汽輪機(jī)通流控制

哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司項(xiàng)目服務(wù)處2023年4月27日汽輪機(jī)機(jī)組安裝時(shí)通流間隙控制前言汽輪發(fā)電機(jī)總功率為1000兆瓦的電站，每年約耗用標(biāo)準(zhǔn)煤230萬(wàn)噸。如果熱效率（熱耗值）絕對(duì)值能提高1%，每年可節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤6萬(wàn)噸。因此，汽輪機(jī)機(jī)組本身的效率受到各電廠高度重視。為了提高汽輪機(jī)熱效率，除了不斷改進(jìn)葉型設(shè)計(jì)(以減少流動(dòng)損失)和降低閥門及進(jìn)排汽管損失以外，安裝過(guò)程中汽輪機(jī)機(jī)組通流間隙的控制也是提高汽輪機(jī)效率（熱耗值）的重要手段。1通流間隙測(cè)量條件2通流間隙測(cè)量工具3通流間隙測(cè)量方法4通流間隙的調(diào)整5通流間隙的控制6實(shí)例目錄1.通流間隙測(cè)量條件1.推力軸承裝配合格，推理間隙符合制造廠設(shè)計(jì)要求，并組合好上下半，使推力瓦工作面處于承力的位置，即使推力盤與推力軸承的工作瓦塊壓緊。見(jiàn)圖182.轉(zhuǎn)子處于K值位置,即第一級(jí)隔板與第一級(jí)動(dòng)葉的軸向間隙K值符合制造廠設(shè)計(jì)要求。見(jiàn)圖23.轉(zhuǎn)子對(duì)輪連接時(shí)的張口值和錯(cuò)口值符合制造廠設(shè)計(jì)要求。見(jiàn)圖3方案聯(lián)軸器號(hào)張口值（mm）錯(cuò)位值（mm）中間軸跟低壓轉(zhuǎn)子連接2–30.1778-0.40644–X用螺釘連接在一起X–50.155240.2032中間軸跟發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子連接2–30.1778-0.40644–X0.22860.5888X–5用螺釘連接在一起

4.通流部分間隙的測(cè)量應(yīng)在汽缸及各級(jí)隔板全部就位且找好中心后進(jìn)行。見(jiàn)圖4在此緊密配合

蒸汽密合面5.所測(cè)量部位應(yīng)無(wú)飛邊﹑毛刺，汽封齒應(yīng)無(wú)倒斜現(xiàn)象，如有應(yīng)加以修正。見(jiàn)圖56.汽封弧段應(yīng)靈活無(wú)卡澀，且退讓自如，無(wú)變形（內(nèi)張口或外張口）。見(jiàn)圖6yi高壓隔板汽封動(dòng)葉頂汽封7.轉(zhuǎn)子測(cè)通流部位無(wú)飛邊﹑毛刺及錯(cuò)口現(xiàn)象。轉(zhuǎn)子裝配機(jī)加后進(jìn)行動(dòng)平衡，可能產(chǎn)生錯(cuò)口現(xiàn)象。見(jiàn)圖7

圖78.每段汽封弧段在兩端四處用木楔固定，使軸向、徑向定位面無(wú)間隙。見(jiàn)圖82.通流間隙測(cè)量工具10等分刻度1刻度0.05mm約1.各通流級(jí)軸向間隙用塞塊，楔形尺（稍尺）和塞尺組合測(cè)量。圖92.各通流級(jí)徑向間隙用測(cè)量鉛絲的千分表或游標(biāo)卡尺測(cè)量。見(jiàn)圖10千分尺游標(biāo)卡尺3.通流間隙測(cè)量方法1.軸向通流間隙測(cè)量：轉(zhuǎn)子定位后,用塞塊和塞尺或塞塊和楔形尺組合測(cè)量，在汽缸下半水平中分面左右兩側(cè)測(cè)各級(jí)通流間隙.見(jiàn)圖11塞塊楔形尺在兩側(cè)總共四個(gè)位置在放鉛絲后打入楔形塊放入鉛絲以滿足汽封齒的不規(guī)則性帶有一定余量。在中心上放置鉛絲（正頂和正底）楔形塊用帶子粘上隔板2.各通流級(jí)徑向間隙測(cè)量用貼膠布，壓鉛絲和塞尺結(jié)合測(cè)量。即左右用塞尺測(cè)量，其他用壓鉛絲或貼膠布測(cè)量。見(jiàn)圖12鉛絲徑向汽封齒的測(cè)量位置鉛絲量規(guī)3.檢查千分表的測(cè)量邊應(yīng)無(wú)間隙并調(diào)整顯示為零，放入壓扁的鉛絲并利用千分表的彈簧力使測(cè)量邊與鉛絲凹痕處配合，此時(shí)表計(jì)顯示的數(shù)據(jù)即為間隙值。見(jiàn)圖134.軸向徑向通流間隙測(cè)量應(yīng)在轉(zhuǎn)子為0、90位置上各測(cè)量一次，記錄每次數(shù)據(jù)。見(jiàn)圖144.通流間隙的調(diào)整1.軸向通流間隙超差，可通過(guò)調(diào)整推力軸承內(nèi)的調(diào)整墊片，或調(diào)整轉(zhuǎn)子間的對(duì)輪墊片厚度尺寸，或調(diào)整K值，個(gè)別超差較大無(wú)法調(diào)整的可采用機(jī)加方法處理。見(jiàn)圖152.徑向通流間隙超差：用修刮或車削汽封齒的辦法修正徑向間隙.不允許用捻擠方法。如徑向間隙過(guò)大，可采取修汽封背?。ㄓ帽郴C(jī)加工）的辦法,或更換汽封片后車削達(dá)到間隙要求；如徑向間隙過(guò)小，可采取修汽封齒（用修齒機(jī)加工），一般不采取手工修復(fù)處理。見(jiàn)圖16a修配部位修配部位5.通流間隙的控制1.制造廠在機(jī)組的徑向通流間隙方面都留有現(xiàn)場(chǎng)修配量（一般為單面0.50mm），軸向通流間隙是制造廠配準(zhǔn)的。2.測(cè)量人員應(yīng)具備一定基本素質(zhì)和測(cè)量經(jīng)驗(yàn)，采用自檢，互檢（電建單位）和專檢（監(jiān)理單位）相結(jié)合的方式。3.所選用的測(cè)量工具應(yīng)滿足測(cè)量要求，且所使用的工具在有效使用內(nèi)（在校驗(yàn)期內(nèi)使用）。

