燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面誤差分析及解決方法

王帥

摘 要 隨著我國經(jīng)濟(jì)、科技的快速發(fā)展，為優(yōu)化燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)際應(yīng)用過程中的中分面密封問題，提高產(chǎn)品質(zhì)量，提升資源利用效率，需要在燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面分析漏氣所產(chǎn)生的原因，從源頭上進(jìn)行遏制，本文通過對燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面加工方式方法進(jìn)一步分析和研究，以期能夠有效保證燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面的技術(shù)水平達(dá)到要求，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行，確保燃?xì)廨啓C(jī)的安裝質(zhì)量，為類似產(chǎn)品的中分面加工提供有效參考依據(jù)，為企業(yè)發(fā)展帶來更好的前景。

關(guān)鍵詞 燃?xì)廨啓C(jī)缸體 中分面 分面漏氣

中圖分類號(hào)：TU996 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0745（2022）02-0055-03

1 前言

本文針對燃汽輪機(jī)缸體進(jìn)行漏氣原因的分析，主要以某公司為例來進(jìn)行中小型燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面加工的分析和對策研究，該公司的工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)是從俄羅斯引進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)團(tuán)隊(duì)，研發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的中小型燃?xì)廨啓C(jī)，型號(hào)為LGT—010采用離心式壓氣機(jī)，壓氣機(jī)的前軸連接同步發(fā)電機(jī)，回?zé)崞魑挥谌紮C(jī)出口擴(kuò)散器之后。燃機(jī)排出的熱燃?xì)庵苯舆M(jìn)入氣體—?dú)怏w換熱器（回?zé)崞鳎┡c壓氣機(jī)出口空氣進(jìn)行能量交換，從熱燃?xì)庵薪粨Q到空氣中的能量隨空氣進(jìn)入燃燒室參與到燃機(jī)的布雷頓循環(huán)中，最終提高燃機(jī)的效率。在回?zé)崞骱?，熱燃?xì)膺M(jìn)入余熱鍋爐，產(chǎn)生蒸汽供給用戶。在ISO03977—2條件下，LGT—010的發(fā)電機(jī)組額定輸出功率為12000kw，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)子額定轉(zhuǎn)速為6000rpm，排氣流量為50kg/s，回?zé)崞髋艢鉁囟葹?00℃。這樣的燃汽輪機(jī)缸體整體輸出功率和額定工況是存在一定范圍的，在長時(shí)間的使用下，如果超出范圍或達(dá)到最大輸出功率后會(huì)容易引發(fā)漏氣問題，為相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行帶來較大的安全隱患，對機(jī)組的熱效率也產(chǎn)生了影響。因此，如何優(yōu)化缸體中分面的密封尤為重要，中分面的密封狀態(tài)優(yōu)良能有效提高燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率，有利于機(jī)器的長期運(yùn)轉(zhuǎn)。[1]

2 燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面主要加工參數(shù)

本文分析的燃?xì)廨啓C(jī)缸體最大高度為920mm，最大寬度為1400mm，中分面要求平面度為0.03mm，表面粗糙度為Ra1.6μm。合缸后，自由狀態(tài)水平中分面間隙不大于0.05mm，把緊1/3螺栓后，水平中分面間隙不大于0.03mm。汽缸各內(nèi)孔中心對汽缸水平中分面位置度不大于0.20mm。水平中分面螺栓孔相對中分面的垂直度為0.05mm。燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面狀態(tài)如圖1。

3 燃汽輪機(jī)缸體中分面漏氣的原因分析

3.1 中分面行位精度及表面粗糙度未滿足技術(shù)要求

燃?xì)廨啓C(jī)缸體的加工工藝路線為：（1）劃線→（2）整體粗加工→（3）劃線→（4）鏜序（中分面留0.5mm余量半精加工、把合孔、立車找正基準(zhǔn)）→（5）第一次上下半把合→（6）立車半精加工→（7）拆瓣→（8）鏜序（精加工中分面、精加工銷孔）→（9）第二次上下半把合→（10）立車精加工→（11）拆瓣→（12）鏜序（精加工剩余工序）→（13）修整，檢驗(yàn)。

中分面采用160數(shù)控臥式鏜銑床進(jìn)行加工，加工過程中可能存在裝夾原因?qū)е碌墓ぜ冃吻闆r，加工時(shí)由于機(jī)床自身精度誤差，刀具的磨損及工藝系統(tǒng)變形引起的誤差等原因?qū)е轮蟹置婕庸ず蟮钠矫娑燃氨砻娲植诙炔粷M足工藝技術(shù)要求，導(dǎo)致中分面密封效果無法達(dá)到工藝技術(shù)要求。

3.2 緊固螺栓布置不合理

螺栓位置不合理、不恰當(dāng)、不緊固會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)缸體發(fā)生中分面泄露現(xiàn)象，透平缸體與契合面維持垂直狀態(tài)，同時(shí)，水平方向上各個(gè)螺栓孔也可能存在錯(cuò)位現(xiàn)象，間距偏大，無法準(zhǔn)確咬合，均會(huì)導(dǎo)致燃?xì)廨啓C(jī)缸體運(yùn)行過程中中分面漏氣。

