紅套環(huán)加熱裝置設(shè)計、試驗及應(yīng)用

林鋒，羊小軍

(東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000)

紅套環(huán)加熱裝置設(shè)計、試驗及應(yīng)用

林鋒，羊小軍

(東方汽輪機有限公司，四川德陽，618000)

文章通過對紅套環(huán)安裝及拆卸需求的分析，設(shè)計出了滿足紅套環(huán)安裝及拆卸的加熱器，并通過對加熱器通入燃氣的燃燒性能試驗、用加熱器加熱紅套環(huán)與試驗件的裝配及拆卸試驗，以及在汽缸水壓試驗中的成功應(yīng)用，驗證了該裝置的可靠性及實用性。

紅套環(huán)加熱器，設(shè)計，試驗，應(yīng)用

0 引言

為滿足市場降低能耗的需求，提高產(chǎn)品的競爭力，公司最新研制了超超臨界660 MW機型，該機型高壓內(nèi)缸采用全新的筒形缸技術(shù)，即取消傳統(tǒng)機組汽缸中分面連接螺栓，采用多級紅套環(huán)進行緊固密封，其結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 紅套缸結(jié)構(gòu)圖

圖2 紅套環(huán)典型結(jié)構(gòu)

紅套環(huán)與內(nèi)缸采用大過盈量配合以保證上、下半內(nèi)缸接合面具有良好的密封性能，且在機組運行過程中防止汽缸變形而使接合面產(chǎn)生間隙，對于這種大尺寸、大過盈配合件的裝配，最好的方法就是通過加熱紅套環(huán)進行套裝，因此我們針對該機型紅套環(huán)的結(jié)構(gòu)設(shè)計了一種專用的紅套環(huán)加熱器。

1 紅套環(huán)加熱裝置設(shè)計及燃料選用

1.1 紅套環(huán)加熱裝置功能需求分析

工件狀態(tài):筒形汽缸是在隔板、轉(zhuǎn)子等通流部件間隙合格后，扣合上半隔板、內(nèi)缸，然后進行紅套環(huán)的套裝。由于該狀態(tài)轉(zhuǎn)子、隔板均在缸內(nèi)，故不可能采用立式套裝的方式，只能是水平狀態(tài)沿軸向進行紅套環(huán)的套裝工作。

加熱方式:由于紅套環(huán)在拆卸時只有采用火焰加熱最方便，因此采用火焰加熱的方式進行紅套拆裝工作。

火焰控制:燃料從噴嘴噴出就可以燃燒，但絕對達不到紅套加熱套裝要求，因此燃燒火焰必須具備如下特性:

（1）火焰應(yīng)具有較高的剛性，利于火焰調(diào)整，減少火焰損失。

（2）火焰溫度要高，火焰中心出現(xiàn)缺氧狀態(tài)，以利于燃料中的烷烴的裂解，產(chǎn)生更多的碳微粒，提高火焰溫度及亮度。

（3）具有較大的火焰覆蓋面積，利于工件的均勻受熱。

（4）有較好的火焰可調(diào)性。

針對上述特性，決定采用引入壓縮空氣的方法，使燃氣與壓縮空氣之間具有較大的速度差，形成噴出的火焰中部出現(xiàn)缺氧狀態(tài)，利于燃料中的烷烴裂解、析碳，同時可以通過調(diào)整壓縮空氣的流量和噴出速度，達到調(diào)整火焰長度的目的。

通過上述分析，我們確定紅套環(huán)加熱器必須有如下功能:

功能一:加熱裝置具備加熱功能。

功能二:加熱裝置具備固定工件及吊裝功能。

功能三:加熱裝置具備調(diào)節(jié)火焰的功能。

1.2 燃料選用

通過對各種燃料特性的分析，適合紅套加熱的燃料為天然氣和罐裝丙烷氣。

天然氣的主要成分為甲烷，它本質(zhì)上對人體無害，但天然氣處于高濃度的狀態(tài)，并使空氣中的氧氣不足以維持生命的話，還是會致人死亡；天然氣在空氣中達到一定比例時也會爆炸，它的爆炸極限下限為5%，上限為15%，因此使用時能比較容易避開爆炸極限，是一種比較安全的燃料。天然氣是一種使用非常普遍的燃料，因此在布置有天然氣管道的工作場所是首選的燃料。