4.推力軸承的工作面應(yīng)處在工作狀態(tài)（即推力面無(wú)間隙），使轉(zhuǎn)子定位，通流間隙的基準(zhǔn)值K值真實(shí)可信。5.軸向通流間隙測(cè)量時(shí)，汽缸內(nèi)各部套定位面應(yīng)無(wú)間隙，必要時(shí)可在非定位面加入木楔定位。6.徑向通流間隙測(cè)量時(shí)，每個(gè)汽封弧段兩端四處都應(yīng)用木楔塞緊，使汽封定位面無(wú)間隙。

7.帶有可傾軸承的機(jī)組，側(cè)通流時(shí)應(yīng)將轉(zhuǎn)子處于中心位置，可在軸承中分面左右塞入銅楔或鋁楔，是轉(zhuǎn)子處于中心。8.通流間隙采用半實(shí)缸測(cè)量，全實(shí)缸驗(yàn)收，同時(shí)應(yīng)考慮汽缸及各部套垂弧的影響。轉(zhuǎn)子汽缸隔板都存在撓度。

9.汽輪機(jī)的汽封片和汽封弧段在吊裝，運(yùn)輸，保管上要注意，避免造成汽封片倒伏，掉齒和弧段變形。10.汽輪機(jī)的滑銷系統(tǒng)安裝，軸系振動(dòng)的控制對(duì)已運(yùn)行的機(jī)組通流間隙也有影響。如機(jī)組振動(dòng)較大應(yīng)降低振動(dòng)值。哈汽公司采取的措施

1.對(duì)哈汽公司制造的汽輪機(jī)機(jī)組規(guī)定機(jī)組徑向通流間隙按設(shè)計(jì)公差下限0～-0.10mm執(zhí)行。2.在安裝現(xiàn)場(chǎng)具備精測(cè)通流時(shí)，哈汽廠派專業(yè)質(zhì)檢人員同現(xiàn)場(chǎng)人員共同檢測(cè)。

3.現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)代表將最終測(cè)得的通流數(shù)據(jù)反饋到哈汽研究院進(jìn)行確認(rèn)。6.實(shí)例哈汽公司與東芝公司聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)超超臨界百萬(wàn)機(jī)組安裝在國(guó)電泰州電廠，目前兩臺(tái)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)良好。

該機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)安裝中對(duì)機(jī)組的通流間隙控制非常好，安裝過(guò)程中每個(gè)控制點(diǎn)都有現(xiàn)場(chǎng)TA確認(rèn)，尤其是機(jī)組通流間隙控制點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)安裝單位將機(jī)組實(shí)缸狀態(tài)各級(jí)隔板變化量測(cè)出數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)TA將設(shè)計(jì)值和隔板變化量重新修正成目標(biāo)值；現(xiàn)場(chǎng)通流間隙測(cè)量采用壓鉛絲方法，測(cè)量過(guò)程中現(xiàn)場(chǎng)TA在現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督測(cè)量，最終通流間隙數(shù)據(jù)由現(xiàn)場(chǎng)TA簽字確認(rèn)。汽輪機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)

四缸四排汽機(jī)組

48英寸末葉噴嘴調(diào)節(jié)高中壓聯(lián)合啟動(dòng)單位工程名稱汽輪發(fā)電機(jī)本體安裝工程分部工程名稱汽輪機(jī)本體安裝分項(xiàng)工程名稱低壓內(nèi)缸隔板（套）、汽封（套）、分流環(huán)、導(dǎo)流環(huán)安裝分段工程名稱低壓缸通流部分間隙測(cè)量調(diào)整

測(cè)量數(shù)據(jù)

級(jí)數(shù)測(cè)量點(diǎn)圖形編號(hào)左下右上LPSTG23AT設(shè)計(jì)值1.401.601.802.002-B-g目標(biāo)值1.401.501.802.100.10實(shí)測(cè)值1.451.701.852.15LPSTG22AT設(shè)計(jì)值1.401.601.802.002-B-g目標(biāo)值1.401.451.802.250.15實(shí)測(cè)值1.651.671.952.23LPSTG21AT設(shè)計(jì)值1.001.401.401.702-B-g目標(biāo)值1.001.251.401.85