3.3 緊固螺栓預(yù)緊力不足

燃?xì)廨啓C(jī)漏氣現(xiàn)象在緊固過程中由于操作位置設(shè)置不當(dāng)、空間不足、轉(zhuǎn)動(dòng)幅度較小導(dǎo)致預(yù)緊力缺失，及時(shí)結(jié)合扳手和大錘敲緊、固定，也難以達(dá)到理想效果，會(huì)導(dǎo)致螺栓松動(dòng)、變形。

3.4 燃?xì)廨啓C(jī)缸體變形

燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面漏氣現(xiàn)象在殼體變形的情況下會(huì)形成一個(gè)底部完全無支撐作用的水平燃燒室，它的質(zhì)量完全由壓力缸所承擔(dān)，此時(shí)重量還在不斷累加，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)壓氣機(jī)的排汽缸受到過重壓力而產(chǎn)生扭矩，扭距最大點(diǎn)就是壓氣機(jī)排氣缸的拐角處。在高強(qiáng)度壓力的情況下進(jìn)一步導(dǎo)致燃燒室內(nèi)空氣溫度攀升，高溫和外力的作用下引發(fā)殼體變形，為盡可能地修復(fù)殼體變形狀況，明確殼體變形尺寸，需要用塞尺進(jìn)行中分面內(nèi)側(cè)間隙的測量，將壓氣機(jī)、排氣缸劃分為有螺栓和沒有螺栓的情況，如果最大間隙點(diǎn)能用0.1厚度的塞尺進(jìn)行測量，那么此時(shí)排氣測中最大間隙點(diǎn)就能夠用0.05mm的塞尺進(jìn)行15mm的測量。其次，需要利用紅丹來查看上下缸體間的接觸面積，設(shè)置定位，檢查紅丹分布情況，檢查結(jié)果一般為紅丹覆蓋面積約30%左右。還可以采用中分面上壓鉛絲的方法來測量缸體變形率，在下半缸缸體上分別放置于螺栓孔內(nèi)側(cè)0.5mm的鉛絲，并將上半缸與下半缸緊密扣合，拆分螺栓，調(diào)離缸體，查看鉛絲厚度變形情況，測量結(jié)果與缸體變形情況相符。最后，可以采用百分表測量中分面跳動(dòng)情況，缸體上會(huì)安裝1500mm長的移動(dòng)銑床，此時(shí)應(yīng)以鋼鐵為變形區(qū)域作為參考基準(zhǔn)找平移動(dòng)銑床，并把百分表固定，測量漏氣部分中分面的跳動(dòng)情況，測量結(jié)果與數(shù)據(jù)測量表進(jìn)行對比，可以發(fā)現(xiàn)螺栓的預(yù)緊力明顯不足時(shí)會(huì)導(dǎo)致漏氣現(xiàn)象在缸體中發(fā)生明顯變形，同時(shí)上下缸之間存在一定的間隙，由于預(yù)緊力的差異對泄露風(fēng)險(xiǎn)存在較大的問題，需要從變形力、預(yù)緊力大小、溫度變化這幾方面入手，充分分析缸體變形的原因，使用相對應(yīng)的解決措施，延長設(shè)備使用壽命。

4 燃汽輪機(jī)缸體中分面漏氣的對策分析

1.通過工藝手段確保中分面的行位精度及表面粗糙度。

（1）對機(jī)床的幾何精度進(jìn)行檢測，中分面加工所需的鏜床主軸實(shí)際伸出長度在Y/Z平面內(nèi)的幾何誤差直接影響中分面的平面度及表面粗糙度公差。主軸在X軸導(dǎo)軌上的移動(dòng)誤差直接影響中分面的平面度及表面粗糙度公差。需要對其進(jìn)行檢測調(diào)整，裝夾工件前采用1000mm×1000mm的大理石檢測機(jī)床的精度，要求Y/Z垂直1米長偏差小于等于0.03mm。X/Z的垂直1米長偏差小于等于0.03mm。Y/Z軸反向間隙小于等于0.01mm。

（2）采用直徑為250mm的可轉(zhuǎn)位平面精銑刀對中分面進(jìn)行加工。該刀具的特點(diǎn)為裝夾修光刃精銑刀片，其獨(dú)特的刀尖設(shè)計(jì)，刃口鋒利，切削阻力小，有效減少刀具的振動(dòng)。刀片表面經(jīng)特殊處理，減小切削在前刀面上粘結(jié)的可能性，斷屑性能優(yōu)良。刀片重復(fù)定位精度高，可轉(zhuǎn)位平面精銑刀與鏜床主軸刀柄相配套，提高刀具的抗震性，進(jìn)一步保證加工質(zhì)量。

（3）工藝系統(tǒng)受力變形引起的誤差主要以刀具熱變形產(chǎn)生一定的影響，通過機(jī)床安裝切削冷卻系統(tǒng)來降低刀具熱變形產(chǎn)生的影響。

