驱动汽轮机喷嘴装配及防松分析

驱动汽轮机喷嘴装配及防松分析

苏军会,李蒙军,罗文

东方汽轮机有限公司，四川德阳，618000

摘 要：本文结合驱动汽轮机喷嘴组与喷嘴室的结构特点及机组运行安全性要求，对喷嘴组装配及连接紧固件的防松进行了分析，指出了喷嘴紧固件防松的必要性。

关键词：驱动汽轮机；喷嘴；紧固件防松

1引言

汽轮机喷嘴是完成蒸汽热能压力能向动能转换的第一级部套，具有工作温度高、前后压差大，与转子间隙小的特点，并通过连接螺栓固定在汽缸或喷嘴室上。喷嘴与汽缸或喷嘴室之间的连接螺栓在安装时未把紧或运行过程中松动，极易引起异物进入汽轮机通流，从而造成通流部件损坏或机组非正常停机，因此在安装过程中对驱动汽轮机喷嘴紧固件必须采取有效、合理的防松措施。

2 喷嘴组的安装

驱动汽轮机在运行时，喷嘴组处于高温高压蒸汽作用下，喷嘴组承受较大的冲击载荷及变工况产生的交变应力作用。为了保证喷嘴组与转子之间具有正确的径向和轴向位置，喷嘴组应牢固地装于喷嘴室中，且接合面应保持良好接触，防止蒸汽沿喷嘴组外缘及水平接合面泄漏。

喷嘴组安装基本流程为：喷嘴组及喷嘴室实物检查-----喷嘴组及喷嘴室接触检查----喷嘴组与转子同心度校正-----喷嘴组与转子间隙测量----喷嘴组与转子通流返修-----喷嘴组与转子清理复装-----喷嘴组通流间隙复测----喷嘴组复装、连接件紧固-----喷嘴组各紧固件进行防松。

2.1喷嘴组找中

喷嘴组找中心是驱动汽轮机安装过程中的一项重要工作，在运行状态下，转子与静子部件之间保持准确的同心度（见图1），是保证驱动汽轮机可靠运行的必要条件。在喷嘴组的安装调整时，喷嘴组应与转子同心，调整后中心要求应满足：|a-b|≤0.1mm，|c-(a+b)/2|≤0.05mm，以使喷嘴组与转子间具有均匀的轴向和径向间隙。如果转子中心和喷嘴组中心不相重合，动静间隙不均匀，易使机组产生振动，严重时甚至造成转子与喷嘴间的互相碰磨。驱动汽轮机找中心的方法通常采用拉钢丝找中、假轴找中或直接用转子本身来测定转子与喷嘴的同心度。

图1：喷嘴与转子中心示意图

2.2喷嘴组通流间隙调整

喷嘴组通流分为轴向通流间隙和径向通流间隙，轴向通流间隙指转子和喷嘴组的轴向距离，如图2的a、A、B、C1、C2值。径向通流间隙指喷嘴组各齿顶与转子各外圆的径向距离，如图2的D1、D2、D3值。在进行通流测量时，将转子吊起调平后，轴颈和轴承巴氏合金表面均匀涂以洁净的透平油，然后将转子缓缓放入汽缸，按要求的喷嘴组与转子的动静轴向间隙a值为定位基准，将转子就位。同时将工作推力瓦块装入，一同滑入推力轴承正向配合面，并通过移动轴承，使工作瓦紧贴转子推力盘工作面，两接触面间0.02mm塞尺不入，复测转子定位尺寸合格。测量喷嘴组全部轴向、径向间隙并与设计值进行对比，确定喷嘴组各部位的返修量，并通过加工喷嘴组相应部位使各通流间隙值达到设计要求。

图2：喷嘴与转子通流间隙示意图

2.3喷嘴组复装

喷嘴组返修后进行清理复装，应复测各通流间隙满足设计值要求，合格后再用力矩扳手、严格按照力矩设计值的要求紧固拧紧各连接螺栓。驱动汽轮机喷嘴组紧固件多采用中等尺寸螺栓，通常用冷紧的方法紧固。安装螺栓时应逐一检查螺栓与相配合螺纹的表面质量，按从上下到左右两侧对称的次序紧固。紧固螺栓时，各联接螺栓必须有合适的紧力，如果螺栓紧力太小，则不能满足密封要求；如果螺栓紧力太大，则容易引起螺栓断裂、脱扣、咬扣等。

3喷嘴螺栓连接结构

驱动汽轮机喷嘴组安装于汽缸或喷嘴室内，喷嘴组的静叶采用围带式直叶片，导叶焊成叶栅后与本体焊为一体，喷嘴室采用各组喷嘴对应各自独立腔室结构，每组喷嘴对应一个进汽口。为降低汽缸或喷嘴室制造工艺难度，喷嘴组与汽缸或喷嘴室为独立的两个部件，在结构设计时通常将喷嘴组与喷嘴室间采用螺栓连接及肩胛定位的方式，将喷嘴组用螺栓固定于喷嘴室上。常见结构示意图见图3和图4：