0.15實(shí)測(cè)值1.051.361.552.00LPSTG20AT設(shè)計(jì)值1.001.401.401.702-B-g目標(biāo)值1.001.201.401.900.20實(shí)測(cè)值1.051.201.501.95LPSTG19AT設(shè)計(jì)值1.001.401.401.702-B-g目標(biāo)值1.001.151.401.950.25實(shí)測(cè)值1.051.151.552.00國(guó)電泰州電廠1#運(yùn)行數(shù)據(jù)運(yùn)行數(shù)據(jù)都在設(shè)計(jì)理想范圍內(nèi)國(guó)電泰州電廠1#熱力試驗(yàn)摘要熱耗7347.73低于保證值18.27KJ/KW.h最大出力1064.16MW達(dá)到設(shè)計(jì)要求國(guó)電泰州電廠2#熱力試驗(yàn)摘要熱耗7352.98低于保證值13.02KJ/KW.h最大出力達(dá)到設(shè)計(jì)要求百萬(wàn)超超機(jī)組熱耗比60萬(wàn)超超機(jī)組低66KJ/KW.h比60萬(wàn)超臨界機(jī)組低208.7KJ/KW.h感謝各位專家！第一部分電廠汽輪機(jī)與鍋爐金屬材料簡(jiǎn)介引言從目前世界火力發(fā)電技術(shù)水平來(lái)看，發(fā)電機(jī)組的大型/超大型化和高工作參數(shù)為電力工業(yè)帶來(lái)了高經(jīng)濟(jì)性和高效率，先進(jìn)汽輪發(fā)電機(jī)組的最大單機(jī)功率高達(dá)1500MW；超超臨界機(jī)組的效率比亞臨界機(jī)組提高了近12%。等效可用系數(shù)超過(guò)了95%，強(qiáng)迫停機(jī)率<0.5%。在重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組方面，美國(guó)、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在過(guò)去半個(gè)世紀(jì)中所取得的進(jìn)步是驚人的：

單機(jī)功率提高了近30倍；壓氣機(jī)壓比提高了近4倍；聯(lián)合循環(huán)效率超過(guò)60%；

葉片壽命高達(dá)2.4萬(wàn)小時(shí)；

可靠性接近94%~96%；整機(jī)壽命將近30年；然而，在服役條件不斷挑戰(zhàn)物理極限的情況下，從亞臨界機(jī)組到超臨界、超超臨界機(jī)組，每一次機(jī)組容量的擴(kuò)充和工作參數(shù)的飛躍，整機(jī)效益每一個(gè)百分點(diǎn)的提高，都意味著材料、結(jié)構(gòu)、軸系、支承和系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)與突破。目前，在先進(jìn)汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組中，數(shù)十米跨度的大型軸系必須保證在超6~7階軸系臨界轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行；重型燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)機(jī)組中的透平工作溫度已經(jīng)提高到目前的1430~1500℃。提高火力發(fā)電廠效率的主要途徑是提高工作介質(zhì)（蒸汽）的參數(shù)，即提高蒸汽溫度和壓力。發(fā)展超臨界（ＳＣ）和超超臨界（ＵＳＣ）火電機(jī)組，提高蒸汽參數(shù)對(duì)提高火力發(fā)電廠效率的作用是十分明顯的。隨著蒸汽溫度和壓力的提高，電廠鍋爐的效率在大幅度提高，供電煤耗大幅度下降，汽輪機(jī)的高溫高壓的工作環(huán)境，這些設(shè)備遇到的主要技術(shù)難題是金屬材料耐高溫、耐高壓?jiǎn)栴}。第一章鍋爐用鋼超超臨界機(jī)組的關(guān)鍵部位是高溫高壓蒸汽管道、集箱、過(guò)熱器、再熱器和水冷壁管等，這些都涉及到蠕變強(qiáng)度的問(wèn)題。而且，管道和集箱等大部件還得面對(duì)由于熱應(yīng)力而造成的疲勞問(wèn)題。相對(duì)于奧氏體不銹鋼而言，鐵素體和馬氏體鋼由于低熱膨脹系數(shù)和高導(dǎo)熱性而優(yōu)先采用。早期超超臨界采用奧氏體鋼的主要問(wèn)題是熱疲勞問(wèn)題。最近幾十年的研究集中于開(kāi)發(fā)能夠替代奧氏體鋼的低成本高強(qiáng)度鐵素體鋼，并已經(jīng)開(kāi)發(fā)了具有良好焊接性能和斷裂韌性且能夠用于620℃的鐵素體鋼。鍋爐全貌

過(guò)熱器和再熱器管材料需要具有高蠕變強(qiáng)度、熱疲勞強(qiáng)度、良好焊接性能、向火側(cè)耐腐蝕和蒸汽側(cè)耐氧化能力，一般采用鐵素體和馬氏體鋼。然而，這些鋼種中最好的理論上能用于管壁溫度620℃，但是在593℃左右由于向火側(cè)腐蝕原因而受到限制。大量管子中沉積的液態(tài)堿、硫酸鹽能加速對(duì)鐵素體鋼的腐蝕，這在美國(guó)尤其突出，因?yàn)槊绹?guó)煤種中含硫量比較高。因此美國(guó)較少采用高強(qiáng)鐵素體不銹鋼如T91，低溫下采用T22，而在高溫下一般采用SS304H或SS347。

