设备密封结合面微变形处理方法的应用

2022.07.23

王玉国

摘? 要：设备的密封结合表面会随着运行时间增加产生一定量的微变形，这种微变形导致了设备一定程度的泄露，该文分析了设备密封结合表面的原因，接着根据变形的程度和间隙的大小，综合运用直接刮削、刷涂、喷涂、补焊和补偿余量等多种技术手段，进行了综合考虑，实现了以最小的成本和最短的时间获得最大的效益，处理紧急情况下设备运行的隐患，彻底对设备密封结合表面的问题进行了解决，这使得设备在高效、稳定、连续运行的基础上创造更大的经济效益。

关键词：微变形结合面;安全经济;刮研

中图分类号：TK267? ? ? 文献标志码：A

0 引言

设备能源部现在线运行汽轮鼓风机4台，汽轮发电机10台（含干熄焦发电机），TRT发电机4台，刚刚投产的烧结余热发电机一台。设备除刚投产的烧结余热发电机和2013年投产的2台汽轮发电机组外，其余机组投产最少5年以上。由于设备运行时间长，负荷调整频繁，并根据实际生产需要频繁启停等原因，设备各部件组合存在不同程度的泄漏。为了解决这一问题，经过认真、细致的研究讨论和实际实施效果验证分析，根据各部变形程度、环境和条件不同，采用合适的方法对症处理。

1 立项背景

该项目自2011年12月5#汽轮发电机最初发现，设备能源部所属设备经过多次检修，由于设备密封结合面微变形造成的泄漏问题，经过认真探讨和结合实际情况分析研究，制定对策逐步完善。检修安装完成后，通过考虑设备实际运行情况和运行时间，确定设备密封结合面微变形处理措施逐步完善。2014年12月4#发电机检修完成后，一次试车成功，并网发电至今，缸体中分面泄露情况得以解决。

2 总体思路

2.1 入手方向

汽缸是汽轮机断电时的安全壳。汽轮机汽缸由高低压汽缸组成，在高低压汽缸之间，汽缸的上下半部分与水平联锁装置相连。前缸采用猫爪结构建立在前轴承座上。前轴承座通过前车架固定在涡轮基础平台上，后轴承座再浇铸在一起，后缸通过导向板固定在基础上。由于燃气轮机在一个比较高的温度下运行，汽缸因高温而膨胀，但涡轮机的转子中心保持恒定并弯曲。汽轮机配有完整的滑销系统。前后缸设有水平和垂直导向板，导向板固定在前轴承座上。后汽缸导板固定在底板上。前轴承座和前座椅骨架之间有一个导向键。在热膨胀过程中，前汽缸通过猫爪沿导向键向前推动前轴承座，使中心线没有偏差。2011年11月5日以来，由于机组振动加剧，振幅已达到规定的极限值。前后汽封漏风严重，汽缸体中分面有一定程度的漏风，机组被迫停机检修。通过测量机组各项技术数据，发现机组下汽缸有移位现象，缸体与汽封体中分面存在轻微变形，机组已不能正常运行。至2014年12月，4#发电机轴封严重漏气，致使设备油中带水，影响设备的运行安全;缸体中分面密封不严泄露，轴瓦经揭缸检查发现ⅡⅢ瓦损坏严重，给机组的安全稳定运行带来隐患。

设备检修过程的主要从以下4个方面入手。1）根据设备的实际情况确认存在的具体问题。2）根据设备设计、工艺、安装及检修对所产生的问题原因进行彻底分析。3）对所分析的原因根据轻重程度进行确认，并制定处理对策和解决方案。4）将设备存在问题处理完成后，对设备运行情况进行过程控制，做好跟踪，认真总结得失，为更好地完成下次检修提供保障。

2.2 设备产生形变原因

设备缸体偏移造成的中分面变形泄露;氣缸涂层质量差，有硬杂质、砂粒或铁屑，造成气缸中分面损伤变形;由于气缸法兰螺栓拧紧力不足或未能掌握有效的拧紧方法，在高温下材料蠕变引起的应力松弛引起的可逆微变形（塑性变形）;由于设备制造过程中回火处理不充分，新机组投产一段时间后，残余铸造应力和后处理应力与温度应力相互作用，导致汽缸法兰结合面变形和泄漏;安装、检修不当造成汽缸中分面损伤微变形;运行原因造成汽缸法兰变形[1]。

2.3 主要的处理方法

主要采用方法为直接刮研法和余量补偿法处理中分面的微变形产生的泄露，耗时较短，工作量较小。电焊补焊法和刮研法适用于局部小面积微变形，余量补偿法适用于较大面积的微变形。刷涂和喷涂都可以处理，但工作量大，时间长，需要外包安排。

3 主要的技术方案

3.1 方案的主要思路

消除设备运行中可能出现的隐患是设备密封结合面微变形处理的主要目的。该项目研究以优化设计为原则，以这种原则为指导思想，在众多方案中综合考虑各种因素，来找到最佳的方案。