罐裝丙烷也稱為液化石油氣，丙烷有單純性窒息及麻醉作用，人短暫接觸1%丙烷，不引起癥狀；10%以下的濃度，只引起輕度頭暈；接觸高濃度時可出現(xiàn)麻醉狀態(tài)、意識喪失；極高濃度時可致窒息。氣體比空氣重，能在較低處擴散到相當(dāng)遠的地方，遇火源會著火回燃。丙烷在空氣中的爆炸極限下限為2.1%，上限為9.5%。該氣體適合沒有布置天然氣管道的工作場合使用。

由于燃料均有爆炸的特性，因此必須嚴格按照燃氣安全使用規(guī)范進行使用。

1.3 紅套環(huán)加熱器結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)上述對加熱裝置功能的分析，我們設(shè)計的紅套環(huán)加熱裝置由兩部分構(gòu)成:（1）燃氣混合裝置，（2）紅套環(huán)加熱器。其結(jié)構(gòu)說明如下:

（1）燃氣混合裝置

燃氣混合裝置由6個零件構(gòu)成（見圖3、圖4），具體如下:

圖3 燃氣混合裝置

圖4 燃氣混合裝置實物

件1:混合裝置主體，它由鋼管焊接而成，保證燃氣與壓縮空氣混合，組成可調(diào)節(jié)火焰的混合氣體。

件2:壓力表接口，用于監(jiān)測混合空氣壓力。

件3:橡膠軟管，用于將混合燃氣引入加熱器進行燃燒，左右對稱各一根。

件4:燃氣接口，共設(shè)6個接口，燃料為天然氣時使用2個接口，其余接口用螺塞堵住；使用罐裝氣時6個接口需同時接上燃氣。

件5:針閥，用于控制壓縮空氣留量。

件6:壓縮空氣接口，用于連接壓縮空氣。

（2）紅套環(huán)加熱器

紅套環(huán)加熱器由5個零件構(gòu)成（見圖5、圖6），具體如下:

圖5 紅套環(huán)加熱器

圖6 紅套環(huán)加熱器實物

件1:加熱器主體，采用鋼管彎制焊接而成，在內(nèi)側(cè)鉆2排共計178個φ2孔作為噴嘴，噴嘴出口與工件外圓間距離設(shè)計為60 mm作為燃燒加熱空間。

件2:鎖緊螺釘，在加熱器上、下45°位置各設(shè)置1顆M36的鎖緊螺釘，用來將加熱工件固定在加熱器上。

件3:吊臂，采用兩塊鋼板拼焊而成，用于將加熱器與工件的組合體懸吊于空中，吊臂必須能夠繞加熱器主體外圓自由轉(zhuǎn)動，以保證工件的順利起吊與放下。

件4:隔熱板，用于隔開加熱器與起吊鋼絲繩，避免起吊鋼絲繩直接受熱。

件5:混合燃氣連接管，用于將混合裝置出來的混合燃氣引入加熱器，左右各設(shè)置一處。

2 紅套環(huán)加熱裝置試驗及應(yīng)用

2.1 加熱裝置通氣燃燒試驗

為了檢驗加熱裝置的燃燒及火焰的可調(diào)性，在加熱裝置生產(chǎn)完成后，用一薄鋼板彎制成一個圓環(huán)工裝件來模擬產(chǎn)品工件加熱狀態(tài)，將工裝件與加熱器組合，然后通入燃氣進行點火燃燒（見圖7），通過調(diào)節(jié)壓縮空氣的流量，火焰的強度、亮度、溫度達到了紅套加熱的最佳狀態(tài)的藍色火焰（見圖8），試驗結(jié)果表明加熱裝置具備進行下一步紅套環(huán)與工裝件紅套拆裝試驗的能力。

圖7 工裝通氣燃燒情況

圖8 通入壓縮空氣調(diào)節(jié)后

在試驗過程中，由于混合裝置與壓縮空氣、燃氣接口孔徑偏小，燃氣及壓縮空氣進汽量不足，導(dǎo)致燃燒時火焰強度不夠，無法達到工件的加熱要求。針對這一情況，對混合裝置的各個接口進行了將孔徑變大的改進，并最終得到了滿意的結(jié)果。

2.2 加熱紅套試驗

為了確定加熱裝置能否將產(chǎn)品紅套環(huán)加熱到套裝要求，對該加熱裝置進行了加熱紅套環(huán)的紅套裝配試驗，具體如下:

將紅套環(huán)裝入加熱裝置中，用緊定螺釘將紅套環(huán)固定在加熱裝置上，用起重設(shè)備將加熱裝置與紅套環(huán)懸吊于試驗件前（見圖9），然后用軟管連接加熱裝置與燃氣混合裝置，并將壓縮空氣及天然氣與混合裝置相連（見圖10）。

圖9 紅套環(huán)與加熱裝置組合

圖10 燃氣混合裝置連接

將加熱器通氣并點燃，調(diào)整火焰符合加熱要求，通過紅外測溫儀適時監(jiān)測紅套環(huán)各部位溫度變化情況（見表1），經(jīng)過1 h左右加熱（見圖11），在紅套環(huán)外環(huán)最高溫度達到360℃，內(nèi)環(huán)溫度達到約118℃時，紅套環(huán)內(nèi)徑達到裝配間隙要求，然后將紅套環(huán)順利套在試驗件上（見圖12）。通過該試驗的順利完成，表明該加熱裝置滿足設(shè)計的紅套環(huán)裝入的功能要求。

圖11 紅套環(huán)加熱中

圖12 紅套環(huán)裝入

表1 紅套環(huán)加熱溫度變化情況

2.3 加熱拆卸試驗

為了確定加熱裝置能否將產(chǎn)品紅套環(huán)從試驗件上取下，對該加熱裝置進行了加熱紅套環(huán)的紅套拆卸試驗，具體如下:

在套裝試驗完成后，在紅套環(huán)與試驗件自然冷卻到常溫后，重新通入燃氣進行加熱拆卸試驗（見圖13），經(jīng)過約1 h加熱，紅套環(huán)與試驗件間隙達到可拆卸間隙要求，并順利將紅套環(huán)從試驗件上取下（見圖14）。

圖13 加熱紅套環(huán)

圖14 紅套環(huán)順利取出

紅套環(huán)取出后，在自然冷卻到常溫后，對紅套環(huán)的外圓及內(nèi)徑尺寸（見圖15）進行檢驗，結(jié)果見表2，經(jīng)對比紅套環(huán)紅套前，紅套環(huán)尺寸僅發(fā)生輕微變化，符合設(shè)計性能要求。拆卸試驗的順利完成表明設(shè)計的加熱裝置完全滿足紅套內(nèi)缸的要求，具備在產(chǎn)品上使用的條件。

圖15 紅套環(huán)取下后尺寸復(fù)驗

表2 紅套環(huán)紅套前后尺寸變化情況

2.4 汽缸水壓試驗中的應(yīng)用

在順利完成紅套套裝及加熱拆卸的試驗后，將該加熱裝置在汽缸水壓試驗中進行了首次應(yīng)用，通過加熱裝置將各個紅套環(huán)加熱到符合安裝要求的尺寸，順利地將各紅套環(huán)套裝在汽缸上（見圖16、圖17），該紅套環(huán)加熱裝置在汽缸水壓試驗紅套中的成功應(yīng)用，表明紅套環(huán)加熱裝置的各種設(shè)計參數(shù)完全符合汽缸紅套裝配的要求。

圖16 加熱紅套環(huán)

圖17 紅套環(huán)成功完成套裝

3 結(jié)束語

紅套環(huán)加熱裝置的設(shè)計、試驗的成功完成，以及成功在汽缸水壓試驗紅套中的應(yīng)用，標志著設(shè)計的紅套加熱裝置完全滿足該類型汽缸的紅套裝配要求，該紅套環(huán)加熱裝置的成功應(yīng)用，為以后這類型汽缸的紅套裝配打下了堅實的基礎(chǔ)。

[1]李方運.天然氣燃燒及應(yīng)用技術(shù)[M].北京：石油工業(yè)出版社,2002,12.

Design，Test and Application of Shrink Ring Burner

Lin Feng，Yang Xiaojun

（Dongfang Turbine Co.,Ltd.,Deyang Sichuan,618000）

By installing and disassembly requirements analysis of shrink ring,the shrink ring burner for shrink ring installing and disassembly was designed.The reliability and usability were proved by the function test of shrink ring burner burning,and the test of installing and the shrink ring on the test part by the burner heating,and successful application of water pressure test in cylinder.

shrink ring burner，design，test，application

TK266

B

1674-9987（2017）02-0026-05

10.13808/j.cnki.issn1674-9987.2017.02.007

林鋒（1975-），男，工程師，1997年畢業(yè)于西安交通大學(xué)熱力渦輪機工程專業(yè)，長期從事汽輪機總裝技術(shù)服務(wù)工作。