過(guò)熱器對(duì)水冷壁而言，一方面高臨界壓力和爐膛的高溫將提高水冷壁溫度至臨界點(diǎn)，這將導(dǎo)致易焊接的低合金鋼（如T111．25Cr，0.5Mo）在蠕變強(qiáng)度方面是不夠的。理論上高強(qiáng)度鋼如T91是可以的，但T91需要焊后熱處理。另一方面是腐蝕問(wèn)題，最近研究表明，采用二次風(fēng)，改進(jìn)型低NOx燃燒系統(tǒng)，低合金鋼腐蝕能達(dá)到2mm/y，因此必須使用易焊接的含Cr高強(qiáng)度合金來(lái)減少或消除腐蝕。水冷壁管第一節(jié)聯(lián)箱和蒸汽管道材料１聯(lián)箱和蒸汽管道所需材料特性：管道里的蒸汽溫度是比較均勻的，但聯(lián)箱里的溫度分布與時(shí)間和地點(diǎn)有關(guān)。因此，相對(duì)于管道而言，聯(lián)箱材料就需要更高的熱疲勞強(qiáng)度。管道更要考慮自重所引起的應(yīng)力。最重要的不同點(diǎn)是聯(lián)箱與過(guò)熱器和再熱器管連接的進(jìn)口處有很多焊口，而出口有很多與管道交叉在一起。根據(jù)各自的條件，聯(lián)箱、過(guò)熱器和再熱器管選擇不同的材料，必然要涉及到異種鋼的焊接問(wèn)題。低過(guò)出口聯(lián)箱聯(lián)箱套管式余熱回收設(shè)備聯(lián)箱和管道在美國(guó)一般采用低合鋼如P11和P22，目前，在P11和P22基礎(chǔ)上又開(kāi)發(fā)出了能工作在593℃的新鋼種，包括HT9、HT91、HCM9M、HCM12和P91。HT9和HT91在500~600℃范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作超過(guò)105h。德國(guó)、比利時(shí)、荷蘭、南非等國(guó)家，在蒸汽溫度540℃，某些部位溫度達(dá)560~580℃的情況下用了超過(guò)20年。在某些特殊場(chǎng)合焊接和焊后熱處理過(guò)程中也存在問(wèn)題。含Ｃ量的提高和相對(duì)低Ｍｓ溫度將促進(jìn)焊后馬氏體的形成、高殘余應(yīng)力、冷裂紋和應(yīng)力集中等。這些問(wèn)題能通過(guò)控制焊前和焊后熱處理溫度來(lái)克服。蒸汽管道

