MS9001E型燃機(jī)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸磨損修復(fù)技術(shù)探討

徐金雷，傅洪軍

(溫州燃機(jī)發(fā)電有限公司，浙江 溫州 325013)

1 電廠概況

某電廠#1燃機(jī)采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的MS9001E型燃機(jī)發(fā)電機(jī)，1998年4月投入商業(yè)運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行53 000多小時(shí)，總啟動(dòng)次數(shù)1 900余次。發(fā)電機(jī)由2個(gè)滑動(dòng)軸承支持(#4軸承位于發(fā)電機(jī)傳動(dòng)端，#5軸承位于發(fā)電機(jī)集電端)，由主潤(rùn)滑油系統(tǒng)提供滑油，潤(rùn)滑油為Mobil DTE832。發(fā)電機(jī)運(yùn)行期間進(jìn)行過3次大修。2014年10月首次發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)補(bǔ)氫量增大，經(jīng)多次排查無(wú)明顯外部泄漏點(diǎn)；2015年8月，#1發(fā)電機(jī)漏氫量逐漸增大，在發(fā)電機(jī)潤(rùn)滑油回油擴(kuò)容器中檢測(cè)到氫氣存在，同時(shí)在發(fā)電機(jī)機(jī)膛排油口有少量潤(rùn)滑油排出，且排出的油量有增大趨勢(shì)。

2 原因分析

為查找和解決#1號(hào)發(fā)電機(jī)漏氫、漏油問題，技術(shù)人員對(duì)油氫系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)端蓋及油氫密封瓦進(jìn)行了仔細(xì)檢查，對(duì)軸頸、油氫密封瓦間隙進(jìn)行復(fù)核。停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承有數(shù)條拉傷痕跡，其中#4軸頸拉傷較為嚴(yán)重，拉傷區(qū)域總寬度約75 mm，最大傷痕寬度達(dá)到20 mm，深度0.20 mm左右，如圖1所示。經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)多次檢查和分析，認(rèn)為發(fā)電機(jī)漏氫主要由轉(zhuǎn)子軸頸長(zhǎng)時(shí)間的磨損造成。

圖1 #4軸修復(fù)前拉傷情況

3 修復(fù)方案選擇

類似情況的軸頸修復(fù)工藝主要有微弧焊接、熱噴涂、激光熔覆等。經(jīng)過分析認(rèn)為3種修復(fù)工藝各有優(yōu)缺點(diǎn)[1]，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際進(jìn)行選擇，比較結(jié)果見表1。

綜合考慮3種工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，比較理想的軸頸修復(fù)工藝法是激光熔覆工藝。激光熔覆工藝?yán)酶吣芰考す馐?，使熔覆材料和轉(zhuǎn)子軸頸表面薄層同時(shí)熔化，在軸頸表面凝固形成冶金結(jié)合的激光熔覆層，經(jīng)過精修處理后軸頸恢復(fù)至原尺寸。激光熔覆工藝具有焊接熱影響小，無(wú)熱變形，覆層質(zhì)量穩(wěn)定，結(jié)合強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)[2]。

4 現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)實(shí)施工藝

采取激光表面熔覆方法修復(fù)轉(zhuǎn)子軸頸，需要對(duì)軸頸受損部位進(jìn)行一系列修前檢測(cè)，根據(jù)轉(zhuǎn)子檢查情況進(jìn)行試塊熔覆試驗(yàn)，為激光熔覆加工做準(zhǔn)備。根據(jù)轉(zhuǎn)子磨損情況和現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境條件，專門制定詳細(xì)的修復(fù)工藝和工作程序，如圖2所示。

4.1 設(shè)備安裝和調(diào)試

激光熔覆設(shè)備運(yùn)抵現(xiàn)場(chǎng)后，技術(shù)人員根據(jù)轉(zhuǎn)子重量及機(jī)械尺寸，安裝、調(diào)整激光熔覆機(jī)具及附件，并對(duì)電源控制柜、機(jī)器人、激光發(fā)生器、送粉裝置、干燥機(jī)等相關(guān)設(shè)備進(jìn)行逐一調(diào)試，使設(shè)備均處于良好的工作狀態(tài)[3]。

4.2 測(cè)量及探傷

技術(shù)人員對(duì)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子損傷部位的徑向與軸向的多個(gè)位置進(jìn)行尺寸檢測(cè)，檢測(cè)原軸頸的同軸度、圓度、錐度，使用著色探傷方法對(duì)該軸頸段進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，檢查是否存在裂紋和氣孔等缺陷，最終確定加工范圍。

表1 3種修復(fù)工藝比較

圖2 激光熔覆工藝流程

4.3 試塊熔覆試驗(yàn)

