冷熱裝工藝在機(jī)組檢修中的應(yīng)用

于鵬杰 孔文

摘 要：文章針對(duì)機(jī)組檢修過(guò)程中常見(jiàn)的采用過(guò)盈配合的大型設(shè)備的裝配，依據(jù)熱脹冷縮原理提出盤(pán)管加熱法熱裝和液氮冷卻法冷裝兩種方法，并闡述了各自的操作方法和優(yōu)缺點(diǎn)，希望能有助于提高設(shè)備裝配的安全性、可靠性。

關(guān)鍵詞：過(guò)盈；盤(pán)管加熱法；液氮冷卻法；選擇依據(jù)

1 概述

隨著機(jī)組制造工藝的發(fā)展，設(shè)備日趨大型化、復(fù)雜化，對(duì)檢修工藝也提出了新的要求。在機(jī)組檢修過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)遇到某些設(shè)備的部件間采用過(guò)渡配合和過(guò)盈配合進(jìn)行裝配。對(duì)于過(guò)渡配合（如泵軸和聯(lián)軸器）和小部件小過(guò)盈量（如軸承與軸套、軸承與壓蓋）的配合，我們通常采用氧炔焰加熱法和外部加壓法這兩種方法進(jìn)行裝配；但是對(duì)于大尺寸、異性、大過(guò)盈量的配合（如汽門(mén)閥座的安裝等），簡(jiǎn)單的采用氧炔焰加熱和外部加壓的方法，很難保證裝配的可靠性和裝配質(zhì)量，而一旦不能一次裝配到位，就會(huì)造成設(shè)備報(bào)廢的后果。過(guò)去對(duì)于此類(lèi)設(shè)備我們都會(huì)返回廠家檢修，但現(xiàn)在考慮工期、成本等因素，要求檢修人員承擔(dān)起這份重任。在此，我們還是依據(jù)熱脹冷縮原理，結(jié)合以往檢修經(jīng)驗(yàn)，提出盤(pán)管燃燒器加熱包容件和低溫冷卻被包容件兩種方法，詳細(xì)介紹其操作方法和各自的優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，合理選擇，確保安全、可靠地完成設(shè)備裝配。

2 熱脹冷縮原理

熱脹冷縮原理是指材料在溫度的變化下體積會(huì)呈現(xiàn)線性的變化趨勢(shì)。利用這種趨勢(shì)我們可以通過(guò)加熱包容件或冷卻被包容件的方法，將設(shè)備部件間的過(guò)盈配合轉(zhuǎn)變?yōu)殚g隙配合，從而滿足裝配的需求。

設(shè)備裝配時(shí)配合部件過(guò)盈量與溫度變化的經(jīng)驗(yàn)公式：△T=2δ/εd，其中△T：溫差變化，℃；δ：最大過(guò)盈量，mm；ε：材料的線膨脹系數(shù)，m/℃；d：配合直徑，mm。

3 傳統(tǒng)的裝配方法

3.1 氧炔焰加熱

采用兩把或多把割炬對(duì)包容件進(jìn)行加熱，容易造成加熱不均，包容件各部分膨脹不均；當(dāng)包容件較大，溫度升高后，強(qiáng)烈的熱輻射惡化人員工作環(huán)境，難以持續(xù)加熱，容易造成膨脹不足，人員也無(wú)法對(duì)內(nèi)部溫度進(jìn)行測(cè)量，尤其是厚壁件難以掌握內(nèi)部配合情況的變化；這樣就無(wú)法保證被包容件一次就位。

3.2 加壓法

采用大錘敲擊或千斤頂壓裝的方法，勞動(dòng)強(qiáng)度大，裝配導(dǎo)向性不好控制，容易發(fā)生歪斜；配合緊力過(guò)大時(shí)，被包容件容易在包容件中發(fā)生卡澀，將配合面拉出毛刺甚至切削掉配合面。這些情況都會(huì)造成被包容件卡死在包容件中進(jìn)退兩難，最后只能割除一件設(shè)備，同時(shí)也會(huì)損傷另一件，嚴(yán)重時(shí)整體報(bào)廢。