←蒸汽管道材料→日本Fujita發(fā)現(xiàn)9-12Cr、Mo、V、Nb鋼的蠕變斷裂強(qiáng)度能夠通過(guò)用Ｗ替換Mo來(lái)提高30%。由日本鋼種NF61（P92）發(fā)展的9Cr鋼和由P122發(fā)展的12Cr鋼，ASME推薦適用大型構(gòu)件。在歐洲開(kāi)發(fā)了另外一種含Ｗ的合金E911。這些新鋼種在600℃的強(qiáng)度比P91高25%左右。這些鋼允許蒸汽溫度可以達(dá)到620℃，壓力可以達(dá)到34MPa。從P91之后又出現(xiàn)了可以適用于超超臨界機(jī)組工作620℃條件下的鋼種P122、NF616和E911，HCM12、EM12、HCM9M和HT91適合中等溫度（593℃）條件下。在給定溫度下，具有高允許應(yīng)力的材料可以設(shè)計(jì)更薄的水冷壁聯(lián)箱和管子。第二節(jié)水冷壁管材料１焊后熱處理當(dāng)鍋爐在625℃/32MPa下運(yùn)行時(shí)，中間水冷壁墻的最高溫度能達(dá)500~525℃，這意味著標(biāo)準(zhǔn)低合金鐵素體鋼如T11的抗蠕變能力是不夠的。只有T91才合適，但是需要焊后熱處理，這一點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)比較難。兩種由SUMITOMO和MHI開(kāi)發(fā)的含Cr2.5%和12%的鋼種能適應(yīng)這個(gè)條件而且不需要焊前和焊后熱處理。這兩種鋼有著和T91一樣的蠕變強(qiáng)度，特別是2.5%Cr鋼更適用這種場(chǎng)合，這種鋼已經(jīng)被ASME采用并命名為T23。試樣焊縫熔池２水冷壁腐蝕:美國(guó)有幾臺(tái)鍋爐改造時(shí)發(fā)現(xiàn)，低合金鋼水冷壁出現(xiàn)嚴(yán)重腐蝕，達(dá)到1~3mm／Y。超臨界機(jī)組比亞臨界更嚴(yán)重，當(dāng)煤中含Ｓ量超過(guò)1%時(shí)會(huì)更嚴(yán)重。然后含Ｓ量超過(guò)1%時(shí)，在Ｓ和腐蝕速率之間沒(méi)有嚴(yán)格的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)室研究表明煙氣中H2S和CO的存在不能解釋最高腐蝕速率。FeS的存在能加速腐蝕速率。水冷壁腐蝕圖片水冷壁防腐熱噴涂結(jié)論：（１）在鐵素體鋼基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的新鋼種能很好的應(yīng)用在蒸汽溫度在538℃／17MPa條件下。（２）鍋爐管道和聯(lián)箱用鋼需要高蠕變強(qiáng)度?；谶@個(gè)原因，發(fā)展合金集中于含Cr9-12%的鐵素體鋼。在含Cr9-12%的鐵素體鋼中加入Nb、Mo、V、W等產(chǎn)生了３種新型合金P92、P122和E911，能夠工作在620℃／34MPa條件下。含Co和Ｗ的12%Cr新型鋼種NF12和SAVE12可能能應(yīng)用650℃下。初步研究表明，溫度超過(guò)650℃，可能需要奧氏體鋼或者鎳基合金。（３）過(guò)熱器和再熱器管，蒸汽側(cè)抗氧化能力和向火側(cè)抗腐蝕能力是主要的。在溫度超過(guò)565℃高溫時(shí)就需要奧氏體鋼。根據(jù)煤種不同，可能需要高Cr鋼和鍍層鋼。對(duì)于620℃，在無(wú)腐蝕條件下可以采用Super304Ｈ，AA1，17CW-Mo；但在腐蝕條件下，就需要20%～25%Cr鋼，如HR3C，NF709和鍍IN72合金。另外幾種合金Inconel671，NF709、Cr30Ａ和鍍Inconel671（50%）合金可以用于650℃。（４）對(duì)于水冷壁部分，根據(jù)蠕變強(qiáng)度和焊接性可以采用兩種含Cr2.5%和Cr12%的Ｔ23和HCM12合金。純粹從蠕變強(qiáng)度考慮，它們可以用于595～650℃范圍內(nèi)；當(dāng)某些鍋爐含NOx較低，存在向火側(cè)腐蝕時(shí)，這些合金就必須進(jìn)行鍍層，或用Cr18-20%合金表面涂層。第二章汽輪機(jī)用鋼用鋼要求：具有較高的強(qiáng)度，塑性，韌性和良好的疲勞性能；整個(gè)鍛件材料性能均勻；轉(zhuǎn)子鍛件殘余應(yīng)力盡量??；鍛件應(yīng)具有優(yōu)良的導(dǎo)磁性能。常選用鋼種：35CrMoA用于工作溫度為480以下的汽輪機(jī)主軸和葉輪。34CrNi1Mo:工作溫度為400以下的汽輪機(jī)或汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子或葉輪。25Cr2Ni4MoV,26Cr2Ni4MoV鋼:主要用于制造大功率汽輪機(jī)低壓轉(zhuǎn)子和汽輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子，已用于300，600MW機(jī)組。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的材料是按不同的強(qiáng)度級(jí)別選用的。轉(zhuǎn)于用鋼一般都屬于中碳鋼和中碳合金鋼，只有制作焊接轉(zhuǎn)子時(shí)，為了保證焊接性能才適當(dāng)降低含碳量(例如選用17CrMo1V鋼)。汽輪機(jī)←汽輪機(jī)本體汽輪機(jī)緊固件材質(zhì)→功率較大的汽輪機(jī)其轉(zhuǎn)子用鋼都含有一定量的鉻、鎳、鉬、錳等合金元素，加入這些元素可以提高鋼的淬透性，增加鋼的強(qiáng)度，其中鉬可以減小鋼的回火脆性，鉻、鉬、鎢、釩則可提高鋼的熱強(qiáng)性。汽輪機(jī)組功率不同，轉(zhuǎn)子的制造方法也不同，小功率機(jī)組主軸與葉輪分開(kāi)制造，而后用熱套法整裝成轉(zhuǎn)子；中等功率機(jī)組，轉(zhuǎn)子采用一部分葉輪與主軸鍛成一個(gè)整體（一般是高壓段），另一部分葉輪采用熱套法整裝；大功率機(jī)組，高壓轉(zhuǎn)子為整體鍛造，而低壓轉(zhuǎn)子是焊接而成的。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子事故分析：汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的金屬事故主要是葉輪與主軸(轉(zhuǎn)子)的變形與開(kāi)裂。(1)主軸(轉(zhuǎn)子)的變形汽輪機(jī)主軸由于出廠時(shí)殘余應(yīng)力較大，運(yùn)輸或安裝不當(dāng)(熱套時(shí)由于加熱和冷卻不均勻而產(chǎn)生的局部熱應(yīng)力)以及運(yùn)行不良(動(dòng)、靜部件單側(cè)摩擦所造成的局部膨脹)等，均可能引起主軸的變形。當(dāng)主軸(轉(zhuǎn)子)發(fā)生彎曲變形時(shí)，需要進(jìn)行校正，通常稱為“直軸”。對(duì)于小功率汽輪機(jī)碳鋼轉(zhuǎn)子，可采用局部加熱法予以校直。對(duì)于大功率汽輪機(jī)主抽(轉(zhuǎn)子)，則必須采用“松弛法”進(jìn)行校正(2)主袖(轉(zhuǎn)子)的斷裂汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子是高速轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，主軸的斷裂會(huì)造成嚴(yán)重的事故，國(guó)內(nèi)外都曾發(fā)生過(guò)這類事故，必須引起高度的重視。主軸(轉(zhuǎn)子)產(chǎn)生裂紋的原因大致有以下幾種：1)結(jié)構(gòu)不良2)腐蝕介質(zhì)的影響。3)材質(zhì)不良。4)運(yùn)行不當(dāng)。(3)葉輪的變形與開(kāi)裂葉輪的變形破壞了轉(zhuǎn)子的動(dòng)平衡，運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生很大的振動(dòng)，因此，變形后也必須進(jìn)行校正。葉輪，特別是末級(jí)葉輪，在長(zhǎng)期遠(yuǎn)行過(guò)程中鍵槽處容易出現(xiàn)裂紋，當(dāng)裂紋達(dá)到一定深度時(shí)，整個(gè)葉輪會(huì)飛裂。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子大修汽輪機(jī)靜子用鋼及事故分析：工作溫度不同，靜子的材料也就不同。中、小功率氣輪機(jī)的低壓缸還可用灰口鑄鐵或耐熱合金鑄鐵來(lái)制造。對(duì)于工作溫度在425℃以下的氣輪機(jī)的汽缸、隔板、主蒸汽閥等零部件，可以用ZG25鋼鑄造。然后在900℃退火或900℃正火再在650℃回火6~8h。鑄件在機(jī)械加工或補(bǔ)焊后應(yīng)再650～680℃退火6~8h。ZG20CrMo鋼用于工作溫度在500℃以下的汽缸、隔板、主蒸汽閥等，鑄件在900℃正火，650～680℃回火；經(jīng)機(jī)械加工或補(bǔ)焊后應(yīng)在650～680℃退火4～8h。ZG20CrMoV鋼用于工作溫度在540℃以下的汽輪機(jī)靜子，該鋼含有釩元素，因而熱強(qiáng)性有了提高。但是鑄造性能和焊接性能要比ZG20CrMo鋼差一些，應(yīng)嚴(yán)格控制焊前預(yù)熱（300~350℃）和焊后消除應(yīng)力的退火處理。ZG15Cr1Mo1V鋼含鉻鉬比ZG20CrMoV鋼高，因而就有更高的熱強(qiáng)性，可用于制造570℃溫度以下的氣輪機(jī)靜子。其鑄造性能和焊接性能比ZG20CrMoV鋼稍差一些。對(duì)蒸汽參數(shù)為560～580℃、23.5Mpa（240大氣壓）的大功率氣輪機(jī)汽缸則要求用更高的熱強(qiáng)性材料來(lái)制造，國(guó)外是采用ZGCr11MoVB鋼一類的強(qiáng)化型馬氏體耐熱鋼來(lái)制造。汽輪機(jī)靜子(汽缸、隔板、蒸汽室等)部件是在高溫高壓或一定的溫差、壓力差作用下長(zhǎng)期工作的。汽輪機(jī)氣缸汽缸是汽輪機(jī)的重要部件，通常分為上、下兩部分。汽缸工作時(shí)受到氣流的壓力，這種壓力在汽缸的前部最大，沿軸線向后逐漸降低，因此在汽缸壁上所受的力是變化的。汽缸內(nèi)溫度場(chǎng)分布也比較復(fù)雜，例如汽缸前后存在著溫度梯度，在大功率高參數(shù)凝汽式汽輪機(jī)的中壓缸中，從蒸汽入口到出口的溫度差超過(guò)500℃，低壓缸則在真空條件下工作，承受著外部空氣的壓力。汽缸形狀復(fù)雜，尺寸和重量大，從而造成鑄件生產(chǎn)上的困難。在結(jié)構(gòu)上，缸壁較厚，且又厚薄不均勻，拐角多，從法蘭到汽缸的過(guò)渡區(qū)域，截面變化很大，容易產(chǎn)生鑄造缺陷和很大的局部應(yīng)力結(jié)論：（1）足夠高的室溫機(jī)械性能和較好的熱強(qiáng)性。（2）有一定的抗氧化性能，良好的組織穩(wěn)定性和抗熱疲勞能力。（3）具有盡可能好的鑄造性能及良好的焊接性能。

