某船用汽輪機(jī)組圍帶進(jìn)汽邊局部碰擦問(wèn)題分析與處理

曹 輝，胡繼敏，靳 軍

（1. 海軍駐上海江南造船（集團(tuán)）有限責(zé)任公司軍事代表室，上海 201913；2.上海船舶設(shè)備研究所，上海 200031）

0 引言

某船用汽輪機(jī)在中、低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行穩(wěn)定，機(jī)組各熱力參數(shù)正常，振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)正常，隨后進(jìn)行了停機(jī)惰走，惰走時(shí)間正常，盤(pán)車(chē)工作正常。之后開(kāi)機(jī)，逐漸升轉(zhuǎn)速至額定轉(zhuǎn)速，完成振動(dòng)測(cè)試后，進(jìn)行惰走試驗(yàn)。期間汽輪機(jī)后軸承回油溫度明顯偏高，其他各參數(shù)正常，惰走試驗(yàn)時(shí)間偏短，停機(jī)后開(kāi)啟盤(pán)車(chē)裝置對(duì)機(jī)組進(jìn)行盤(pán)車(chē)，但此時(shí)已無(wú)法盤(pán)動(dòng)。由此可斷定轉(zhuǎn)子與靜子出現(xiàn)碰擦、卡澀?，F(xiàn)場(chǎng)拆除盤(pán)車(chē)裝置后進(jìn)行手動(dòng)盤(pán)車(chē)，并對(duì)機(jī)組前軸承座進(jìn)行了拆檢，隨后對(duì)汽缸、汽輪機(jī)后軸承、減速器上蓋進(jìn)行了拆檢，發(fā)現(xiàn)圍帶進(jìn)汽邊出現(xiàn)了局部碰擦問(wèn)題[1-3]。

1 問(wèn)題描述

首先，復(fù)速第二級(jí)圍帶與轉(zhuǎn)向?qū)~環(huán)有碰擦，圍帶上有2條明顯碰磨痕跡，如圖1所示。

圖1 復(fù)速第二級(jí)圍帶

其次，壓力第二級(jí)圍帶與隔板有碰擦，圍帶上有3處嚴(yán)重?fù)p壞，如圖2所示。

圖2 壓力第二級(jí)圍帶

另外，還發(fā)現(xiàn)汽輪機(jī)壓力第一級(jí)圍帶與隔板有輕微碰擦，壓力級(jí)上無(wú)痕跡，隔板上半內(nèi)圈焊縫處有輕微痕跡，且壓力第一級(jí)圍帶上一個(gè)鉚接型孔處有一條小裂紋。

2 問(wèn)題的分析及處理

文章主要從設(shè)計(jì)、制造和總裝 3個(gè)方面來(lái)對(duì)該碰擦問(wèn)題進(jìn)行分析。

2.1 設(shè)計(jì)

汽輪機(jī)通流動(dòng)靜部分發(fā)生了磨擦，因此，首先對(duì)汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了仔細(xì)檢查與核對(duì)，檢查后發(fā)現(xiàn)：通流部分各零件設(shè)計(jì)尺寸、通流間隙要求等均設(shè)計(jì)合理，可保證機(jī)組安全運(yùn)行，不會(huì)使機(jī)組運(yùn)行時(shí)動(dòng)靜產(chǎn)生碰擦。

同時(shí)，采用有限元方法對(duì)所設(shè)計(jì)的圍帶與葉片鉚接進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)設(shè)計(jì)條件，復(fù)速級(jí)第二級(jí)圍帶鉚釘頭高度約2 mm，鉚釘邊緣厚度約1 mm，鉚釘與鉚釘孔間隙為0.15 mm到0.35 mm，計(jì)算中取最大間隙0.35 mm，計(jì)算轉(zhuǎn)速取115%額定轉(zhuǎn)速。計(jì)算結(jié)果如圖3所示。

圖3 設(shè)計(jì)條件下鉚釘強(qiáng)度計(jì)算

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知：設(shè)計(jì)條件下，鉚釘最大應(yīng)力為497.3 MPa，最大應(yīng)力位于鉚釘進(jìn)汽側(cè)倒圓處，鉚釘平均截面應(yīng)為25 MPa；圍帶最大應(yīng)力為204 MPa，圍帶的最大位移為0.048 mm，位于進(jìn)汽邊處，表明圍帶的鉚接設(shè)計(jì)滿足強(qiáng)度要求。

