冷热装工艺在机组检修中的应用

于鹏杰 孔文

摘 要：文章针对机组检修过程中常见的采用过盈配合的大型设备的装配，依据热胀冷缩原理提出盘管加热法热装和液氮冷却法冷装两种方法，并阐述了各自的操作方法和优缺点，希望能有助于提高设备装配的安全性、可靠性。

关键词：过盈；盘管加热法；液氮冷却法；选择依据

1 概述

随着机组制造工艺的发展，设备日趋大型化、复杂化，对检修工艺也提出了新的要求。在机组检修过程中，经常会遇到某些设备的部件间采用过渡配合和过盈配合进行装配。对于过渡配合（如泵轴和联轴器）和小部件小过盈量（如轴承与轴套、轴承与压盖）的配合，我们通常采用氧炔焰加热法和外部加压法这两种方法进行装配；但是对于大尺寸、异性、大过盈量的配合（如汽门阀座的安装等），简单的采用氧炔焰加热和外部加压的方法，很难保证装配的可靠性和装配质量，而一旦不能一次装配到位，就会造成设备报废的后果。过去对于此类设备我们都会返回厂家检修，但现在考虑工期、成本等因素，要求检修人员承担起这份重任。在此，我们还是依据热胀冷缩原理，结合以往检修经验，提出盘管燃烧器加热包容件和低温冷却被包容件两种方法，详细介绍其操作方法和各自的优缺点，根据现场实际情况，合理选择，确保安全、可靠地完成设备装配。

2 热胀冷缩原理

热胀冷缩原理是指材料在温度的变化下体积会呈现线性的变化趋势。利用这种趋势我们可以通过加热包容件或冷却被包容件的方法，将设备部件间的过盈配合转变为间隙配合，从而满足装配的需求。

设备装配时配合部件过盈量与温度变化的经验公式：△T=2δ/εd，其中△T：温差变化，℃；δ：最大过盈量，mm；ε：材料的线膨胀系数，m/℃；d：配合直径，mm。

3 传统的装配方法

3.1 氧炔焰加热

采用两把或多把割炬对包容件进行加热，容易造成加热不均，包容件各部分膨胀不均；当包容件较大，温度升高后，强烈的热辐射恶化人员工作环境，难以持续加热，容易造成膨胀不足，人员也无法对内部温度进行测量，尤其是厚壁件难以掌握内部配合情况的变化；这样就无法保证被包容件一次就位。

3.2 加压法

采用大锤敲击或千斤顶压装的方法，劳动强度大，装配导向性不好控制，容易发生歪斜；配合紧力过大时，被包容件容易在包容件中发生卡涩，将配合面拉出毛刺甚至切削掉配合面。这些情况都会造成被包容件卡死在包容件中进退两难，最后只能割除一件设备，同时也会损伤另一件，严重时整体报废。

4 盘管加热法热装

采从自制盘管燃烧器接通液化气从包容件内部加热，使包容件均匀受热膨胀尺寸增大，在装配面之间产生间隙，达到顺利可靠装配的目的。盘管加热法的具體操作方法如下：

（1） 盘管燃烧器的制作。简易的盘管燃烧器可以采用铜管或不锈钢管等材料制作，首先根据包容件内径尺寸r计算盘管的长度D=2∏r，然后在将直径16mm的不锈钢管在一端总长为D的管段上每隔10-15mm钻直径3mm的小孔，然后将管头堵住（焊接或压扁）并将管子盘成一圈，另一端通过乙炔带接到液化气瓶的减压阀上；（2）将盘管燃烧器固定在包容件内，开启减压阀并引燃燃烧器，工作人员在包容件上方平台监视火情并随时用红外线测温仪测量包容件外壁的温度；（3）加热充分时间后，当测得包容件壁温符合要求，关闭减压阀，取出盘管燃烧器，可以顺利的将被包容件吊装至包容件内，待包容件恢复正常我的时即可抱紧被包容件并获得可靠定位。（4）案例说明：某厂1000MW机组高调门在小修中发现阀座脱落。在对阀体装配面进行车削研磨处理后，根据阀体尺寸加工阀座的尺寸满足（0.09-0.14）mm的过盈配合的要求，然后采用自制盘管对阀体加热进行热装。在环境温度为18℃情况下，加热4小时后，测得阀体外壁温度126℃。根据配合部件过盈量与温度变化的经验公式得出△T=105℃，判断膨胀后阀体与阀座间的间隙已满足装配要求。立即吊起阀座试装，顺利安装到位。