第二部分熱噴涂在電廠中的應(yīng)用第一章熱噴涂技術(shù)

引言隨著工業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，對(duì)各種機(jī)械設(shè)備零件的表面性能要求越來(lái)越高。表面熔融凝固技術(shù)通過(guò)表面涂覆與改性，改變金屬或非金屬表面的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、應(yīng)力狀態(tài)和形態(tài)，使機(jī)械設(shè)備零件適應(yīng)高溫、高壓、高速、重載及腐蝕介質(zhì)、惡劣工況條件工作的需要，有效改善材料表面性能，提高生產(chǎn)力，節(jié)約資源能源，減少環(huán)境污染，改變零部件的外觀，已成為提高產(chǎn)品質(zhì)量和使用壽命的重要制造技術(shù)。受到各工業(yè)部門的重視，現(xiàn)已在航天、航空、冶金、機(jī)械制造、煤炭、電力、石油、化工、紡織等工業(yè)部門得到應(yīng)用。

第一節(jié)熱噴涂技術(shù)概述熱涂技術(shù)最早于1910年由普博士發(fā)明,當(dāng)時(shí)命名：“金屬噴鍍”

1979年9月27—10月1日在美國(guó)Florida州Miami城召開(kāi)第八屆國(guó)際熱噴涂會(huì)議,采用“熱噴涂”,這一名詞,這就是“熱噴涂”名詞的由來(lái)。我國(guó)熱噴涂技術(shù)是從上世紀(jì)五十年代開(kāi)始的,當(dāng)時(shí)由吳劍春和張關(guān)寶在上海組建了國(guó)內(nèi)第一個(gè)專業(yè)化噴涂廠,研制氧乙炔焰絲噴及電噴裝置，并對(duì)外開(kāi)展金屬噴涂業(yè)務(wù)。

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在“八五”期間(1991～1995年包括1996年)，中國(guó)熱噴涂行業(yè)總產(chǎn)值為3億元年左右(包括熱噴涂設(shè)備、材料、施工與技術(shù)服務(wù)、輔助設(shè)備材料等)。1996年，我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值約為7.5萬(wàn)億元(約為9100億美元)，熱噴涂產(chǎn)值約占其0.39/10000。據(jù)國(guó)外有關(guān)材料介紹，近幾年美國(guó)熱噴涂總產(chǎn)值約為20億美元，日本為800億日元，分別占其國(guó)民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值(GNP)的3.6/10000和2.3/10000。熱噴涂產(chǎn)值在GNP重的比值是該國(guó)熱噴涂發(fā)達(dá)與否的重要標(biāo)志。中國(guó)的這個(gè)比值，僅為美國(guó)的11%，日本的17%。這說(shuō)明，中國(guó)的熱噴涂仍處于發(fā)展階段，遠(yuǎn)未達(dá)到成熟和飽和階段，也正因?yàn)槿绱耍瑹釃娡吭谥袊?guó)的市場(chǎng)廣大，機(jī)遇甚多，發(fā)展前景看好。第二節(jié).熱噴涂概念利用熱源將材料加熱至熔化或熔融狀態(tài)，借助氣流高速霧化形成“微粒霧流”，沉積在經(jīng)過(guò)預(yù)處理的工件表面，形成與基體緊密結(jié)合的涂層的一類技術(shù)稱為熱噴涂。第三節(jié).熱噴涂技術(shù)原理

