膨脹機(jī)噴嘴機(jī)構(gòu)裝配檢修質(zhì)量的控制

李鵬，王興偉

（沈陽鼓風(fēng)機(jī)集團(tuán)股份份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

2013年用戶停機(jī)檢修，發(fā)現(xiàn)尾氣膨脹機(jī)1級(jí)、2級(jí)噴嘴導(dǎo)葉（因氣流沖刷腐蝕）出口處明顯減薄缺損，導(dǎo)葉尾部厚度由原2.5mm降低到1.1mm左右，已出現(xiàn)對(duì)氣體流動(dòng)及效率產(chǎn)生影響。至此為保證膨脹機(jī)高效運(yùn)行,需對(duì)該機(jī)體蝸殼解體，將噴嘴機(jī)構(gòu)拆下進(jìn)行解體，對(duì)噴嘴導(dǎo)葉進(jìn)行測(cè)繪、設(shè)計(jì)，重新制造噴嘴導(dǎo)葉及裝配，并保證各噴嘴導(dǎo)葉的各部間隙符合原設(shè)計(jì)技術(shù)要求，且轉(zhuǎn)動(dòng)靈活。

該膨脹機(jī)是利用工藝尾氣來推動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)，經(jīng)過1級(jí)、2級(jí)的小齒輪軸帶動(dòng)大齒輪旋轉(zhuǎn)，將輸出功率傳遞到電機(jī)軸上，從而減少電機(jī)的輸出功率起到節(jié)能的作用。由于該機(jī)型結(jié)構(gòu)的特性，根據(jù)氣體的流量和壓力等相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)而成的。它是由兩個(gè)半式葉輪并分成2段的（即高速軸、低速軸）組成（并由每個(gè)葉輪配成一個(gè)氣體冷卻器），形成2段的氣體膨脹流程的膨脹機(jī)。

圖1 膨脹機(jī)入口調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)裝置總圖

從膨脹機(jī)氣動(dòng)流動(dòng)方向結(jié)構(gòu)圖（圖1）上看，它將汽輪機(jī)的工藝管道的反應(yīng)尾氣由膨脹機(jī)一級(jí)徑向進(jìn)氣，途徑一級(jí)可調(diào)式擴(kuò)壓器，將氣體帶入旋轉(zhuǎn)的葉輪中，使氣體瞬間膨脹，送入下游工藝管道或排放大氣中。同時(shí)，將另一路汽輪機(jī)的工藝管道的蒸汽尾氣由膨脹機(jī)二級(jí)徑向進(jìn)氣，途徑二級(jí)可調(diào)式擴(kuò)壓器，將氣體帶入旋轉(zhuǎn)的葉輪中，使氣體瞬間膨脹，送入下游工藝管道或排放大氣中。

膨脹機(jī)與電機(jī)用膜盤聯(lián)軸器聯(lián)接，并作為原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)。膨脹機(jī)與電機(jī)安裝在同一鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上；葉輪與蝸殼的軸端密封采用碳環(huán)材質(zhì)的密封元件進(jìn)行密封。整個(gè)機(jī)組采用潤(rùn)滑聯(lián)合油站供油，其布置在一層基礎(chǔ)上。即膨脹機(jī)的運(yùn)行裝置是由電機(jī)+膨脹機(jī)（機(jī)組型號(hào)：VK-2⒊ 4EX2）組成的，膨脹機(jī)運(yùn)行的參數(shù)如下：

①使用介質(zhì)：工藝反應(yīng)尾氣(氮?dú)?6%、氧氣＜4%、微量溴離子、冰醋酸)。

②介質(zhì)溫度：110～170℃。

③許用壓力：0.8～1.3MPa。

由于膨脹機(jī)工作原理的性質(zhì)，且它與離心壓縮機(jī)原理正好相反，其所應(yīng)用領(lǐng)域是利用工業(yè)反應(yīng)尾氣來實(shí)現(xiàn)機(jī)組的動(dòng)力源，以達(dá)到機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的特殊性。所以該類型機(jī)組檢修測(cè)繪、設(shè)計(jì)時(shí)要對(duì)各部零件尺寸及相關(guān)的參數(shù)、裝配尺寸要求進(jìn)行分析，制定出檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，為后續(xù)該機(jī)構(gòu)回裝提供技術(shù)支持和保證。對(duì)噴嘴結(jié)構(gòu)各部件拆檢過程質(zhì)量控制需要進(jìn)行全面的分析，制定測(cè)繪、設(shè)計(jì)、檢修、回裝工藝步驟。

