)垢防護(hù)涂層。

為了提供最大程度的保護(hù)，經(jīng)常采用具有底層、中間層和頂層的多層體系。一般的底層都是導(dǎo)電的自犧牲層，它并不阻止腐蝕，但能改變腐蝕的方向。當(dāng)基體材料直接暴露在污染的工作環(huán)境中，自犧牲層在暴露的金屬處發(fā)生腐蝕。自犧牲涂層比母體金屬更為活躍，一般是由活躍的陽(yáng)極金屬制造的，例如鋅、鋁和鎘。典型的中間層是抑制層，它甚至在腐蝕介質(zhì)到達(dá)基體材料時(shí)都能阻止腐蝕。抑制層中的化學(xué)成分改變了腐蝕介質(zhì)，從而改變了它對(duì)下層金屬的作用。不但不引起腐蝕，相反這些液體有助于金屬形成自身的化學(xué)保護(hù)膜。一旦抑制劑耗盡，這個(gè)層就不起作用了。典型的頂層是隔離層，通過(guò)將有害液體與母體金屬表面隔離開(kāi)來(lái)達(dá)到防腐作用。只要隔離層是連續(xù)的和完好的，腐蝕就不會(huì)發(fā)生。當(dāng)隔離層因沖蝕或脫落而失效時(shí)，隔離層不能起到保護(hù)作用，基體金屬很容易腐蝕。

國(guó)際上透平機(jī)械的轉(zhuǎn)子和定子部件均采用這種涂層工藝。用含有鉻酸鹽-磷酸鹽陶瓷粘結(jié)劑和鋁金屬的液體泥漿，通過(guò)噴、刷、滴或滾等方式涂覆在基體金屬表面，預(yù)熱、固化和后處理，如果有必要可進(jìn)行重復(fù)涂覆，然后用陶瓷或有機(jī)頂層封住，從而達(dá)到防腐的目的。

根據(jù)部件運(yùn)行溫度的不同，防腐涂層分為3類，如表1所示。第一類是工作溫度在260℃以下（短暫可達(dá)290℃），涂層體系一般為三層，每層間通常要求固化和干燥的過(guò)程，固化通常在93℃～345℃之間。這類涂層一般用在汽輪機(jī)低溫段和離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子的防腐/防結(jié)垢上，涂層結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。第二類是工作溫度在260℃～565℃之間，這類涂層需要更高的抗高溫氧化性能，通常施加兩層無(wú)機(jī)涂層，一般用于蒸汽輪機(jī)和離心壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子。第三類是高達(dá)565℃時(shí)抵抗腐蝕和結(jié)垢的多層空氣動(dòng)力式平滑涂層，這類涂層適用于軸流壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子，需要空氣動(dòng)力式平滑表面光潔度，而且運(yùn)行溫度不超過(guò)565℃，該涂層體系也含有兩層無(wú)機(jī)涂層。

表1 防腐/抗結(jié)垢涂層分類表

圖1 260℃以下防腐/抗結(jié)垢涂層體系圖

2.6 其它修復(fù)工藝

在軸和葉輪修復(fù)過(guò)程經(jīng)常用到車削工藝，例如減小軸徑，也可以通過(guò)機(jī)械加工減小受損面積來(lái)修復(fù)葉輪密封區(qū)域。如有規(guī)定，可采取校直工藝恢復(fù)軸件直線度來(lái)消除彎曲變形。轉(zhuǎn)子修復(fù)過(guò)程還可以采取加軸套、鉚接等工藝。

3 API 687標(biāo)準(zhǔn)在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件中的應(yīng)用

3.1 軸區(qū)域修復(fù)

透平式壓縮機(jī)主軸區(qū)域失效主要由多種原因引起的表面磨損、腐蝕和金屬疲勞造成的。例如在軸頸區(qū)域容易出現(xiàn)劃傷現(xiàn)象，尤其是表面線速度較大的高Cr沉淀硬化不銹鋼（17-4 PH和15-5 PH等材料）。對(duì)于軸頸的修復(fù)，必須采取合適的涂層修復(fù)工藝，避免涂層在平衡實(shí)驗(yàn)過(guò)程中出現(xiàn)損傷，同時(shí)可以通過(guò)建立實(shí)際帶寬，保證轉(zhuǎn)子的同軸度和跳動(dòng)。