根據(jù)轉(zhuǎn)子材質(zhì)、工況條件以及修前檢測(cè)等數(shù)據(jù)進(jìn)行了6次熔覆試塊試驗(yàn)，通過試塊試驗(yàn)確定了激光熔覆的熔覆粉末材料和激光功率、掃描(行進(jìn))速度等工藝參數(shù)。試驗(yàn)顯示，激光熔覆能充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)勢(shì)，試塊得到了良好的熔覆質(zhì)量，為正式進(jìn)行軸頸修復(fù)打下了基礎(chǔ)。

4.4 損傷部位疲勞層清理

工作人員在對(duì)疲勞層進(jìn)行清理前，先在軸頸損傷部位兩端劃出標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)志線，其他部分用軟布包好，做好防護(hù)措施。然后利用隨形機(jī)加工設(shè)備對(duì)損傷部位進(jìn)行機(jī)械清理，在打磨時(shí)還應(yīng)控制整面平整性，與未損傷面交接處作倒角處理，形成R角，以便激光熔覆和消除軸頸原始損傷部位應(yīng)力集中問題。清理后，經(jīng)著色檢測(cè)確認(rèn)無(wú)裂紋、氣孔等缺陷，再將清理后的軸頸尺寸進(jìn)行測(cè)量，準(zhǔn)備開始激光熔覆焊工序。

4.5 激光熔覆

激光熔覆加工前應(yīng)對(duì)清理后待加工部位使用清洗溶劑清洗，確定無(wú)任何油漬、污垢及殘留物[2]，按照試塊試驗(yàn)已確定的軸頸激光熔覆材料和工藝參數(shù)，利用平臺(tái)旋轉(zhuǎn)設(shè)備對(duì)軸頸損傷部位進(jìn)行圓周連續(xù)熔覆，激光熔覆厚度需高于基體面約0.5 mm，以確保加工余量。

4.6 軸頸的機(jī)加復(fù)形及精修

軸頸的機(jī)加復(fù)形前對(duì)軸頸激光熔覆層進(jìn)行著色檢測(cè)，確認(rèn)熔覆層結(jié)合牢固且熔覆層無(wú)裂紋、起皮、氣孔等缺陷，然后安裝隨形機(jī)加設(shè)備并進(jìn)行設(shè)備調(diào)試[1]。對(duì)熔覆層的外形尺寸進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)GE公司轉(zhuǎn)子軸頸要求確定加工參數(shù)，進(jìn)行機(jī)加復(fù)形并精修處理。精修后恢復(fù)到原軸頸尺寸，確保同軸度≤0.02 mm、圓度≤0.02 mm、粗糙度≤Ra1.0等精度要求[4]。

4.7 質(zhì)量檢測(cè)及驗(yàn)收

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員檢查和測(cè)量，修復(fù)后的軸頸尺寸為(355.5±0.02) mm，圓度≤0.02 mm，圓柱度≤0.02 mm，同軸度≤0.02 mm ，粗糙度Ra在0.16～0.70(低于要求的≤1 μm)，硬度為25～29 HBC(略大于原轉(zhuǎn)子的硬度24～26 HBC)。軸頸磨損部分經(jīng)修復(fù)后恢復(fù)到了原軸頸尺寸，熔覆修復(fù)層表面光整、細(xì)密，與原軸頸結(jié)合處過渡均勻，各項(xiàng)尺寸指標(biāo)及其他指標(biāo)均達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。軸頸修復(fù)前后的對(duì)比如圖3所示。

圖3 #4軸修復(fù)前、后對(duì)比

5 修復(fù)后效果評(píng)估

發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子軸頸磨損修復(fù)工程從2015年12月1日設(shè)備進(jìn)廠到12月6日施工結(jié)束，工期共計(jì)6天，12月21日#1機(jī)組投入密封油系統(tǒng)和氫冷系統(tǒng)，氣密性試驗(yàn)合格后，12月22日機(jī)組點(diǎn)火啟動(dòng)至滿負(fù)荷，密封油流量、振動(dòng)等運(yùn)行參數(shù)良好，發(fā)電機(jī)日補(bǔ)氫量從修前的120 L/d下降為50 L/d，密封油流量從修前的113 L/min下降至26 L/min左右，滿足運(yùn)行要求。修復(fù)處理后至今，機(jī)組運(yùn)行一年多，軸系各運(yùn)行參數(shù)良好，徹底解決了發(fā)電機(jī)漏氫問題，保障了機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

6 結(jié)束語(yǔ)

激光熔覆采用自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行，具有質(zhì)量穩(wěn)定、耐磨損和耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)。加工后精度高，修復(fù)層表面細(xì)密，軸頸達(dá)到原設(shè)計(jì)尺寸，與原軸頸結(jié)合處過渡均勻，為發(fā)電機(jī)長(zhǎng)期安全可靠運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)。