4 盤(pán)管加熱法熱裝

采從自制盤(pán)管燃燒器接通液化氣從包容件內(nèi)部加熱，使包容件均勻受熱膨脹尺寸增大，在裝配面之間產(chǎn)生間隙，達(dá)到順利可靠裝配的目的。盤(pán)管加熱法的具體操作方法如下：

（1） 盤(pán)管燃燒器的制作。簡(jiǎn)易的盤(pán)管燃燒器可以采用銅管或不銹鋼管等材料制作，首先根據(jù)包容件內(nèi)徑尺寸r計(jì)算盤(pán)管的長(zhǎng)度D=2∏r，然后在將直徑16mm的不銹鋼管在一端總長(zhǎng)為D的管段上每隔10-15mm鉆直徑3mm的小孔，然后將管頭堵?。ê附踊驂罕猓┎⒐茏颖P(pán)成一圈，另一端通過(guò)乙炔帶接到液化氣瓶的減壓閥上；（2）將盤(pán)管燃燒器固定在包容件內(nèi)，開(kāi)啟減壓閥并引燃燃燒器，工作人員在包容件上方平臺(tái)監(jiān)視火情并隨時(shí)用紅外線測(cè)溫儀測(cè)量包容件外壁的溫度；（3）加熱充分時(shí)間后，當(dāng)測(cè)得包容件壁溫符合要求，關(guān)閉減壓閥，取出盤(pán)管燃燒器，可以順利的將被包容件吊裝至包容件內(nèi)，待包容件恢復(fù)正常我的時(shí)即可抱緊被包容件并獲得可靠定位。（4）案例說(shuō)明：某廠1000MW機(jī)組高調(diào)門(mén)在小修中發(fā)現(xiàn)閥座脫落。在對(duì)閥體裝配面進(jìn)行車(chē)削研磨處理后，根據(jù)閥體尺寸加工閥座的尺寸滿足（0.09-0.14）mm的過(guò)盈配合的要求，然后采用自制盤(pán)管對(duì)閥體加熱進(jìn)行熱裝。在環(huán)境溫度為18℃情況下，加熱4小時(shí)后，測(cè)得閥體外壁溫度126℃。根據(jù)配合部件過(guò)盈量與溫度變化的經(jīng)驗(yàn)公式得出△T=105℃，判斷膨脹后閥體與閥座間的間隙已滿足裝配要求。立即吊起閥座試裝，順利安裝到位。

5 液氮冷卻法冷裝

采用液氮做冷卻劑，對(duì)被包容件進(jìn)行冷卻，使其外形尺寸收縮，在裝配面之間產(chǎn)生間隙，達(dá)到順利可靠裝配的目的。液氮冷卻法的具體操作方法如下：（1）根據(jù)被包容件的尺寸，準(zhǔn)備好容器和棉被、石棉布、墊鐵等保溫材料。用棉被和石棉布將容器包裹起來(lái)，在容器內(nèi)放入墊鐵，將被包容件穩(wěn)固的落到墊鐵上。注意：不要取下被包容件的吊耳，否則冷卻后吊耳就不能順利上到被包容件上。（2）操作人員穿好工作服和隔熱手套，沿容器邊緣緩慢倒入液氮，當(dāng)液氮沸騰的液面快要浸沒(méi)墊鐵接近被包容件時(shí)，停止傾倒，用棉被和石棉布蓋住容器口進(jìn)行保溫。不直接浸沒(méi)被包容件是為了防止被包容件驟冷至脆性轉(zhuǎn)化溫度以下而發(fā)生冷脆開(kāi)裂，尤其是表面堆焊有合金層的部件驟冷后合金層易從母材上開(kāi)裂甚至是剝落。（3）觀察容器中冷卻情況，當(dāng)液氮揮發(fā)的劇烈程度減弱后，沿容器壁注入液氮直到完全浸沒(méi)被包容件，蓋住容器口進(jìn)行保溫。根據(jù)工件大小和經(jīng)驗(yàn)公式確認(rèn)冷卻時(shí)間，并根據(jù)液氮揮發(fā)情況及時(shí)對(duì)容器內(nèi)補(bǔ)充液氮。（4）觀察容器內(nèi)被包容件的冷卻情況，當(dāng)被包容件表面無(wú)氣泡產(chǎn)生時(shí)，說(shuō)明被包容件和液氮間已經(jīng)達(dá)到了熱平衡，此時(shí)便可吊出被包容件進(jìn)行組裝。注意：若儲(chǔ)存液氮的保溫桶密封不嚴(yán)，液氮會(huì)緩慢揮發(fā)，所以要注意檢查液氮的儲(chǔ)存情況；若出現(xiàn)液氮不足的情況，一定要放棄試裝，待液氮備足后重新進(jìn)行冷卻，以免出現(xiàn)因冷卻不充分造成安裝不到位從而導(dǎo)致設(shè)備報(bào)廢的情況發(fā)生。（5）案例說(shuō)明：某廠335MW機(jī)組在大修中發(fā)現(xiàn)中壓主汽門(mén)閥座有大面積龜裂，影響密封效果。為保證汽門(mén)修后的嚴(yán)密性，決定割除舊閥座，重新更換新閥座。由于閥座與閥體件存在（0.12-0.17）mm的配合緊力，考慮到閥體尺寸較大（名義尺寸為500mm），決定采用冷凍閥座的方法進(jìn)行安裝。閥座按照上述方法冷卻1小時(shí)后，與液氮達(dá)到熱平衡。迅速起吊試裝，順利安裝到位。

