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浅谈汽缸水平结合面泄漏的处理万 辉摘要： 汽缸是汽轮机中尺寸最大，质量最重的零件，其结构复杂，在高温、高压的恶劣工况下，其水平中分面容易变形，最重导致漏汽汽缸漏汽一方面影响机组运行的经济性，另一方面严重影响机组运行的安全性处理汽缸水平结合面变形的方法有多种，要根据变形严重程度采用合适的方法关键词：汽缸 变形 处理方法1、概述汽缸可分为高压缸、中压缸和低压缸近代大功率中间再热汽轮机的蒸汽初参数一般为 16．5—25MPa 和温度为 535℃—565℃、高压缸在高温高压和蠕变条件下工作，缸壁和水平中分面法兰较厚，需用耐热合金钢铸件中压缸的进汽压力虽不高，但温度也较高，也在蠕变条件下工作．也需选用耐热合金钢铸件低压江的进汽压力在 1MPa 左右，而排汽部分则在真空条件下工作，而且体积庞大．故汽缸应有足够的刚度和稳定性，除小功率汽轮机采用铸件外，常采用焊接结构汽缸承受着缸内外气体沿轴向变化的压力差以及汽缸本身重量和管道等的作用力．还有因温度分布不均引起的热应力和变形尤其是保证高、中压缸水平中分结合面密封性的法兰和紧固螺栓结构的受力更加复杂为了改善水平中分面法兰连接的工作条件，减少壁厚和消除翘曲．在很多情况下采用双层汽缸结构更为合理。

为进一步简化内缸中分结合面法兰连接的结构并保证其汽密性．也有采用无法兰和紧固螺拴的两半筒形汽缸．以热套环在内缸外表面紧箍来保证中分结合面的汽密性最理想的汽缸是采用无中分面的整圆筒形结构，但转子、隔板和汽包的装配和检修则比较麻烦．目前使用的较少大功率机组的中、低压汽缸通过的蒸汽容积流量较大时，常采用在汽缸的中间部位进汽然后向两端分流的双流结构．以便可采用较短的末级叶片来获得较大的排汽面积现代高参数大功率中间再热机组常将单流的高压内缸和中压内缸头对头地合置在同一个外缸里，以达到结构紧凑．减少轴承数，缩短机组长度，并可平衡高、中压缸的轴向推力和合理布置汽缸的温度场，但它会使外缸的尺寸增大．通流部分的差胀复杂化在汽缸检修中较严重的缺陷是汽缸变形及裂纹，汽缸变形泄漏大多数发生在高压缸轴封两侧及靠近速度级的汽缸平面以及汽缸静重弧较大位置，因为此处温度较高，温度变化较大，在温度应力作用下，汽缸产生塑性变形而泄漏2、汽缸水平结合面检修标准汽缸水平结合面的间隙是衡量结合面的严密性的重要指标，一般汽缸结合面连接后应符合下表的要求汽缸水平结合面连接要求汽缸类别 不加涂料均匀压紧1/3螺栓时检查多缸汽轮机高压内外缸 0.03mm塞尺在汽缸内、外侧不得塞入其他类型汽轮机 0.05mm塞尺一般不得塞入,个别塞入部分不得超过结合面有效密封面宽度的1/33、汽缸变形的原因（1）汽缸涂料质量不好，有坚硬杂质砂粒或铁屑等。

由于这种原因产生的汽缸变形泄漏，在大修中当揭开汽缸大盖仔细检查时，即会发现它的印迹一般制造厂规定高压缸不涂汽缸涂料，只涂里铅粉，但从实践情况摸索，还是涂涂料效果较好目前市场上成品涂料极多，现在我们使用北京化学防腐技术开发公司的MF--3密封脂，效果比较好2）汽缸法兰螺栓紧力不足或未能掌握有效紧螺栓方法为保证汽缸运行中不泄漏，汽缸螺栓必须具备一定预紧力，必须考虑材料高温蠕变而产生的应力松弛影响，螺栓的应力应该大于法兰运行中所需最小密封应力但如一味加大螺栓预紧力也是不恰当的，这会加快螺栓材料应力松弛，并导致螺栓损坏制造厂一般规定螺栓预紧力应有的伸长范围，是以螺母旋转相应弧度来实现的，但实践证明，这往往达不到预期的目的，即螺母旋转弧度与螺栓伸长值不对应，特别在汽缸有变形的情况下，它们之间的关系不仅与汽缸变形特性、汽缸中分面间隙大小有关，而且与汽缸刚度、拧紧螺栓次序有关因此直接测量螺栓伸长值，才是监测螺栓紧力最有效的方法3）由于在设备制造过程中，回火处理不够充分，残留的铸造应力及加工后应力，在新机组投产一段时间后，与温度应力互相起作用，导致汽缸法兰接合面变形而产生泄漏4）安装、检修不当造成汽缸法兰变形。

