1. 大型CCPP發(fā)電機煤壓機密封件特性

邯鋼150MWCCPP發(fā)電煤氣壓縮機機組為燃氣輪機提供燃料，屬于CCPP裝置中非常重要的機組，機組型號為MCL1805+MCL1406。在世界范圍內(nèi)屬于非常大的離心機。通過對介質(zhì)組份(主燃料和值班燃料)、溫度范圍、顆粒物及GE Nuovo Pignone和現(xiàn)場實物進行分析，GE機組原密封形式為：可磨耗封嚴涂層密封，密封基體為鋼，涂層為鋁硅-聚苯酯(AlSi-polyester)。小間隙是可磨耗封嚴涂層密封的最大特點，不僅能提升機組的運行效率，降低整個裝置的能耗水平、氣體溫度，而且可以延長設(shè)備工作壽命。據(jù)有關(guān)資料顯示，美國GE公司通過間隙控制來提高燃氣渦輪發(fā)動機性能，平均每個密封部位降低熱耗0.2%~0.6%，功率輸出提高0.3%~1%。這種密封技術(shù)首先從燃氣輪機壓氣機葉頂和機匣配合處逐步發(fā)展到透平機械轉(zhuǎn)定子之間密封涂層。

可磨耗封嚴涂層一般是由一定比例的金屬相、具有潤滑作用的非金屬相及較多的空隙組成，采用熱噴涂技術(shù)在密封表面噴涂鋁硅-聚苯酯涂層，與葉輪口圈、級間密封形成一組可磨耗的密封層。

2. 進口機組密封部件的國產(chǎn)化改造

通過對進口機組密封技術(shù)研究，對目前較完善的幾種密封技術(shù)使用環(huán)境及技術(shù)工藝進行分析，結(jié)合國內(nèi)專業(yè)廠商進行技術(shù)攻關(guān)，最終確定采用等離子熱噴涂技術(shù)的修復(fù)方案，在機組原有密封體上噴涂適用工作環(huán)境的專有的涂層材料，然后精加工達到機組密封技術(shù)參數(shù)要求，完成對密封件的修復(fù)工作，實現(xiàn)了該部件的國產(chǎn)化改造（圖1）。

熱噴涂技術(shù)比較成熟，該技術(shù)應(yīng)用在機組密封部件中關(guān)鍵是涂層材料的選擇及施工工藝參數(shù)的確定等。此方案的修復(fù)施工工期較短，工期為15 d，能夠滿足機組檢修總工期需求。

2.1 可磨耗封嚴涂層材料

目前國內(nèi)外已有幾十種可用于不同工況的可磨耗封嚴涂層粉末。根據(jù)機組運行實際參數(shù)，確定使用鋁硅-聚苯脂涂層 (AlSi-ployester)，此工藝是雙層結(jié)構(gòu)，粘結(jié)層Metco 450NS鎳鋁粉(Ni5Al) 層厚0.1~0.15 mm；封嚴涂層Metco601NS鋁硅聚苯酯 (AlSi-ployester) 層厚1~2 mm。

涂層抗拉結(jié)合強度是指涂層與基體之間單位面積從基體材料上剝落所需要的力，是檢測涂層性能重要的指標(biāo)。鋁硅-聚苯酯涂層具有良好的耐腐蝕性、抗沖刷性、自潤滑性等特點，其硬度為40~60，使用溫度可達325 ℃，已被廣泛用于航空航天發(fā)動機。因此，一般采用航標(biāo)HB7236—95熱噴涂結(jié)合強度實驗方法(杯突試驗)測試鋁硅-聚苯酯涂層的結(jié)合強度。

2.2 熱噴涂技術(shù)

熱噴涂技術(shù)因操作簡單、速度快、效率高，已成為可磨耗封嚴涂層重要的制備方法之一，其中常用的封嚴涂層的熱噴涂技術(shù)有：火焰噴涂（Combustion Flame Spraying）、爆炸噴涂（Detonation）、等離子噴涂（Plasma Spraying）和超音速火焰噴涂（High-Velocity Oxygen Fuel）等。根據(jù)各種熱噴涂技術(shù)的特點，結(jié)合此次密封結(jié)構(gòu)形式需求，選擇等離子噴涂工藝技術(shù)(Ar和H2混合氣)。等離子噴涂技術(shù)是利用等離子焰流作為熱源，將待噴涂的材料加熱至熔融狀態(tài)，并在高速等離子焰流的推動下，高速撞擊到工件表面上，經(jīng)淬冷后形成涂層，具有工藝效率高、涂層質(zhì)量好的特點，原理示意圖見圖2。