3.2 使用刮研技术处理

如果气缸法兰螺栓未拧紧，则根据气缸结合面颜色检查并刮除结合面。这种修复方法适用于刚性结构、体积小的气缸，一般用于高压气缸。将缸体法兰表面的所有螺栓从缸体法兰上拧下，清洗气缸接头表面，清除所有毛刺，然后拧紧气缸，用塞尺测量法兰连接面间隙，并将其记录在气缸密封性的空白表中。然后抬起上缸，在结合面上涂一层颜色，将上缸放在下缸上。上下缸可多次推磨，每次推磨20 mm～40 mm。然后取下上缸，而刮伤金属的厚度及其位置就需要使用塞尺和色标了。当刮削量大于0.5 mm时，可用电动角磨机进行磨削，当刮削量厚度在0.10 mm左右时，即采用电动磨头及刮刀细研。当使用批量加密机时，从着陆点的中间开始为了使抛光均匀，避免产生表面，球面必须用尽可能少的铁屑打磨，并在不同侧面均匀、平滑地移动。绘制中间位置时，移动加密，包括已处理的位置。使用角度加密，加载一条扁线，等待最后一个加密位置将宽度从0.05减小到-0.06 mm，即认为合格。在处理过程中，有必要定期检查样品和客厅分布的颜色状态，以及扫描均匀地进行，使整个下汽缸的颜色均匀分布。提取需要用砂硫组织，最后用油石加精细勘探[2]。

如果是中低压气缸，由于气缸面积大，刚性结构小，气缸法兰容易发生弹性变形，因此应在拧紧部分法兰螺栓的情况下进行测量。首先清洁气缸结合面，去除所有毛刺，在上气缸上涂一层颜色，将上气缸扣放在下气缸上，然后驱动气缸定位销。用塞尺测量气缸内外间隙，并将测量结果记录在草图上，然后拧紧气缸螺栓。拧紧方法如下：轴封处螺栓全部拧紧，然后每隔2个螺孔拧紧一个螺栓，采用1.2 m～2 m 扳手。再次测量汽缸法兰的间隙，将结果记录在气缸密封性的空白表中，然后松开螺栓，并将上气缸抬起。比较2次测量的结果，确定由于紧固螺栓在接合面上的作用而引起的变化值。最后，根据测量结果和塞尺颜色确定刮削的位置，但此项工作必须重复多次才能完成。如果筒体结合面变形较大，则需将上筒体倒置。先用大平尺处理上缸平面，然后以上缸为基准刮下缸。筒体刮除是一项复杂而细致的工作，但它是处理筒体结合面变形的一种完整可靠的方法。在有工作经验的师傅指导下进行。如果忽略，气缸可能会被刮掉。

3.3 使用刷涂技术处理

对于工作温度较低的低压缸，采用刷涂技术处理显得更好。为了减少刮削和搭接接头表面的工作量，可以采用刷涂技术。刷涂技术应用于厚度小于0.30 mm，黏结性比较强，如果超过0.30 mm，效率就差得多。它以圆筒为阳极，涂层工具为阴极，在圆筒结合面上反复刷镀电解液，使电解液中的金属粘附在圆筒结合面上。使用刷涂技术时，只需要刷涂工具和大量电解质。刷涂前，用砂布对筒体结合面进行打磨，再用净化活化液对结合面涂層进行清洗，即按筒体材料选用的刷液进行刷涂。刷牙后，研磨相对简单。刷涂工艺的制备和操作简单，但涂层不宜太厚，容易脱落[3]。

3.4 采用喷涂消除汽缸密封结合面微变形

也有许多电厂采用喷雾来消除汽缸结合面上的蒸汽泄漏。火焰喷涂是利用氧乙炔火焰将金属粉末加热至熔化或高塑性状态，然后喷涂在处理过的钢瓶表面的一种喷涂方法。其主要特点是设备简单，操作方便，涂层附着力强，喷涂后气缸温度仅为70℃～80℃，无变形，可获得耐热、耐磨、耐腐蚀的涂层。工作条件是工件表面应无油脂和氧化物，并具有一定的粗糙度。

3.5 采用电焊补焊的方法处理汽缸密封结合面微变形

如果通过检查气缸扣发现局部需要修复，一般采用电焊修复。高压轴封的局部变形主要发生在法兰面上。1条或2条8 mm～10 mm宽的密封条可以通过补焊进行修补，然后测量和修补钢板。工作相对简单。高压缸一般采用ZG20CrMo合金铸钢，焊接性能差，但此处补焊只是为了消除变形，所以一般采用冷焊。焊补前，将筒体表面预热至150℃左右，然后在室温下进行分段反焊或跳焊。应选择奥氏体电极，如A407和a412，并用石棉布覆盖，以便在焊接后保温和缓慢冷却。冷却至室温后，研磨并刮削。

3.6 采用余量补偿法处理汽缸密封结合面微变形

将缸体法兰表面的所有螺栓从缸体法兰上拧下来，清洗气缸接头表面，清除所有毛刺，然后拧紧气缸，用塞尺测量法兰连接表面间隙，然后抬起气缸，在底部涂上一层红丹粉，将气缸放在底部气缸上弯曲。根据测量数据和红丹粉的附着力，补偿间隙余量。宣钢现成熟技术采用的是使用100目的铜网做为余量补偿使用的材料。

4 实施效果

该项目的实施显著缩短了维修时间，提高了生产效率，同时设备密封变形小，彻底解决了设备泄漏问题，显著提高了设备的稳定性和经济性，使设备运行良好。本技术改造还适用于余热、压差发电机组、汽轮鼓风机机组等大型机械设备的安装和维护，并进一步延伸到大型电动、调节阀法兰垫片上，经铜垫片处理。

5 结语

燃气锅炉产生的蒸汽可以减少燃料气体的排放，使空气质量得到了改善，使环境得到了保护，同时，炉内广泛使用燃气和蒸汽源，可以实现能源的高效再利用、节能降耗和环境的新双赢。

参考文献

[1]王世军，李志涛，韩子锐.基于微凸体连续变形理论的结合面切向刚度模型[J]. 西安理工大学学报，2019，35（4）：401-410.

[2]孙献光，孟春晓，段田堂.两圆柱体结合面的接触热导分形模型研究[J]. 固体力学学报，2019，40（6）：552-559.