膨脹機噴嘴機構裝配檢修質量的控制

李鵬，王興偉

（沈陽鼓風機集團股份份有限公司，遼寧 沈陽 110869）

2013年用戶停機檢修，發現尾氣膨脹機1級、2級噴嘴導葉（因氣流沖刷腐蝕）出口處明顯減薄缺損，導葉尾部厚度由原2.5mm降低到1.1mm左右，已出現對氣體流動及效率產生影響。至此為保證膨脹機高效運行,需對該機體蝸殼解體，將噴嘴機構拆下進行解體，對噴嘴導葉進行測繪、設計，重新制造噴嘴導葉及裝配，并保證各噴嘴導葉的各部間隙符合原設計技術要求，且轉動靈活。

該膨脹機是利用工藝尾氣來推動葉輪旋轉，經過1級、2級的小齒輪軸帶動大齒輪旋轉，將輸出功率傳遞到電機軸上，從而減少電機的輸出功率起到節能的作用。由于該機型結構的特性，根據氣體的流量和壓力等相關參數設計而成的。它是由兩個半式葉輪并分成2段的（即高速軸、低速軸）組成（并由每個葉輪配成一個氣體冷卻器），形成2段的氣體膨脹流程的膨脹機。

圖1 膨脹機入口調節結構裝置總圖

從膨脹機氣動流動方向結構圖（圖1）上看，它將汽輪機的工藝管道的反應尾氣由膨脹機一級徑向進氣，途徑一級可調式擴壓器，將氣體帶入旋轉的葉輪中，使氣體瞬間膨脹，送入下游工藝管道或排放大氣中。同時，將另一路汽輪機的工藝管道的蒸汽尾氣由膨脹機二級徑向進氣，途徑二級可調式擴壓器，將氣體帶入旋轉的葉輪中，使氣體瞬間膨脹，送入下游工藝管道或排放大氣中。

膨脹機與電機用膜盤聯軸器聯接，并作為原動機拖動。膨脹機與電機安裝在同一鋼筋混凝土結構基礎上；葉輪與蝸殼的軸端密封采用碳環材質的密封元件進行密封。整個機組采用潤滑聯合油站供油，其布置在一層基礎上。即膨脹機的運行裝置是由電機+膨脹機（機組型號：VK-2⒊ 4EX2）組成的，膨脹機運行的參數如下：

①使用介質：工藝反應尾氣(氮氣96%、氧氣＜4%、微量溴離子、冰醋酸)。

②介質溫度：110～170℃。

③許用壓力：0.8～1.3MPa。

由于膨脹機工作原理的性質，且它與離心壓縮機原理正好相反，其所應用領域是利用工業反應尾氣來實現機組的動力源，以達到機組運轉的特殊性。所以該類型機組檢修測繪、設計時要對各部零件尺寸及相關的參數、裝配尺寸要求進行分析，制定出檢測標準，為后續該機構回裝提供技術支持和保證。對噴嘴結構各部件拆檢過程質量控制需要進行全面的分析，制定測繪、設計、檢修、回裝工藝步驟。

1 拆檢噴嘴支架部分

在對機組中一二級蝸殼與支架拆檢時，首先，要拆蝸殼端法蘭；其次，再拆卸支架。在支架拆卸時要注意支架定位端面與蝸殼端面的圓周平面尺寸δ（這個尺寸是要為后續回裝時，檢驗支架定位止口和端面是否裝配到原尺寸要求），其是否符合設計要求。拆下支架后要測量蝸殼定位止口端面到噴嘴側板端面尺寸H（多測量圓周端面幾點，檢驗圓周誤差值有多少）。

2 拆噴嘴導葉部分

2.1 測量導葉各部尺寸及形位公差及要求

對拆下來的導葉進行編號、制表登記。經對導葉零件各部位的檢查（目視和設備測量型線的檢查），發現每個噴嘴結構上的導葉都存在不同質量的磨損。即：尾氣膨脹機噴嘴導葉1級、2級（因氣流沖刷腐蝕）噴嘴導葉出口處明顯減薄缺損（共計42個），厚度由原2.5mm降低到1.1mm左右，已出現對氣體流動及效率產生影響。

