[科普中國]-中央噴嘴

中間噴嘴閥箱蒸汽參數(shù)為蒸汽溫度400℃左右，蒸汽壓力大于5MPa。采用幾只噴嘴閥和與相對應(yīng)的幾組噴嘴組及1只旁通閥的結(jié)構(gòu)。常應(yīng)用于高壓汽輪機中。

結(jié)構(gòu)該型高壓汽輪機主機設(shè)計采用定參數(shù)運行，即低工況時蒸汽參數(shù)與高工況一致。中間噴嘴閥箱蒸汽參數(shù)為蒸汽溫度400℃左右，蒸汽壓力大于5MPa。采用幾只噴嘴閥和與相對應(yīng)的幾組噴嘴組及1只旁通閥的結(jié)構(gòu)。高壓汽輪機汽缸為鑄焊結(jié)構(gòu)，在汽缸上部焊有左、右及中間3只噴嘴室，中間噴嘴室與閥箱鑄成一體。

中間噴嘴室安裝1#、3#2只噴嘴閥，噴嘴室材質(zhì)為鉻鉬合金。1

裂紋原因分析檢修某型高壓汽輪機主機噴嘴閥時，發(fā)現(xiàn)前、后主機中間噴嘴室內(nèi)腔底部各有1條裂紋。裂紋方向大體平行于兩噴嘴閥中心連接，向后偏離閥座邊緣約15mm，在噴嘴閥座面向立壁過渡的圓弧面上，前主機裂紋長約180mm，后主機裂紋長約220mm。

裂紋產(chǎn)生的原因分析1） 主機在低工況工作時使用了較高的設(shè)計蒸汽參數(shù)，在初始啟動條件下，閥箱熱應(yīng)力加大，易誘發(fā)熱疲勞損傷。

2） 由于閥箱鑄鋼件本身組織和結(jié)晶特點所限，可能存在不可避免的內(nèi)部缺陷。

3） 主機使用強度大且啟停頻繁，尤其在緊急快速啟動情況下易強化疲勞熱應(yīng)力。

裂紋產(chǎn)生后的強度分析如果裂紋的深度小于10mm，進行有限元理論分析靜強度計算，即僅對閥箱內(nèi)表面施加工作壓力，計算所得的應(yīng)力值只是由內(nèi)表面壓力引起。本計算在模型出現(xiàn)裂紋處的缸壁上打磨掉10mm，并對剩余厚度結(jié)構(gòu)進行靜強度計算。

1） 建立數(shù)學(xué)模型。

噴嘴閥箱為左右對稱結(jié)構(gòu)，計算時的幾何模型為噴嘴閥箱的一半。劃分網(wǎng)絡(luò)采用四面體單元，對于結(jié)構(gòu)突變的位置進行了細(xì)分，并把模型的內(nèi)壁去掉10mm。網(wǎng)絡(luò)模型劃分了8萬個左右單元。

2） 邊界條件給定。

本模型計算所采用的約束設(shè)在本閥箱與汽缸連接的焊接處，3個自由度都進行約束，中間對稱結(jié)構(gòu)面采用垂直對稱面的自由度進行約束。所加載荷僅為閥箱內(nèi)表面施加的壓力，計算時并沒有加載溫度場以及沒有考慮管道推力和調(diào)節(jié)部套的重量。

3） 計算和計算結(jié)果。

通過計算，得到打磨處中間位置應(yīng)力最大，最大應(yīng)力大小為58.184MPa。裂紋處打磨去10mm后剩余厚度部分的強度可以滿足使用要求，可不做進一步處理。如果裂紋深度超出10mm，則強度不夠，采用補焊辦法來處理，補焊過程中可能會引起閥座等部位變形，影響到閥座密封，所以焊后應(yīng)復(fù)查閥頭、閥座研磨封線的密封情況，如果有變形需要重新研磨密封線，保證噴嘴閥的密封性。

修復(fù)解決方案1） 在裂紋中間部位或無損檢測點處作試探性鉆孔，孔徑D10mm以下邊鉆邊觀察，至無裂紋為止。試探性鉆孔，可測量裂紋深度。測得前艙主機裂紋深度最深9mm，后艙主機裂紋深度最深15mm。為保險起見，對小于10mm的前艙主機裂紋同樣和后艙主機一樣采取補焊的方法進行修復(fù)。

2） 沿裂紋走向清理和鏟磨裂紋，在保證補焊量最小的情況下，沿裂紋走向開槽并適當(dāng)加工出焊接坡口，在保證質(zhì)量和操作方便的情況下，焊接坡口應(yīng)盡量小，以減少焊接量，坡口的形狀不應(yīng)有急劇變化，表面平整，底部平緩無尖角。并將坡口及周圍10～15mm范圍去除銹斑油污等影響焊接質(zhì)量的污物，并把噴嘴室內(nèi)腔打磨光滑，在裂紋兩端打止裂孔（孔徑D10mm以內(nèi)，以裂紋端為圓心，一半孔在裂紋上，一半孔在未裂紋部分）防止裂紋擴展。在采用鏟磨和補焊過程中，為了防止消除裂紋或補焊過程中有金屬碎屑等雜物掉入噴嘴組內(nèi)，必須按閥座內(nèi)孔尺寸制作橡膠板封堵盤 （ 要有少量過盈） ，封堵后四周用黃干油密封，將法蘭口等處保護，避免電弧打傷。經(jīng)著色探傷檢查確認(rèn)裂紋消除后，鏟磨工作結(jié)束才可施焊。

3） 分層焊接，每層焊縫金屬及熱影響區(qū)焊后進行著色檢查，不允許存在裂紋、未熔合以及低于母材表面質(zhì)量要求的夾渣、氣孔等缺陷。由于焊接應(yīng)力和變形直接影響著結(jié)構(gòu)的修理質(zhì)量和使用性能，必須錘擊焊縫可使焊縫金屬得到適當(dāng)延展，從而減少應(yīng)力和變形，每道焊縫進行錘擊，錘擊的程度以肉眼可見的錘印為準(zhǔn)，并且錘印密集。最后打磨光滑過渡圓弧角，檢查閥的氣密性，最后做好清潔工作。1

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

耿彩芳 - 副教授 - 中國礦業(yè)大學(xué)