（4）加工中分面時(shí)工件的裝夾方式采用三點(diǎn)支持，下承上壓的裝夾方式。支撐墊鐵的強(qiáng)度及裝夾位置的選用，對中分面的加工會(huì)產(chǎn)生一定的應(yīng)力變形影響。

2.燃?xì)廨啓C(jī)上下半缸體進(jìn)行合缸模擬試驗(yàn)。首先，確認(rèn)自由狀態(tài)合缸情況下中分面間隙情況，采用塞尺進(jìn)行測量，確認(rèn)是否符合自由狀態(tài)中分面間隙小于0.05mm。其次，檢測螺栓強(qiáng)力拉緊后的中分面接合情況。采用塞尺檢查中分面間隙是否小于0.03mm。在此基礎(chǔ)上，增加中分面紅藍(lán)實(shí)驗(yàn)（圖2），將燃?xì)廨啓C(jī)上下半缸體中分面分別均勻涂抹紅色和藍(lán)色試劑，將上下半缸體通過螺栓把合緊固后，燃?xì)廨啓C(jī)上下半缸體中分面上的紅色試劑和藍(lán)色試劑會(huì)發(fā)生顏色反應(yīng)，拆瓣后通過觀察燃?xì)廨啓C(jī)中分面的顏色變化情況，確認(rèn)燃?xì)廨啓C(jī)中分面把合狀態(tài)時(shí)的中分面接觸范圍。根據(jù)上下半缸體緊固把合狀態(tài)下中分面間隙的檢測，和中分面紅藍(lán)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，確定中分面的平面度，如中分面間隙超差，且誤差較小時(shí)，可以通過手工研磨修復(fù)平面度，如中分面間隙過大則需上機(jī)床返修。

3.更換排氣缸體。目前，為提高燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面泄露問題的解決效果，咨詢了設(shè)備原采購場地公司，建議更換整個(gè)壓氣機(jī)排氣缸體，能夠暫時(shí)解決泄露問題，但無法從根本上消除，還是會(huì)存在一定的安全隱患[2]。

4.帶壓堵漏。帶壓堵漏是目前處理缸體漏氣問題的一種較為有效的方式，在應(yīng)用過程中主要根據(jù)缸體中分面泄露的大小來加工一條注膠槽，并在注膠槽上鉆注膠孔，讓注膠孔與注膠槽相連，安裝注膠閥，能夠通過注膠閥與注膠孔之間的密切結(jié)合，致使上下杠之間的縫隙達(dá)到填滿、密封的效果。如果在運(yùn)行過程中出現(xiàn)泄漏問題后再進(jìn)行補(bǔ)膠，這種方法能夠有效避免中分面泄露問題所造成的影響和變形危害，經(jīng)過現(xiàn)場確認(rèn)、帶壓堵漏的解決方式在實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)過程中會(huì)影響缸體強(qiáng)度，并且會(huì)由于空間不足而很難進(jìn)行大面積實(shí)施與操作，使用范圍較窄。

5.中分面加密封條。燃汽輪機(jī)缸體在落實(shí)中分面加密封條解決漏氣問題的措施時(shí)，需要將密封條完好地放置在密封槽內(nèi)，并且直徑要比密封槽的深度大，能夠有效通過密封條的變形和壓實(shí)作用來達(dá)到密封的效果，同時(shí)每個(gè)密封條中還配有彈簧，有效應(yīng)對上下缸之間不同位置的壓縮變形情況。根據(jù)實(shí)際變形情況進(jìn)行契合，抵抗變形的能力和密封效果都會(huì)更佳。密封條加固的原理和帶壓堵漏的原理一樣，都能夠有效減少變形和預(yù)緊力不足所造成的危害，不需要在缸體上進(jìn)行鉆孔，整體實(shí)施和運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)較低，但加工密度較高，需要測量上下缸體凹槽的寬度，才能夠選擇合適的密封條深度，實(shí)現(xiàn)更為緊密的契合作用，但長時(shí)間應(yīng)用的密封條會(huì)存在輕微未加工部位的漏氣現(xiàn)象，但這種現(xiàn)象的制約因素較小，適用于長期應(yīng)用。

5 總結(jié)

通過針對燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面漏氣問題原因和解決措施的分析，能夠有效根據(jù)上下缸體的不同異常情況，采取合適的解決措施來提高燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面的密封性能，保證燃?xì)廨啓C(jī)的安裝質(zhì)量，延長設(shè)備的使用壽命，為整體生產(chǎn)帶來更好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)也為類似產(chǎn)品的中分面加工提供有效參考依據(jù)，為企業(yè)發(fā)展帶來更好的前景。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陳忠偉.燃?xì)廨啓C(jī)缸體中分面漏氣原因分析及對策[J].氮肥技術(shù)，2014，35（06）：3.

[2] 王又武.S109FA單軸機(jī)組汽輪機(jī)高中壓缸中分面漏汽應(yīng)急處理措施[J].燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電技術(shù)，2010，12（01）：38-39，49.