2.2 制造

在排除了設(shè)計(jì)問(wèn)題的基礎(chǔ)上，詳細(xì)檢查了制造方面的問(wèn)題。通過(guò)開(kāi)缸對(duì)通流部分各零件的檢查和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)隔板制造和圍帶裝配存在制造誤差，導(dǎo)致了此次故障的發(fā)生。

2.2.1 隔板制造

現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)開(kāi)缸對(duì)通流部分各零件的檢查和測(cè)量，發(fā)現(xiàn)隔板汽封圈內(nèi)圈焊縫高度不一致，部分焊縫高度達(dá)到了約10 mm（見(jiàn)圖4），而設(shè)計(jì)焊縫高度為5 mm，實(shí)際高度超出了設(shè)計(jì)要求。

由于隔板汽封圈內(nèi)圈部分焊縫高度超出了設(shè)計(jì)值，就會(huì)造成轉(zhuǎn)子圍帶和隔板焊縫之間間隙的減小，從而存在動(dòng)靜部分碰擦的隱患，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)引起動(dòng)靜部分之間的碰擦。

圖4 隔板焊縫

2.2.2 圍帶裝配

圍帶裂紋是由于圍帶鉚接后產(chǎn)生的沖擊裂紋，沖鉚后探傷檢查未發(fā)現(xiàn)，在試驗(yàn)運(yùn)行過(guò)程中高轉(zhuǎn)速、高溫、高壓產(chǎn)生了高離心力擴(kuò)展了該裂紋。

2.3 總裝

檢查零件的同時(shí)，技術(shù)人員也對(duì)總裝過(guò)程記錄進(jìn)行了仔細(xì)檢查，檢查后發(fā)現(xiàn)各零件裝配及間隙均符合要求，所有通流間隙尺寸也在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，總裝符合要求。

3 處理措施與試驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)上述原因分析，特制訂了以下處理措施：1）檢查機(jī)組所有隔板汽封圈內(nèi)圈焊縫高度，并按圖紙要求進(jìn)行處理；2）檢查機(jī)組轉(zhuǎn)子上所有葉片與圍帶的間隙，如超差較大則按相關(guān)質(zhì)量管理流程進(jìn)行處理；3）如果機(jī)組圍帶有裂紋，則更換圍帶及相關(guān)葉片；4）對(duì)機(jī)組其他所有動(dòng)葉圍帶進(jìn)行探傷，如發(fā)現(xiàn)不合格，則更換圍帶及相關(guān)葉片，重新做動(dòng)平衡；5）機(jī)組進(jìn)行復(fù)裝后重新進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

在完成隔汽封圈內(nèi)焊縫處理、更換圍帶葉片后，機(jī)組復(fù)裝并重新進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：機(jī)組在額定轉(zhuǎn)速工況下運(yùn)行平穩(wěn)、正常，停機(jī)后，盤(pán)車(chē)正常，故障消除。

4 結(jié)論

該汽輪機(jī)圍帶進(jìn)汽邊局部碰擦問(wèn)題主要是由于制造過(guò)程中存在誤差造成的。通過(guò)原因分析，可以得出以下結(jié)論：1）隔板汽封圈內(nèi)圈的部分焊縫高度超出設(shè)計(jì)值，使兩者之間動(dòng)靜間隙減小，由于后軸承燒毀后振動(dòng)，從而導(dǎo)致了壓力第二級(jí)圍帶與隔板發(fā)生了碰擦、損壞；2）汽輪機(jī)壓力第一級(jí)圍帶與隔板焊縫有輕微碰擦的原因主要是隔板汽封圈內(nèi)圈的部分焊縫高度超出設(shè)計(jì)值，導(dǎo)致動(dòng)靜間隙減小，在高轉(zhuǎn)速下出現(xiàn)輕微碰擦；3汽輪機(jī)壓力第一級(jí)圍帶上出現(xiàn)的1條小裂紋為鉚接是沖擊應(yīng)力引發(fā)裂紋。

通過(guò)更換葉片圍帶以及加工處理超差的焊縫高度后，機(jī)組復(fù)裝，驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果表明機(jī)組運(yùn)行及盤(pán)車(chē)正常，故障消除。