1.熱噴涂技術(shù)原理如下圖所示，在噴涂過(guò)程中，被熱源加熱并被高速氣流霧化的噴涂材料顆粒被噴射到基體表面，和基體發(fā)生撞擊，速度由每秒幾十、幾百米驟然降為零，顆粒由于撞擊而產(chǎn)生巨大的變形鋪展，形成片層狀結(jié)構(gòu)，并迅速冷卻下來(lái)，如下圖所示。熱噴涂技術(shù)原理示意圖

1-基體2-涂層3熱源4-熱噴涂材料L-熔體S-固體噴涂顆粒的變形鋪展在噴涂前，基體經(jīng)過(guò)凈化、粗化預(yù)處理，表面形成了一定的粗糙度，變形鋪展的噴涂顆?？梢澡偳对诖只砻嫔?，形成機(jī)械嵌合作用，和表面結(jié)合在一起，如圖所示。不斷和基體撞擊、變形鋪展的噴涂顆粒互相填塞、堆積而形成噴涂層，如圖所示。噴涂顆粒和基體的結(jié)合涂層的形成3.熱噴涂特點(diǎn)能夠噴涂的材料范圍特別廣；能夠在多種基體材料上形成涂層；一般不受工件尺寸和施工場(chǎng)所的限制；沉積效率高，特別適合沉積后膜涂層；對(duì)基體材料的熱影響?。徽{(diào)整涂層成分比較容易；容易對(duì)制品進(jìn)行局部強(qiáng)化或改性；節(jié)約貴重材料；方便維修。第四節(jié)熱噴涂技術(shù)簡(jiǎn)介熱噴涂(簡(jiǎn)稱噴涂)是利用熱源將噴涂材料加熱熔化或軟化，靠熱源自身的動(dòng)力或外加的壓縮氣流，將熔滴霧化或推動(dòng)熔粒成噴射的粒束，并以一定速度噴射到基體表面形成涂層的工藝方法。在噴涂過(guò)程中或涂層形成后，對(duì)金屬基體和涂層加熱，使涂層在基體表面熔融，并和基體產(chǎn)生擴(kuò)散或互熔，形成與基材冶金結(jié)合的噴焊層，這也是熱噴涂的方法之一，稱為熱噴焊(簡(jiǎn)稱噴焊)。腐蝕從表面開(kāi)始，磨損在表面進(jìn)行，疲勞因表面損傷而顯著加速。作為表面工程技術(shù)重要分支之一的熱噴涂技術(shù)，在鍋爐防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用是科技發(fā)展的必然結(jié)果。目前，在我國(guó)燃煤電廠鍋爐防護(hù)領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的是電弧噴涂技術(shù)。此外，超音速火焰噴涂技術(shù)以及火焰噴涂（焊）技術(shù)也有一定程度的應(yīng)用。1.電弧噴涂技術(shù)電弧噴涂是利用兩根被噴涂的絲材作自耗電極，當(dāng)兩絲材短接將電弧引燃后，只要絲材連續(xù)送進(jìn)，不斷補(bǔ)充熔化并被壓縮空氣吹向工件，就能維持電弧燃燒即噴涂過(guò)程。與其他熱噴涂工藝相比，電弧噴涂設(shè)備簡(jiǎn)單，噴涂成本較低但效率很高，且對(duì)操作人員的要求較低，現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)可重復(fù)性較強(qiáng)。因此，在電廠鍋爐“四管”的現(xiàn)場(chǎng)噴涂防護(hù)中，一般均采用電弧噴涂工藝。電弧噴涂原理圖1-直流電源；2-金屬絲；3-送絲輪；4-導(dǎo)電塊；5-導(dǎo)電嘴；6-空氣噴嘴；7-電弧目前，用于電廠鍋爐“四管”防護(hù)的材料主要分為合金絲材和粉芯絲材兩類。前者以鎳鉻型材料為典型代表。其中，由北京有色金屬研究總院研制成功的Cr含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）在40%～45%之間的高鉻鎳基合金絲材PS45，在國(guó)內(nèi)獲得廣泛應(yīng)用見(jiàn)下圖。非常高的鉻含量使得由該種合金絲材制備的涂層在高溫環(huán)境下能發(fā)生選擇性氧化，在涂層表面形成一層連續(xù)而致密的Cr2O3保護(hù)膜，從而有利于阻止外界腐蝕介質(zhì)的侵入和涂層內(nèi)金屬離子的向外擴(kuò)散。同時(shí)，試驗(yàn)表明，該種涂層材料還具有十分優(yōu)異的抗硫化物（包括SO2、H2S以及硫酸鹽等）腐蝕性能，使其非常適于燃燒高硫煤的煤粉鍋爐以及有著類似工況的零部件的預(yù)防護(hù)。有色金屬研究總院研制的高鉻鎳基合金絲材