API 687標(biāo)準(zhǔn)推薦的軸區(qū)域修復(fù)工藝主要是鎢極惰性氣體焊(TIG)、埋弧焊(SAW)、高速噴涂以及間歇燃燒工藝。主軸主要起到傳遞扭矩的作用，對(duì)涂層的結(jié)合強(qiáng)度和缺陷有極高的要求。除非有另行規(guī)定，軸不得采用電鍍、冷噴涂、加軸套或校直等方法進(jìn)行修復(fù)。對(duì)于由高Cr材料制造的軸，當(dāng)軸頸出現(xiàn)黑斑失效問(wèn)題，應(yīng)在軸頸區(qū)域使用HVOF或堆焊層。聯(lián)軸器軸端一般采用TIG焊接，這主要是火焰噴涂或電鍍工藝涂層結(jié)合強(qiáng)度不足，無(wú)法充分傳遞扭矩，其它涂層由于氣孔水平較高可能會(huì)引起失效。推力環(huán)可采用堆焊工藝進(jìn)行修復(fù)。

對(duì)于齒輪壓縮機(jī)，不能采用焊接方法修復(fù)輪齒和緊鄰輪齒的損壞位置，這主要是因?yàn)樵谝院蟮倪\(yùn)行過(guò)程中可能會(huì)發(fā)生扭曲和變形而危害性能。對(duì)于表面硬化或淬火硬化齒輪來(lái)說(shuō)，可采用重新研磨來(lái)校正齒距、節(jié)線跳動(dòng)、輪廓線和導(dǎo)程。重新研磨會(huì)降低硬化層深度并可能降低硬度值，需要對(duì)照原始的表面硬化記錄并預(yù)測(cè)硬化層的減少深度，重新計(jì)算硬度等級(jí)，確認(rèn)性能符合要求后方可使用。

3.2 葉輪/葉片修復(fù)

壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子部件葉輪/葉片不僅因高速旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生離心應(yīng)力和旋轉(zhuǎn)中的振動(dòng)應(yīng)力，而且還可能受腐蝕、磨損、高溫和低溫等各種環(huán)境因素的影響，出現(xiàn)各種失效。尤其葉輪熱裝在軸上，無(wú)法進(jìn)行單個(gè)拆除更新，而且更新轉(zhuǎn)子需要大額的配件費(fèi)用和很長(zhǎng)的待件時(shí)間，嚴(yán)重影響設(shè)備的長(zhǎng)周期運(yùn)行，因此有必要采取轉(zhuǎn)子修復(fù)工藝進(jìn)行修復(fù)[5]。

離心壓縮機(jī)葉輪密封區(qū)域和葉輪孔一般采用補(bǔ)焊和熱噴涂工藝進(jìn)行修復(fù)。當(dāng)表面線速度大于300m/s(1 000ft/s)時(shí)，則不推薦使用熱噴修復(fù)方法。另外，實(shí)施噴涂修復(fù)時(shí)應(yīng)考慮在正常運(yùn)轉(zhuǎn)和超速試驗(yàn)期間，由于裝配的擴(kuò)張而引起涂層的變形。葉輪葉片只能采用補(bǔ)焊修復(fù)工藝，葉片修復(fù)成功與否主要取決于葉輪的幾何尺寸、材料的選擇及其結(jié)構(gòu)。對(duì)于開(kāi)式葉輪，可以進(jìn)行單個(gè)葉片或整體更換，需要特殊的夾具來(lái)控制葉輪變形。對(duì)于釬焊葉輪，由于不能保證修復(fù)成功，釬焊葉輪修補(bǔ)只能采用經(jīng)授權(quán)的程序和設(shè)備。重新釬焊要求清除接縫區(qū)域的油脂、污物和外來(lái)雜物。由于葉輪釬焊必然會(huì)承受高溫，釬焊后的葉輪材料將是退火狀態(tài)，所以，釬焊修補(bǔ)后的葉輪要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，恢復(fù)到最初熱處理狀態(tài)。另外，與輪盤、輪蓋和葉片材料相同的試樣塊要與葉輪一起進(jìn)行熱處理，以便用于機(jī)械性能驗(yàn)證。