图3：喷嘴与喷嘴室连接示意图

图4：喷嘴与喷嘴室连接示意图

为了确保驱动汽轮机组安全运行和经济性，喷嘴组与汽缸或喷嘴室间需密封良好，且在长期连续运行过程中连接螺栓不得松动。喷嘴组与汽缸或喷嘴室间的连接螺栓较多，任一螺栓松动均会对接触面的密封产生不良影响；若任一颗螺栓松动或脱落，在驱动汽轮机调节级通流间隙小的情况下，易造成动静碰磨或内部通流部件损坏的运行事故。为防止驱动汽轮机喷嘴连接紧固件松动，各连接螺栓在按要求的力矩紧固后，在制造厂内总装或用户现场安装时对螺栓头部应采用敛缝防松或点焊防松。

3.1喷嘴螺栓敛缝结构

对喷嘴紧固件采用敛缝防松时，在喷嘴组本体每个螺栓连接通孔外侧通常设计3.2mm宽、3.2mm深的环形敛缝槽，敛缝槽与通孔侧部壁厚为1.6mm（结构示意见图5）。该种敛缝槽结构可在机床加工时使用铣刀加工，敛缝槽加工后的实物效果图可见图6：

图5：喷嘴组连接孔敛缝槽结构图

图6：喷嘴组连接孔敛缝槽实物图

在喷嘴与喷嘴室安装就位且连接紧固件拧紧后，对紧固件的端部可进行倒角、以便冲铆。冲铆时可使用专用冲铆工具，对各个紧固件外侧的敛缝槽参照图4进行翻边冲铆、对称敛缝。冲铆过程中，各紧固件不允许发生移动，且冲铆区域目视检查应无裂纹，冲铆后翻铆金属与紧固件外表面紧密接触，并应对粗糙边缘修磨光滑。

3.2喷嘴螺栓点焊结构

对喷嘴紧固件采用点焊防松时，为防止焊点高出喷嘴组出汽侧表面而影响轴向通流间隙，结构设计时可参照图7结构图、将螺栓端部沉入连接孔内或对连接螺栓端部进行倒角，沉入量一般不小于3mm，以使点焊防松时、焊点不高出喷嘴本体表面。在进行点焊防松后、各焊点应沉入连接通孔内部，高出部分应打磨平整。在生产制造过程中，某项目的喷嘴组在点焊后，点焊部位高出了喷嘴组本体端面，为防止焊点高出造成图3中轴向间隙a值局部减小，对高出部位进行了打磨、实物效果图可见图8。

图7：喷嘴组紧固件点焊结构示意图

图8：喷嘴组紧固件点焊实物图

在对各紧固件进行点焊时，应由具备焊接资质的焊工操作，焊前对待焊部位及附近的油污清理干净，并根据待焊部位母材材质选用适宜的焊材及焊接方法。通常情况下，若喷嘴组和连接螺栓待焊接部位母材材质均为碳钢的、焊丝宜选用ER70S-3，若喷嘴组和连接螺栓待焊接部位母材材质为碳钢、合金钢组合或均为合金钢的、焊丝宜选用ERNiCr-3 ，焊接时宜采用氩弧焊焊接。

4效果检查

对喷嘴组与汽缸或喷嘴室间各个紧固件在安装完成并对其采取防松措施后，各敛缝或点焊部位应进行目视检查，仔细清理去除铁屑、锈迹、焊接飞溅等，并使用清洗剂对待检测部位进行清洗，然后对敛缝或点焊部位进行着色渗透检测。在检测过程中，渗透剂持续时间一般不应少于10min，再将显像剂均匀喷洒在被检部位，并观察敛缝或点焊部位是否存在裂纹等缺陷，检测完毕后应进行清洗。

若敛缝或点焊部位经着色渗透检测发现存在缺陷，则需对缺陷部位进行返修。对缺陷部位的返修应采用打磨方式去除缺陷部位，再重新进行冲敛或点焊。

5结论

   驱动汽轮机喷嘴组作为蒸汽进入机组内部做功的首级通流部件，在机组运行过程中长期承受高温高压蒸汽的冲击力，因此喷嘴组紧固件在蒸汽温度及冲击力的作用下，在不对其采取防松措施时，易产生松动从而影响机组安全稳定运行。对制造厂内整体发货机组及用户现场机组安装时，若喷嘴组为紧固件与汽缸或喷嘴室连接时，必须对其采用敛缝或点焊等可靠措施进行防松，最终盖缸

前应逐一检查确认防松措施可靠，以确保机组长期安全运行。

参  考  文  献

[1]中国电力百科全书.火力发电卷[M].北京：中国电力出版社，2000

[2]电力建设施工技术规范 第3部分.汽轮发电机组[S].北京：中国电力出版社，2012

[3]电力建设施工质量验收及评价规程 第3部分.汽轮发电机组[S].北京：中国电力出版社，2009

[4]倪剑等，高温小规格螺栓拧紧力矩研究，[J].东方汽轮机，2021，2021年第02期

[5]汽轮机 总装技术规范 JB/T9637.[S].北京：机械工业出版社，2022

收稿日期：2024年5月7日

作者简介：

苏军会（1987 -），男，四川德阳，大学本科，高级工程师，主要从事汽轮机厂内总装及电厂安装工艺方面的研究工作。