等離子噴涂工藝對噴涂結(jié)合面的設(shè)計有嚴格要求，要根據(jù)密封件配合情況設(shè)計合理的結(jié)合面，結(jié)合面設(shè)計要求見圖3。同時要注意噴涂時應(yīng)選擇法相方向噴涂，避免噴涂方向與結(jié)合面平行。

3. 可磨耗封嚴涂層密封實施

3.1 來件檢查

目視檢查零件表面應(yīng)無碰傷、劃痕，并做好相應(yīng)的記錄。檢查零件噴涂部位的尺寸應(yīng)與圖紙及工藝要求相符。

3.2 除油

用毛刷蘸石油醚對零件進行刷洗，徹底除去零件表面上的油污及其他雜物。零件除油后自然晾干或用干凈的壓縮空氣吹干。

3.3 噴砂前保護

根據(jù)零件圖紙的要求，用壓敏膠帶保護好零件的非噴砂表面，或用專用噴砂夾具進行保護，要確保非噴砂表面不受損傷。膠帶或夾具不得遮蔽噴砂面。

3.4 噴砂

使用相同的噴砂機和相同的參數(shù)對零件和試樣進行噴砂，噴砂機噴砂參數(shù)見表1。

噴砂后零件保存注意事項：

（1）噴砂后的零件表面應(yīng)是均勻無金屬光澤的粗糙表面，不允許有漏吹或過吹現(xiàn)象，不允許有油污、水痕和其它附著物。用經(jīng)過油水分離器的、潔凈的壓縮空氣吹去噴砂后合格零件表面的浮塵。

（2）嚴禁赤手接觸噴砂后的表面，噴砂后的零件應(yīng)保持良好的清潔狀態(tài)，避免噴砂表面污染（如手印、各種沾染凝聚物等）。

（3）噴砂后的零件要求在2 h內(nèi)進行噴涂。噴砂后的零件經(jīng)檢驗合格后方可進行下一道工序。如不合格，重新噴砂。

3.5 噴涂前保護

采用專用夾具、高溫壓敏膠帶或其它耐熱遮蔽物，對易受噴涂侵害的非噴涂表面進行保護。保護物在噴涂過程中不允許對噴涂面有遮擋。

3.6 噴涂零件

將零件固定在工作臺方便操作的位置上。將零件固定牢固，防止在噴涂過程中零件從工作臺上掉落。采用Metco9M等離子噴涂設(shè)備對噴涂區(qū)域進行噴涂NiAl底層和噴涂Metco601NS面層。

噴涂過程中應(yīng)注意：（1）噴涂應(yīng)連續(xù)進行，但在測量涂層厚度和降低零件溫度時，允許中斷噴涂，每次中斷時間不能超過2 h，中斷時可以采用強制風(fēng)冷冷卻零件，注意冷卻時不能污染涂層。（2）為了防止零件和涂層過熱，在噴涂過程中應(yīng)使用干凈的壓縮空氣冷卻零件，零件的溫度不應(yīng)超過200 ℃。（3）用清潔、干燥的壓縮空氣將零件表面的浮塵清除，檢查壓敏膠帶或夾具對零件非噴涂表面的保護，注意觀察保護物在噴涂過程中不允許對噴涂面有遮擋。（4）噴涂過程中檢查涂層厚度和外觀，保證涂層質(zhì)量。

3.7 清理

噴涂完畢，拆除噴涂保護夾具或保護膠帶，用銼刀、毛刷等工具清除零件非噴涂表面所有的附著物及涂層的“飛邊”。修整涂層“飛邊”時應(yīng)朝基體方向小心打磨，然后將零件放回箱中，等待檢驗。

3.8 檢驗

涂層檢查包括：（1）外觀檢查：表面平整、均勻、無裂紋或翹起、無剝落、鼓泡、碰劃傷等缺陷；涂層顏色一致，無過熱變色現(xiàn)象。（2）涂層厚度應(yīng)合格，非噴涂表面不得污染。檢驗合格后，將零件裝入零件箱，填寫流水作業(yè)卡片，做好工作記錄。

4. 結(jié)束語

（1）通過技術(shù)攻關(guān)，進口機組密封部件實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，不僅檢修工期短，而且節(jié)省了采購費用，為邯鋼創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

（2）可磨耗封嚴涂層材料的選擇，根據(jù)工藝需求，確定封嚴涂層及粘結(jié)層的材料種類及涂層厚度及后續(xù)熱處理工藝等。

（3）可磨耗封嚴涂層噴涂技術(shù)及噴涂工藝參數(shù)的確定。等離子噴涂技術(shù)工藝參數(shù)，如電流、噴涂距離、噴涂速度、噴涂程序和噴涂后的消應(yīng)力溫度曲線等，直接影響涂層的使用性能。

參考文獻

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文章來源——金屬世界