軸流壓縮機(jī)的修復(fù)區(qū)域一般是因接觸迷宮密封導(dǎo)致?lián)p壞的轉(zhuǎn)子密封區(qū)（盤、鼓或軸）。轉(zhuǎn)子上的盤可采用焊接修補(bǔ)。由于變形的原因，對(duì)鼓型轉(zhuǎn)子的葉片連接區(qū)不推薦使用焊接修復(fù)方法。盤孔采用補(bǔ)焊和熱噴涂修復(fù)方法，由于熱膨脹系數(shù)和孔膨脹系數(shù)的不同，不推薦使用鍍鎳或鍍鉻方法檢修盤孔。葉片的損壞主要是葉片前端尖部的摩擦引起的，可以通過(guò)重新加工減少葉片長(zhǎng)度以避免再次發(fā)生摩擦。修復(fù)后的葉片及葉片連接區(qū)均須表面噴丸強(qiáng)化處理，以提高耐應(yīng)力腐蝕斷裂和疲勞斷裂。根據(jù)基體材料、強(qiáng)化層目標(biāo)厚度及材料厚度決定噴丸強(qiáng)度和介質(zhì)種類。通常情況下，噴丸密度由截面厚度決定，如果密度過(guò)大，零件的邊緣可能會(huì)變形。因此，葉片根部噴丸密度要大于葉片部位。

3.3 涂層修復(fù)

離心和軸流式壓縮機(jī)的氣體流道區(qū)域一般進(jìn)行防腐和防結(jié)垢處理，其涂層結(jié)構(gòu)如2.5節(jié)所述。通常離心壓縮機(jī)的耐腐層和軸流壓縮機(jī)的耐侵蝕層均采取熱噴涂工藝涂覆。在惡劣的服役條件下，因沖蝕、磨損和腐蝕造成防護(hù)涂層老化或脫落而失效，從而影響基體材料的性能，必須重新涂鍍。涂層的形式、施用方法以及涂鍍區(qū)域通常由用戶規(guī)定。當(dāng)在現(xiàn)有部件重新涂鍍時(shí)，必須清除掉以前的涂層材料。若選擇的涂層或工藝不當(dāng)可能導(dǎo)致涂層快速失效，同時(shí)降低已涂鍍的零部件的基體材料性能。因此，在涂鍍實(shí)施之前，應(yīng)進(jìn)行周密的工程技術(shù)評(píng)審。對(duì)于狹窄的氣體通道，需要評(píng)價(jià)涂層厚度對(duì)性能的影響。旋轉(zhuǎn)部件在施加涂層前后均要進(jìn)行轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)。涂層工廠應(yīng)提供兼容性的修補(bǔ)材料和使用指南，以修復(fù)平衡過(guò)程中因?yàn)閾p壞或去除金屬的涂層。另外，施加的涂層應(yīng)符合質(zhì)量制造計(jì)劃要求。

3.4 其它部件修復(fù)

軸承表面經(jīng)常受到損傷，如劃痕、腐蝕、裂紋、汽蝕、擦傷以及絲絨等問(wèn)題，其解決方案一般都是更換軸瓦，過(guò)濾潤(rùn)滑油，清洗和沖刷整個(gè)軸承總成和油箱。

迷宮密封“J”型氣封條可以通過(guò)矯直的方法進(jìn)行修復(fù)，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行更換。整體密封齒通常經(jīng)重新機(jī)械加工后，尺寸變小，要安裝與其相應(yīng)的配合密封，或采用補(bǔ)焊方法進(jìn)行密封齒修復(fù)。對(duì)于軸套、平衡鼓、墊片和鉚釘?shù)?，雖然在修復(fù)技術(shù)上是可行的，但更經(jīng)濟(jì)的作法是更換一個(gè)新件。