在安装、检修过程中隔板、隔板套、汽封环等膨胀间隙太小，在运行中由于热膨胀力的作用，使汽缸及其法兰产生变形滑销系统滑销位置不正确、滑销与销槽配合间隙不正确、销及其销槽润滑不良或其中有污垢等，这些原因均会造成汽缸膨胀受阻或膨胀不畅而引起汽缸变形5）运行原因造成汽缸法兰变形汽轮机运行过程中如果受到快速加热(启动过程中汽缸内壁加热)、急剧冷却(停机降温过快，汽缸内壁受冷)或水冲击及冷汽进缸、汽轮机满水等各种恶劣工况，使热应力值大于材料的屈服强度，使汽缸变形，水平法兰结合面上出现间隙运行不当引起的汽缸变形沿汽缸轴向各截面面没有一定规律，这与温升(降)率的大小、汽缸几何形状、水平法兰结合面上螺栓的紧力等各种因素都有关如果汽缸内壁在启动中温升率过大，则汽缸内壁受到压应力，而汽缸外壁产生拉应力，应力值的大小与沿缸壁厚度、温度梯度及壁面厚度尺寸有关径向温度梯度及壁面厚度以汽缸法兰处为最大，所以法兰处最先达到屈服极限，产生永久变形，但法兰处的刚性又大于缸壁，使其变形又受到一定约束(因沿径向各点应力是不同的)．所以垂直于轴线的截固的变形情况应由应力值与刚性两个影响因素来决定一般讲：启动时由于温升率过大，最后将导致汽缸中段法兰出现内张口，汽缸两头法兰出现外张口；如停机时温降率过大，最后将导致汽缸中缸法兰出现外张口，汽缸两头法兰出现内张口。

冷水或冷汽进缸造成的变形与停机时温降率过大的趋势相似汽缸受到骤热骤冷均会出现变形，导致结合面漏汽汽缸变形同时，又会使法兰螺栓受到附加应力正常情况下，法兰螺栓受到螺栓预紧力、汽缸内由于蒸汽压力使螺栓受到的工作应力、螺栓温度与法兰温度不同受到的热应力，这三种应力的叠加，现再加上由于汽缸法兰变形使螺栓受到附加应力，如其总应力超过屈服点，将使螺栓产生塑性伸长，这样又会使法兰结合面上汽密紧力不足(相当于增加螺栓的松弛量)，加剧了漏汽4、汽缸接合面变形刮研的处理由于金属材料的高温蠕变及启动中形成热应力，造成汽缸的变形，采用修刮式补焊处理，这不能防止汽缸再次变形目前，国内有些电厂采用控制螺栓应力处理汽缸接合面变形的方法，此方法比较简便能否采用此法处理，可通过公式（1）确定δ0/L0〈A (1)式中：’δ0 为法兰中分面外缘最大间隙，mm’L0 为法兰张口长度，mmA 为与汽缸型式有关的常数，它与张口段内螺栓外径、法兰的最大惯性矩、螺栓允许的最大应力、法兰弹性模数、汽缸结构、法兰抗弯度有关但此法由于计算数据与测量手段尚不完备，因而未能大力推广，而采用其他方法目前，对汽缸变形处理方法一般有4.1、采用接合面刮研方法刮研方法有两种：（1）采用在汽缸法兰不拧紧螺栓的情况下，根据汽缸接合面颜色检查，刮研接合面。

这种修理方法适用于刚性结构而尺寸较小的汽缸，一般多用于高压缸将汽缸接合面所有螺栓都从汽缸法兰上拧下，清理汽缸接合面，将所有毛刺清理，然后扣上上汽缸，使用塞尺测量法兰接合面间隙，记于汽缸严密性的空白表格中然后将上缸吊起，在接合面涂上一层颜色，将上缸放在下缸上使上下缸往复推研几次，每次推拉约20—40mm 即可再将上缸取下，根据颜色标记和塞尺测量结果，便可确定刮去金属的厚度及位置如刮削为0.5mm以上，可先用电动角向磨光机进行砂轮研磨，当刮削量厚度在0.10mm左右时，即采用电动磨头及刮刀细研采用角向磨光机进行大面积研磨时，要从刮研地方中间开始，为了打磨均匀和避免在表面产生凹坑，应使砂轮打磨地方铁屑尽量要小，并向不同方向位置均匀而平稳地移动在刮削了中间位置后，向周围移动磨研，包括已经加工过的位置在使用角向磨光机研磨的同时，应用平尺及塞尺检查，如果最后打磨位置需刮削的厚度有0.05---0.06mm，即认为合格在加工过程中，需要定期扣缸检查塞尺及颜色分布状况，刮研工作一直进行到整个下缸上颜色均匀分布为止刮研完毕应采用1 - 砂布进行研磨，最后用油石加适平油细研，达到R0.1—0.22）在汽缸法兰部分拧紧螺栓情况下进行刮研。