5 液氮冷却法冷装

采用液氮做冷却剂，对被包容件进行冷却，使其外形尺寸收缩，在装配面之间产生间隙，达到顺利可靠装配的目的。液氮冷却法的具体操作方法如下：（1）根据被包容件的尺寸，准备好容器和棉被、石棉布、垫铁等保温材料。用棉被和石棉布将容器包裹起来，在容器内放入垫铁，将被包容件稳固的落到垫铁上。注意：不要取下被包容件的吊耳，否则冷却后吊耳就不能顺利上到被包容件上。（2）操作人员穿好工作服和隔热手套，沿容器边缘缓慢倒入液氮，当液氮沸腾的液面快要浸没垫铁接近被包容件时，停止倾倒，用棉被和石棉布盖住容器口进行保温。不直接浸没被包容件是为了防止被包容件骤冷至脆性转化温度以下而发生冷脆开裂，尤其是表面堆焊有合金层的部件骤冷后合金层易从母材上开裂甚至是剥落。（3）观察容器中冷却情况，当液氮挥发的剧烈程度减弱后，沿容器壁注入液氮直到完全浸没被包容件，盖住容器口进行保温。根据工件大小和经验公式确认冷却时间，并根据液氮挥发情况及时对容器内补充液氮。（4）观察容器内被包容件的冷却情况，当被包容件表面无气泡产生时，说明被包容件和液氮间已经达到了热平衡，此时便可吊出被包容件进行组装。注意：若储存液氮的保温桶密封不严，液氮会缓慢挥发，所以要注意检查液氮的储存情况；若出现液氮不足的情况，一定要放弃试装，待液氮备足后重新进行冷却，以免出现因冷却不充分造成安装不到位从而导致设备报废的情况发生。（5）案例说明：某厂335MW机组在大修中发现中压主汽门阀座有大面积龟裂，影响密封效果。为保证汽门修后的严密性，决定割除旧阀座，重新更换新阀座。由于阀座与阀体件存在（0.12-0.17）mm的配合紧力，考虑到阀体尺寸较大（名义尺寸为500mm），决定采用冷冻阀座的方法进行安装。阀座按照上述方法冷却1小时后，与液氮达到热平衡。迅速起吊试装，顺利安装到位。

6 两种方法的优劣比较

6.1 盘管加热法

相对于传统的氧炔焰加热法，有效规避了因包容件不规则外形带来的加热困难，可以在包容件内部规则的配合面处进行由内而外的均匀加热；且无需人员手持，可以实现长时间的加热；人员可以从外侧通过红外线测温仪测量包容件外壁的温度，掌握包容件升温情况。缺点是加热时间长。

6.2 液氮冷却法

其优点是快速、安全、可靠、经济、适应性强。工作过程中不需要动火，且氮气挥发后无毒、不支持燃烧，可有效保障在大型氢冷机组现场工作的安全性；液氮是制备氧气的副产品，价格低廉；该方法冷却的是被包容件，对包容件的外形尺寸没有要求，尤其适合于大型、异形工件的装配；低温处理可以改善金属的金相组织，提高硬度和耐磨性。缺点是对结构上存在应力集中的部件存在冻裂的风险。

7 选择依据

对于大尺寸、厚壁、异形的包容件的装配，或者是小尺寸、薄壁的被包容件的装配，以及在氢冷机组生产现场的装配，我们选择液氮冷装法；对于结构上存在应力集中的被包容件，我们选择盘管加热法进行安装。另外当被包容件重量过大，需要吊起安装时，考虑到冷冻后的吊鼻在行车启动时受牵拉力较大，存在发生断裂的可能，建议采用盘管加热法。

8 结束语

文章在热胀冷缩原理基础上，结合检修经验提出了采用盘管加热法热装和液氮冷却法冷装两种方法，用以解决在大型电力设备检修过程中遇到的采用过盈配合的设备的装配问题。通过分析这两种方法的优缺点，提出了一些选择依据，希望能给检修同行带来一些参考和帮助，提高设备装配的安全性、可靠性，延长修后设备的使用寿命。

参考文献

[1]李妙玲，等.冷装技术在机器装配中的应用[J].起重运输机械，2005.

作者简介：于鹏杰，男，助理工程师，主要从事大型汽轮机检修与技术管理工作。