6 兩種方法的優(yōu)劣比較

6.1 盤(pán)管加熱法

相對(duì)于傳統(tǒng)的氧炔焰加熱法，有效規(guī)避了因包容件不規(guī)則外形帶來(lái)的加熱困難，可以在包容件內(nèi)部規(guī)則的配合面處進(jìn)行由內(nèi)而外的均勻加熱；且無(wú)需人員手持，可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的加熱；人員可以從外側(cè)通過(guò)紅外線測(cè)溫儀測(cè)量包容件外壁的溫度，掌握包容件升溫情況。缺點(diǎn)是加熱時(shí)間長(zhǎng)。

6.2 液氮冷卻法

其優(yōu)點(diǎn)是快速、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、適應(yīng)性強(qiáng)。工作過(guò)程中不需要?jiǎng)踊穑业獨(dú)鈸]發(fā)后無(wú)毒、不支持燃燒，可有效保障在大型氫冷機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)工作的安全性；液氮是制備氧氣的副產(chǎn)品，價(jià)格低廉；該方法冷卻的是被包容件，對(duì)包容件的外形尺寸沒(méi)有要求，尤其適合于大型、異形工件的裝配；低溫處理可以改善金屬的金相組織，提高硬度和耐磨性。缺點(diǎn)是對(duì)結(jié)構(gòu)上存在應(yīng)力集中的部件存在凍裂的風(fēng)險(xiǎn)。

7 選擇依據(jù)

對(duì)于大尺寸、厚壁、異形的包容件的裝配，或者是小尺寸、薄壁的被包容件的裝配，以及在氫冷機(jī)組生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的裝配，我們選擇液氮冷裝法；對(duì)于結(jié)構(gòu)上存在應(yīng)力集中的被包容件，我們選擇盤(pán)管加熱法進(jìn)行安裝。另外當(dāng)被包容件重量過(guò)大，需要吊起安裝時(shí)，考慮到冷凍后的吊鼻在行車(chē)啟動(dòng)時(shí)受牽拉力較大，存在發(fā)生斷裂的可能，建議采用盤(pán)管加熱法。

8 結(jié)束語(yǔ)

文章在熱脹冷縮原理基礎(chǔ)上，結(jié)合檢修經(jīng)驗(yàn)提出了采用盤(pán)管加熱法熱裝和液氮冷卻法冷裝兩種方法，用以解決在大型電力設(shè)備檢修過(guò)程中遇到的采用過(guò)盈配合的設(shè)備的裝配問(wèn)題。通過(guò)分析這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一些選擇依據(jù)，希望能給檢修同行帶來(lái)一些參考和幫助，提高設(shè)備裝配的安全性、可靠性，延長(zhǎng)修后設(shè)備的使用壽命。

參考文獻(xiàn)

[1]李妙玲，等.冷裝技術(shù)在機(jī)器裝配中的應(yīng)用[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2005.

作者簡(jiǎn)介：于鵬杰，男，助理工程師，主要從事大型汽輪機(jī)檢修與技術(shù)管理工作。