1 拆檢噴嘴支架部分

在對(duì)機(jī)組中一二級(jí)蝸殼與支架拆檢時(shí)，首先，要拆蝸殼端法蘭；其次，再拆卸支架。在支架拆卸時(shí)要注意支架定位端面與蝸殼端面的圓周平面尺寸δ（這個(gè)尺寸是要為后續(xù)回裝時(shí)，檢驗(yàn)支架定位止口和端面是否裝配到原尺寸要求），其是否符合設(shè)計(jì)要求。拆下支架后要測(cè)量蝸殼定位止口端面到噴嘴側(cè)板端面尺寸H（多測(cè)量圓周端面幾點(diǎn)，檢驗(yàn)圓周誤差值有多少）。

2 拆噴嘴導(dǎo)葉部分

2.1 測(cè)量導(dǎo)葉各部尺寸及形位公差及要求

對(duì)拆下來的導(dǎo)葉進(jìn)行編號(hào)、制表登記。經(jīng)對(duì)導(dǎo)葉零件各部位的檢查（目視和設(shè)備測(cè)量型線的檢查），發(fā)現(xiàn)每個(gè)噴嘴結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)葉都存在不同質(zhì)量的磨損。即：尾氣膨脹機(jī)噴嘴導(dǎo)葉1級(jí)、2級(jí)（因氣流沖刷腐蝕）噴嘴導(dǎo)葉出口處明顯減薄缺損（共計(jì)42個(gè)），厚度由原2.5mm降低到1.1mm左右，已出現(xiàn)對(duì)氣體流動(dòng)及效率產(chǎn)生影響。

基于上述所檢測(cè)結(jié)果，結(jié)合用戶所提供的該設(shè)備噴嘴導(dǎo)葉有限資料進(jìn)行分析。采用了噴嘴導(dǎo)葉逆向設(shè)計(jì)工作和技術(shù)指標(biāo)要求。具體工作如下。

（1）利用德國(guó)蔡司三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x進(jìn)行接觸式測(cè)量。

（2）此噴嘴導(dǎo)葉不屬于二維扭曲葉形，因此在測(cè)量時(shí)選取磨損最小的噴嘴的最優(yōu)截面作為測(cè)量基準(zhǔn)，完成三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x取點(diǎn)工作，設(shè)計(jì)制造圖紙。

（3）噴嘴材質(zhì)：FV520(B)-S2 (沈鼓葉輪和噴嘴專用材料：硬度高、耐腐蝕性好、機(jī)槭性能指標(biāo)優(yōu)良)。

（4）噴嘴導(dǎo)葉結(jié)構(gòu)及工藝。

①噴嘴導(dǎo)葉整體鍛造，數(shù)控銑制加工(非模鍛、無需模具費(fèi)用、工期短)。

②熱處理工藝滿足力學(xué)性能HB285—341。

③噴嘴導(dǎo)葉流道表面人工表面拋光達(dá)到Ra0.8，沒有涂層。

2.2 測(cè)量支架各導(dǎo)葉片孔處定位止口尺寸

在拆卸支架上的導(dǎo)葉時(shí)，要先測(cè)量導(dǎo)葉到支架端面的h及間隙X，然后再拆下導(dǎo)葉。接下來要對(duì)支架上合格導(dǎo)葉零件的端面止口進(jìn)行測(cè)量，檢測(cè)各孔止口深度到支架端面尺寸是否一致。如有誤差請(qǐng)記錄誤差值是多少（列出表格、編號(hào)），以便檢修回裝時(shí)作以參考之用。如圖3所示，同時(shí)還要對(duì)各配合孔進(jìn)行目視化的檢查，發(fā)現(xiàn)有異常和損壞的孔進(jìn)行修復(fù)。

2.3 各種型號(hào)調(diào)整墊片（表1）

表1

為滿足導(dǎo)葉和支架的軸向配合孔的裝配要求，彌補(bǔ)配合件制造軸向公差要求，特設(shè)計(jì)制作不同規(guī)格的調(diào)整墊片。

3 回裝檢查各部尺寸及調(diào)試

在回裝噴嘴導(dǎo)葉和支架、鉸鏈機(jī)構(gòu)時(shí)，對(duì)其相應(yīng)已加工的配套零件表面進(jìn)行檢查，對(duì)其表面有銹蝕、毛刺等現(xiàn)象處理，避免轉(zhuǎn)動(dòng)件旋轉(zhuǎn)時(shí)干涉，以滿足配合件的靈活。以確保裝配質(zhì)量。該噴嘴機(jī)構(gòu)裝配步驟如下。

