冷熱裝工藝在機組檢修中的應用

于鵬杰 孔文

摘 要：文章針對機組檢修過程中常見的采用過盈配合的大型設備的裝配，依據熱脹冷縮原理提出盤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缺點，希望能有助于提高設備裝配的安全性、可靠性。

關鍵詞：過盈；盤管加熱法；液氮冷卻法；選擇依據

1 概述

隨著機組制造工藝的發展，設備日趨大型化、復雜化，對檢修工藝也提出了新的要求。在機組檢修過程中，經常會遇到某些設備的部件間采用過渡配合和過盈配合進行裝配。對于過渡配合（如泵軸和聯軸器）和小部件小過盈量（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行裝配；但是對于大尺寸、異性、大過盈量的配合（如汽門閥座的安裝等），簡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量，而一旦不能一次裝配到位，就會造成設備報廢的后果。過去對于此類設備我們都會返回廠家檢修，但現在考慮工期、成本等因素，要求檢修人員承擔起這份重任。在此，我們還是依據熱脹冷縮原理，結合以往檢修經驗，提出盤管燃燒器加熱包容件和低溫冷卻被包容件兩種方法，詳細介紹其操作方法和各自的優缺點，根據現場實際情況，合理選擇，確保安全、可靠地完成設備裝配。

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呈現線性的變化趨勢。利用這種趨勢我們可以通過加熱包容件或冷卻被包容件的方法，將設備部件間的過盈配合轉變為間隙配合，從而滿足裝配的需求。

設備裝配時配合部件過盈量與溫度變化的經驗公式：△T=2δ/εd，其中△T：溫差變化，℃；δ：最大過盈量，mm；ε：材料的線膨脹系數，m/℃；d：配合直徑，mm。

3 傳統的裝配方法

3.1 氧炔焰加熱

采用兩把或多把割炬對包容件進行加熱，容易造成加熱不均，包容件各部分膨脹不均；當包容件較大，溫度升高后，強烈的熱輻射惡化人員工作環境，難以持續加熱，容易造成膨脹不足，人員也無法對內部溫度進行測量，尤其是厚壁件難以掌握內部配合情況的變化；這樣就無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，勞動強度大，裝配導向性不好控制，容易發生歪斜；配合緊力過大時，被包容件容易在包容件中發生卡澀，將配合面拉出毛刺甚至切削掉配合面。這些情況都會造成被包容件卡死在包容件中進退兩難，最后只能割除一件設備，同時也會損傷另一件，嚴重時整體報廢。

4 盤管加熱法熱裝

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

（1） 盤管燃燒器的制作。簡易的盤管燃燒器可以采用銅管或不銹鋼管等材料制作，首先根據包容件內徑尺寸r計算盤管的長度D=2∏r，然后在將直徑16mm的不銹鋼管在一端總長為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成一圈，另一端通過乙炔帶接到液化氣瓶的減壓閥上；（2）將盤管燃燒器固定在包容件內，開啟減壓閥并引燃燃燒器，工作人員在包容件上方平臺監視火情并隨時用紅外線測溫儀測量包容件外壁的溫度；（3）加熱充分時間后，當測得包容件壁溫符合要求，關閉減壓閥，取出盤管燃燒器，可以順利的將被包容件吊裝至包容件內，待包容件恢復正常我的時即可抱緊被包容件并獲得可靠定位。（4）案例說明：某廠1000MW機組高調門在小修中發現閥座脫落。在對閥體裝配面進行車削研磨處理后，根據閥體尺寸加工閥座的尺寸滿足（0.09-0.14）mm的過盈配合的要求，然后采用自制盤管對閥體加熱進行熱裝。在環境溫度為18℃情況下，加熱4小時后，測得閥體外壁溫度126℃。根據配合部件過盈量與溫度變化的經驗公式得出△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，對被包容件進行冷卻，使其外形尺寸收縮，在裝配面之間產生間隙，達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）根據被包容件的尺寸，準備好容器和棉被、石棉布、墊鐵等保溫材料。用棉被和石棉布將容器包裹起來，在容器內放入墊鐵，將被包容件穩固的落到墊鐵上。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，當液氮沸騰的液面快要浸沒墊鐵接近被包容件時，停止傾倒，用棉被和石棉布蓋住容器口進行保溫。不直接浸沒被包容件是為了防止被包容件驟冷至脆性轉化溫度以下而發生冷脆開裂，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裂甚至是剝落。（3）觀察容器中冷卻情況，當液氮揮發的劇烈程度減弱后，沿容器壁注入液氮直到完全浸沒被包容件，蓋住容器口進行保溫。根據工件大小和經驗公式確認冷卻時間，并根據液氮揮發情況及時對容器內補充液氮。（4）觀察容器內被包容件的冷卻情況，當被包容件表面無氣泡產生時，說明被包容件和液氮間已經達到了熱平衡，此時便可吊出被包容件進行組裝。注意：若儲存液氮的保溫桶密封不嚴，液氮會緩慢揮發，所以要注意檢查液氮的儲存情況；若出現液氮不足的情況，一定要放棄試裝，待液氮備足后重新進行冷卻，以免出現因冷卻不充分造成安裝不到位從而導致設備報廢的情況發生。（5）案例說明：某廠335MW機組在大修中發現中壓主汽門閥座有大面積龜裂，影響密封效果。為保證汽門修后的嚴密性，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行安裝。閥座按照上述方法冷卻1小時后，與液氮達到熱平衡。迅速起吊試裝，順利安裝到位。

6 兩種方法的優劣比較

6.1 盤管加熱法

相對于傳統的氧炔焰加熱法，有效規避了因包容件不規則外形帶來的加熱困難，可以在包容件內部規則的配合面處進行由內而外的均勻加熱；且無需人員手持，可以實現長時間的加熱；人員可以從外側通過紅外線測溫儀測量包容件外壁的溫度，掌握包容件升溫情況。缺點是加熱時間長。

6.2 液氮冷卻法

其優點是快速、安全、可靠、經濟、適應性強。工作過程中不需要動火，且氮氣揮發后無毒、不支持燃燒，可有效保障在大型氫冷機組現場工作的安全性；液氮是制備氧氣的副產品，價格低廉；該方法冷卻的是被包容件，對包容件的外形尺寸沒有要求，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。缺點是對結構上存在應力集中的部件存在凍裂的風險。

7 選擇依據

對于大尺寸、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，以及在氫冷機組生產現場的裝配，我們選擇液氮冷裝法；對于結構上存在應力集中的被包容件，我們選擇盤管加熱法進行安裝。另外當被包容件重量過大，需要吊起安裝時，考慮到冷凍后的吊鼻在行車啟動時受牽拉力較大，存在發生斷裂的可能，建議采用盤管加熱法。

8 結束語

文章在熱脹冷縮原理基礎上，結合檢修經驗提出了采用盤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備檢修過程中遇到的采用過盈配合的設備的裝配問題。通過分析這兩種方法的優缺點，提出了一些選擇依據，希望能給檢修同行帶來一些參考和幫助，提高設備裝配的安全性、可靠性，延長修后設備的使用壽命。

參考文獻

[1]李妙玲，等.冷裝技術在機器裝配中的應用[J].起重運輸機械，2005.

作者簡介：于鵬杰，男，助理工程師，主要從事大型汽輪機檢修與技術管理工作。