PS45以及耐磨粉芯絲材粉芯絲材的出現(xiàn)是對(duì)實(shí)芯合金絲材的有力補(bǔ)充，解決了部分材料不能采用傳統(tǒng)的塑性加工工藝制備成絲材的難題。目前，用于電廠鍋爐防護(hù)的粉芯絲材一般采用低碳鋼或不銹鋼作為外皮，以陶瓷、金屬陶瓷（TiB2/Al2O3、NiCr-Cr3C2和Fe(Cr)3B）等硬質(zhì)耐磨粉末為填料，同時(shí)添加少量的有利于提高結(jié)合強(qiáng)度的元素（如Ni、Al等）。由于這類絲材制備的涂層呈軟基體中包含硬質(zhì)相的結(jié)構(gòu)，因而具有較好的耐磨粒磨損性能，適合耐沖刷涂層使用。在燃煤電廠循環(huán)流化床鍋爐受熱面管道、風(fēng)機(jī)葉輪等部件的耐磨防護(hù)上得到了廣泛的應(yīng)用。2.超音速火焰噴涂技術(shù)超音速火焰噴涂技術(shù)是使助燃?xì)怏w與燃燒氣體在燃燒室內(nèi)燃燒產(chǎn)生高壓火焰，再經(jīng)特制的噴嘴射出高速焰流，從而將送入其中的粉體材料加熱、加速噴射到基體表面形成涂層的方法?？墒褂帽椤⒈?、氫氣和乙炔等作為燃?xì)庖部墒褂貌裼突蛎河偷纫后w燃料。采用超音速噴涂工藝制備的涂層非常致密，結(jié)合強(qiáng)度高（可達(dá)到70MPa以上），具有極低的孔隙率（1%～3%右）。NiCr-Cr3C2是使用超音速火焰噴涂工藝對(duì)電廠鍋爐管壁進(jìn)行防護(hù)時(shí)最常使用的粉體材料，由其制備的涂層顯微硬度可達(dá)到1400HV左右，具有很好的耐磨粒磨損性能見(jiàn)圖。絲材火焰噴涂原理示意圖絲材噴涂設(shè)備但是，由于超音速噴涂系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，運(yùn)行成本和材料成本均遠(yuǎn)高于電弧噴涂工藝，因此目前在國(guó)內(nèi)電廠鍋爐防護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用受到了一定程度的限制。3.粉末火焰噴涂（焊）工藝粉末火焰噴涂是采用氧乙炔火焰為熱源，使用粉末作為噴涂材料的熱噴涂方法。在噴涂過(guò)程中或涂層形成后，對(duì)基體和涂層加熱，使涂層在基體表面熔融，并和基體產(chǎn)生擴(kuò)散或互熔，形成與基材冶金結(jié)合的噴焊層，稱為熱噴焊(簡(jiǎn)稱噴焊)。高速（亞音速）火焰粉末噴涂制備碳化物涂層和火焰噴焊制備NiCrBSi系列噴焊層是兩種在一定范圍內(nèi)得到應(yīng)用的電廠鍋爐防護(hù)工藝。粉末火焰噴涂原理示意圖絲材噴涂設(shè)備第二章熱噴涂技術(shù)在電廠鍋爐防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用

鍋爐是火力發(fā)電廠的重要組成部件，是利用燃煤的熱能將工質(zhì)加熱到一定溫度和壓力的換熱設(shè)備，也稱為蒸汽發(fā)生器。第一節(jié).鍋爐的構(gòu)成鍋爐主要部件和輔助裝置的名稱和作用如下表：第二節(jié)．鍋爐運(yùn)行事故鍋爐是一種特殊的密閉性的熱工設(shè)備。不僅直接受火焰與煙氣的沖刷，而且承受比大氣壓力高的介質(zhì)壓力。因此，鍋爐設(shè)備的安全運(yùn)行直接與國(guó)家財(cái)產(chǎn)、人身安全息息相關(guān)。加強(qiáng)鍋爐的維護(hù)保養(yǎng)，是保證鍋爐安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行非常重要的環(huán)節(jié)之一。一般常見(jiàn)的鍋爐事故有以下幾種：鍋筒爆炸事故、嚴(yán)重缺水事故、嚴(yán)重滿水事故、汽水共騰、受熱面管子破裂、省煤器管破裂、過(guò)熱器管破裂、空氣預(yù)熱器管破裂及爐墻開(kāi)裂或倒塌等。燃煤電廠循環(huán)流化床鍋爐外景以及采用電弧噴涂技術(shù)

對(duì)爐內(nèi)水冷壁管進(jìn)行防護(hù)超音速火焰噴涂燃煤電廠鍋爐水冷壁管電弧噴涂燃煤電廠鍋爐引風(fēng)機(jī)葉輪電廠鍋爐管的現(xiàn)場(chǎng)噴涂第三節(jié)．產(chǎn)生事故的原因我國(guó)電站鍋爐和工業(yè)鍋爐以燃煤為主。1998年，我國(guó)由煤生產(chǎn)的電力份額約占75%。隨著世界范圍內(nèi)對(duì)資源、環(huán)境污染等問(wèn)題重視程度的日益提高，盡管如天然氣、核能以及其他可再生的能源在電力生產(chǎn)中所占的份額會(huì)逐年增加，但據(jù)預(yù)計(jì)直到2050年之前，煤作為我國(guó)電力能源所占的份額都會(huì)超過(guò)50%。而動(dòng)力用煤質(zhì)量偏劣，含灰量和含硫量等均較高，容易造成受熱面沾污、積灰、腐蝕和磨損。我國(guó)發(fā)電廠運(yùn)行的分析資料表明，在發(fā)電廠的設(shè)備事故中，鍋爐事故最多。而在鍋爐事故中，“四管”（指水冷壁管、過(guò)熱器管、再熱器管和省煤器管）爆漏次數(shù)最多?！八墓堋北┘s占鍋爐全部事故的40%~60%，甚至達(dá)70%。第二章熱噴涂技術(shù)在電廠汽輪機(jī)

防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用汽輪機(jī)是火力發(fā)電設(shè)備的主機(jī)之一，國(guó)內(nèi)已投產(chǎn)的大中型汽輪機(jī)不下數(shù)百臺(tái)，隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)展，近幾年，每年都有500