4 結(jié)論

隨著透平壓縮機(jī)械使用范圍的擴(kuò)大化，轉(zhuǎn)子部件在苛刻的服役環(huán)境下面臨磨損、腐蝕和斷裂等失效風(fēng)險(xiǎn)也不斷加大，一旦失效，只能采取更換新部件或進(jìn)行轉(zhuǎn)子修復(fù)。更換新部件，不僅增加材料成本，而且待件時(shí)間長(zhǎng)，影響機(jī)組的長(zhǎng)周期運(yùn)行，造成更大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，在滿足機(jī)組正常工作的前提下，采取合適的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)子修復(fù)，具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。API 687標(biāo)準(zhǔn)明確了轉(zhuǎn)子修復(fù)操作規(guī)范，為透平壓縮機(jī)械轉(zhuǎn)子部件的維修提供更多的指導(dǎo)。國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)應(yīng)該認(rèn)真消化、吸收，并積極采用該標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)其標(biāo)準(zhǔn)“本土化”，必將促進(jìn)整個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)水平的提升和標(biāo)準(zhǔn)的完善。除了API 687標(biāo)準(zhǔn)中介紹的多種修復(fù)工藝，隨著材料質(zhì)量的提高、工藝研究的深入以及新技術(shù)的應(yīng)用可以進(jìn)行更高質(zhì)量的修復(fù)，應(yīng)該開(kāi)拓更多的先進(jìn)技術(shù)用于轉(zhuǎn)子修復(fù)，如激光熔覆等。

[1]API Recommended Practice 687.Rotor repair.American Petroleum Institute,Washington D.C.2014.

[2]API Standard 617.Axial and Centrifugal Compressors and Expander-compressors.American Petroleum Institute,Washington D.C.2014.

[3]劉超峰.壓縮機(jī)傳動(dòng)零部件表面損傷的覆層修復(fù)[J].通用機(jī)械,2010(3):43-46.

[4]馬亞洲,楊銀良,劉超鋒.壓縮機(jī)金屬零部件失效的熱噴涂修復(fù)[J].通用機(jī)械,2008(11):74-75.

[5]張璞,王弛.離心式通風(fēng)機(jī)葉輪的耐磨與防腐應(yīng)用[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),2003(1):25-26.

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針對(duì)透平機(jī)械轉(zhuǎn)子部件在惡劣的服役環(huán)境下出現(xiàn)的磨損和腐蝕等失效問(wèn)題，美國(guó)石油協(xié)會(huì)（API）制定了轉(zhuǎn)子修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)（API 687）。API修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)雖然只有十幾年的歷史，但是在透平機(jī)械轉(zhuǎn)子修復(fù)方面具有重大的現(xiàn)實(shí)意義，目前國(guó)內(nèi)很多企業(yè)對(duì)轉(zhuǎn)子修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)還缺乏正確和深入的認(rèn)識(shí)。本文介紹了API 687涵蓋的各種修復(fù)技術(shù)，并論述了典型壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)的操作規(guī)范，以便于用戶在選擇修復(fù)工藝時(shí)提供技術(shù)指導(dǎo)，推動(dòng)我國(guó)相關(guān)企業(yè)在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子修復(fù)方面的技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)化工作，滿足客戶和市場(chǎng)對(duì)產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)要求。

API 687；修復(fù)；轉(zhuǎn)子；壓縮機(jī)

Rotor Repair for Typical Compressor Based API687Standard

Zhang Lin,Deng De-wei,Sun Qi,Yue Meng/ Shenyang BlowerWorksGroup Co.,Ltd.
Deng De-wei/School of Materials Science and Technology,Da lian University of Technology

Abstract：To address the wear and corrosion failure problems of turbomachinery rotor serving in harsh environments,the American Petroleum Institute(API)has developed a standard for rotor repair:API 687.This API repair standard was proposed more than 10 years, but it shows great practical significance in terms of turbo machinery rotor repair.At present,many domestic enterprises still lack a proper and sufficiently in-depth understanding to apply the standard.In order to provide technical guidance in the selection of repair technology,this paper describes various repair techniques within API 687,and discusses the operation specifications of rotor repair for typical compressors.This work will be helpful to promote the technical specifications and standardization of work in terms of compressor rotor repair,and to meet customer and market requirements for standard products.

API 687;repair;rotor; compressor

TH452;TK05

A

1006-8155（2016）03-0072-06

10.16492/j.fjjs.2016.03.0128

國(guó)家973項(xiàng)目（2011CB013402）；遼寧省自然科學(xué)基金（2014028002）；遼寧省科技創(chuàng)新重大專項(xiàng)（201303002）；遼寧重大裝備制造協(xié)同創(chuàng)新中心；沈鼓-大工重大科研發(fā)展基金；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金資助項(xiàng)目。

*鄧德偉/大連理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

2015-11-05遼寧沈陽(yáng)110869