如果是中、低压缸，由于汽缸面积大，刚性结构小，汽缸法兰易产生弹性变形，故应在拧紧部分法兰螺栓下进行测量先将汽缸接合面清扫，除掉所有毛刺，并在上缸涂一层颜色，将上汽缸扣置于下汽缸上，然后将汽缸定位销打入用塞尺测量汽缸内外间隙，并将结果记入草图内，然后拧上汽缸螺栓拧紧方法如下：轴封处螺栓全部拧紧，然后每隔两个螺孔拧紧一个螺栓，采用1.2—2M 扳手再次测量汽缸法兰间隙，将结果记入汽缸严密性的空白表格中，然后松开螺栓，将上汽缸吊下比较两次测量数值结果，并确定由于紧固螺栓作用于接合面改变的数值最后根据塞尺测量结果及颜色确定该刮研的位置，但此项工作要反复多次才能完成如果汽缸接合面变形较多，需要将上汽缸翻转，采用大平尺将上汽缸平面首先处理好，然后以上汽缸为基准来刮磨下汽缸汽缸刮研是一项繁杂而细致的工作，但它是处理汽缸接合面变形彻底而可靠的方法应在有工作经验的师傅指导下进行，如有忽视，可能将汽缸刮偏4.2、采用刷涂技术处理汽缸接合变形刷涂技术比较适用于工作温度低的低压汽缸，为了减少采用刮研接合面的工作量，可采用刷涂技术刷涂技术应用在0.30mm以下厚度的工作量，粘结性比较牢固，如果在0.30mm 以上效能就差多了。

它是利用汽缸作为阳极，涂具作为阴极，在汽缸接合面上反复进行刷涂电解溶液，即可将电解溶液中的金属附着于汽缸接合面上采用刷涂技术时只须具备刷涂工具及数种电解液即可刷涂前先将汽缸接合面用砂布打磨清洁，再用净化活化液将接合面镀层净化，即可用根据汽缸材质选用的刷涂液进行刷涂刷涂完毕打磨工作也较简单刷涂工艺准备工作及操作工艺均较为单纯，但镀层不能太厚，太厚即容易脱落4.2.1刷涂技术处理汽缸接合变形的步骤(1)机械法清理下缸结合面,用钢丝刷将表面锈迹和油污去除由于机组投运较久,油泥锈蚀严重,且缸体紧固螺栓因氧化严重无法去掉,给清理和刷镀增加不少难度,这就要求清理工作要仔细,细微处一定要处理好2)用有机溶剂除油用毛刷、棉纱蘸丙酮擦拭缸体结合面,处理后会留下一层油膜,需要用电化学法彻底去除表面残留油污3)用水基清洗表面,电化学法清除油用电净液除油,电源反接,工件接负极(电压12～14 V) ,相对速度8 m /min,时间要尽量短,除净油为止4)用清水冲洗残留电净液和油污5) 2#活化液活化,去除表面氧化层和毛刺工件接电源正极(电压18～20 V) ,相对速度6～8m /min,时间控制在1 min内,以工件表面发黑为止。

6)清水冲洗残留液7) 3#活化液去除表面碳黑物工件接电源正极,电压18～20 V,相对速度6～8 m /min,至表面碳黑去除出现银灰色为止8)清水清洗碳黑物和残留液体9)用快速镍打底冲镀先不通电,用镀笔蘸快速镍溶液擦拭工件表面3～5 s,然后在18 V下刷镀3～5 s,然后再降至12 V刷镀10)快速镍正常刷镀工作电压12 V,相对速度8～10 m /min,根据工作表面要求,恢复至要求尺寸时塞尺测隙保证在10μm之内)停止刷镀11)清水清洗,擦干工作表面,涂上防护油,刷镀完毕4.2.2 采用刷涂技术处理汽缸接合变形注意事项(1)因为汽缸结合面修复范围大,条件限制只能是手工操作,为提高效率应4～6人同时刷镀,以保证整个恢复面同时起镀,这就要求刷镀电源尽量大一些(200 A以上) ,多准备一些大号镀笔2)多人操作交接处应注意配合,不能“干皮”,以避免氧化对间隙较大的地方做好标记,按恢复比例重点多刷几遍,以尽量同时恢复尺寸3)由于刷镀时间长(需3～4 d) ,休息后重新起镀层表面会发生氧化,应重复步骤(5) ,使镀层结合面紧密牢固4.3、 喷涂消除汽缸接合面漏汽应用喷涂消除汽缸接合面漏汽的电厂数量也较广泛，火焰喷涂是借助于氧乙炔火焰把金属粉末加热至熔化或达到高塑性状态后喷射于处理过的汽缸表面，而形成一层具有所需性能的涂层方法。