（1）首先清理支架各部及各待裝配孔的毛刺。

（2）清理檢查各待裝的導(dǎo)葉零件上的毛刺和尺寸。

（3）試裝每個(gè)導(dǎo)葉軸與支架上每個(gè)孔的配合，要滑動(dòng)自如（做好記號(hào)）。

（4）軸向拉緊導(dǎo)葉，檢查導(dǎo)葉小于C端面與支架B端面之間的配合間隙，是否符合設(shè)計(jì)所給的間隙要求0.15～0.20mm。如果達(dá)不到間隙要求請(qǐng)?jiān)趯?dǎo)葉軸上試裝調(diào)整墊片，直至達(dá)到要求為止。如圖2所示。

圖2

（5）單獨(dú)試裝每個(gè)導(dǎo)葉鉸鏈各件，使之滑動(dòng)自如。

（6）將鉸鏈分別與導(dǎo)葉軸、驅(qū)動(dòng)環(huán)及墊圈試裝。裝配導(dǎo)葉軸上各銷釘、驅(qū)動(dòng)環(huán)螺釘銷，檢查驅(qū)動(dòng)環(huán)帶動(dòng)各導(dǎo)葉和鉸鏈的裝配靈活性。同時(shí)要確保在用戶現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試完畢后,熱態(tài)下氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)過程中沒有卡澀。全行程運(yùn)行自如（在制造廠要進(jìn)行氣動(dòng)調(diào)試）。

（7）檢查導(dǎo)葉小于外端面與支架外端面止口尺寸179.7mm；檢查每個(gè)導(dǎo)葉小于A外端面到支架B面的尺寸12.7mm。做好標(biāo)識(shí)、標(biāo)記、序號(hào)。如圖3所示。

（8）檢查裝配的導(dǎo)葉小于銷軸及鉸鏈，并對(duì)其進(jìn)行角度調(diào)整，導(dǎo)葉噴嘴最小限位間距：3.0mm,最大間距：26mm。-15°≤（膨脹機(jī)導(dǎo)葉噴嘴機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)范圍）≤ +10°

（9）同時(shí)噴嘴導(dǎo)葉在同一開度位置時(shí)，每個(gè)葉片之間距誤差不大于±0.2mm以滿足使用要求。冷態(tài)下轉(zhuǎn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿，導(dǎo)葉噴嘴及鉸鏈、驅(qū)動(dòng)環(huán)開關(guān)靈活。

（10）對(duì)上述裝配完的所有零部件拆下，清理、清洗。

（11）對(duì)回裝的所有零部件涂上潤(rùn)滑脂，按試裝時(shí)所編的序號(hào)各件進(jìn)行回裝，調(diào)整、調(diào)試。重新檢測(cè)各部尺寸及公差要求，填好裝配檢驗(yàn)報(bào)告。

圖4 噴嘴導(dǎo)葉裝配圖

4 結(jié)語

通過對(duì)上述噴嘴機(jī)構(gòu)上的各零部件回裝、調(diào)試，基本上達(dá)到原設(shè)計(jì)參數(shù)要求。即噴嘴導(dǎo)葉、鉸鏈、驅(qū)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)靈活；各相鄰噴嘴導(dǎo)葉出口端限位間距最小在3±0.2mm；最大間距26mm。噴嘴導(dǎo)葉A面到支架端面B距離12.7mm，其配合間隙在0.15～0.20mm。從這次檢修是成功的，分析原因路徑是正確的，得到用戶的認(rèn)可。

[1]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].機(jī)械工出版社.

[2]景思睿,張明遠(yuǎn).流體力學(xué)[M].西安交通大學(xué)出版社.

[3]API672.石油、化工和氣體工業(yè)用組裝型整體齒輪增速離心式空氣壓縮機(jī).

[4]JB/T6443.4-2006.石油、化學(xué)和氣體工業(yè)用軸流、離心壓縮機(jī)及膨脹機(jī)-壓縮機(jī)第4部分:膨脹機(jī)-壓縮機(jī).