基于上述所檢測結果，結合用戶所提供的該設備噴嘴導葉有限資料進行分析。采用了噴嘴導葉逆向設計工作和技術指標要求。具體工作如下。

（1）利用德國蔡司三坐標測量儀進行接觸式測量。

（2）此噴嘴導葉不屬于二維扭曲葉形，因此在測量時選取磨損最小的噴嘴的最優截面作為測量基準，完成三坐標測量儀取點工作，設計制造圖紙。

（3）噴嘴材質：FV520(B)-S2 (沈鼓葉輪和噴嘴專用材料：硬度高、耐腐蝕性好、機槭性能指標優良)。

（4）噴嘴導葉結構及工藝。

①噴嘴導葉整體鍛造，數控銑制加工(非模鍛、無需模具費用、工期短)。

②熱處理工藝滿足力學性能HB285—341。

③噴嘴導葉流道表面人工表面拋光達到Ra0.8，沒有涂層。

2.2 測量支架各導葉片孔處定位止口尺寸

在拆卸支架上的導葉時，要先測量導葉到支架端面的h及間隙X，然后再拆下導葉。接下來要對支架上合格導葉零件的端面止口進行測量，檢測各孔止口深度到支架端面尺寸是否一致。如有誤差請記錄誤差值是多少（列出表格、編號），以便檢修回裝時作以參考之用。如圖3所示，同時還要對各配合孔進行目視化的檢查，發現有異常和損壞的孔進行修復。

2.3 各種型號調整墊片（表1）

表1

為滿足導葉和支架的軸向配合孔的裝配要求，彌補配合件制造軸向公差要求，特設計制作不同規格的調整墊片。

3 回裝檢查各部尺寸及調試

在回裝噴嘴導葉和支架、鉸鏈機構時，對其相應已加工的配套零件表面進行檢查，對其表面有銹蝕、毛刺等現象處理，避免轉動件旋轉時干涉，以滿足配合件的靈活。以確保裝配質量。該噴嘴機構裝配步驟如下。

（1）首先清理支架各部及各待裝配孔的毛刺。

（2）清理檢查各待裝的導葉零件上的毛刺和尺寸。

（3）試裝每個導葉軸與支架上每個孔的配合，要滑動自如（做好記號）。

（4）軸向拉緊導葉，檢查導葉小于C端面與支架B端面之間的配合間隙，是否符合設計所給的間隙要求0.15～0.20mm。如果達不到間隙要求請在導葉軸上試裝調整墊片，直至達到要求為止。如圖2所示。

圖2

（5）單獨試裝每個導葉鉸鏈各件，使之滑動自如。

（6）將鉸鏈分別與導葉軸、驅動環及墊圈試裝。裝配導葉軸上各銷釘、驅動環螺釘銷，檢查驅動環帶動各導葉和鉸鏈的裝配靈活性。同時要確保在用戶現場安裝調試完畢后,熱態下氣動執行機構調節過程中沒有卡澀。全行程運行自如（在制造廠要進行氣動調試）。

（7）檢查導葉小于外端面與支架外端面止口尺寸179.7mm；檢查每個導葉小于A外端面到支架B面的尺寸12.7mm。做好標識、標記、序號。如圖3所示。

（8）檢查裝配的導葉小于銷軸及鉸鏈，并對其進行角度調整，導葉噴嘴最小限位間距：3.0mm,最大間距：26mm。-15°≤（膨脹機導葉噴嘴機構調節范圍）≤ +10°

（9）同時噴嘴導葉在同一開度位置時，每個葉片之間距誤差不大于±0.2mm以滿足使用要求。冷態下轉動驅動桿，導葉噴嘴及鉸鏈、驅動環開關靈活。

（10）對上述裝配完的所有零部件拆下，清理、清洗。

（11）對回裝的所有零部件涂上潤滑脂，按試裝時所編的序號各件進行回裝，調整、調試。重新檢測各部尺寸及公差要求，填好裝配檢驗報告。

圖4 噴嘴導葉裝配圖

4 結語

通過對上述噴嘴機構上的各零部件回裝、調試，基本上達到原設計參數要求。即噴嘴導葉、鉸鏈、驅動環轉動靈活；各相鄰噴嘴導葉出口端限位間距最小在3±0.2mm；最大間距26mm。噴嘴導葉A面到支架端面B距離12.7mm，其配合間隙在0.15～0.20mm。從這次檢修是成功的，分析原因路徑是正確的，得到用戶的認可。

[1]機械設計手冊[M].機械工出版社.

[2]景思睿,張明遠.流體力學[M].西安交通大學出版社.

[3]API672.石油、化工和氣體工業用組裝型整體齒輪增速離心式空氣壓縮機.

[4]JB/T6443.4-2006.石油、化學和氣體工業用軸流、離心壓縮機及膨脹機-壓縮機第4部分:膨脹機-壓縮機.