摘要：西门子V94.3燃气轮机结构介绍，环形燃烧室的结构介绍，陶瓷瓦检修工艺介绍。
关键词：陶瓷瓦，检修工艺
Abstract：instruction of Siemens V94.3 gas turbine structure；Annular combustion chamber structure；process of ceramic heat shield exchange.
Key words：ceramic heat shield，exchange process.
0 前言
西门子V94.3A燃气轮机检修分为小修、中修、大修，小修主要进行燃烧室检查，隔热瓦更换，外围系统检查，对已发生的缺陷监控。在此次论述中重点对西门子V94.3A型燃气轮机小修中陶瓷瓦检修工艺进行重点阐述。
一、西门子V94.3A燃机介绍
V94.3A 燃气轮机表示 50 Hz，3 000 r/ min，第三代产品，燃烧室采用环形燃烧室。其设计基础基于西门子可靠的 V94.2 机型，V94.3A 燃气轮机长 10.82 m，宽 5.04 m，高4.95 m，重 308 t。
压气机采用高效率的轴流式压气机，优化压气机压比设计点和采用控制扩散翼型；进口可调导静叶。由 15 级高效动、静叶片组成，压比为 17，通过进口导叶工作角度的调节，可以有效地保证机组在 50 %运行时排气温度没有明显变化，同时也保证了机组效率。压气机的动叶将机械能转化为压缩空气的动能和势能，并与静叶一起使空气压力升高。
透平由 4 级叶片组成，第一级叶轮采用单晶叶片，第二、第三级采用定向结晶叶片，第四级采用高温合金叶片，并在叶片表面涂上陶瓷涂层，在前几级叶片上还通过激光穿孔技术在叶片表面通过特殊的工艺，使从压气机过来的气体通过叶片表面的孔，在叶片表面形成一气体保护膜，从而有效地避免高温燃气与叶片表面直接接触。叶片均为三维造型技术，通过无数次的吹风试验得到的最佳效率的叶型，结构形式由叶片 、内围带和叶根组成。按照流体力学的分析，在不同的通流圆周位置，气体的流速以及流向，均不相同，所以叶片在设计以及吹风试验时，不同的截面有不同的弯扭方式，从而有效的保证了叶片的效率。透平叶片的叶根形式为 2 个或3 个锯齿的枞树形叶根。各级叶片均为轴向装入转子轮盘的匹配槽中，用特殊的透平叶片冲铆机械，对叶片进行固定。透平动叶将热气流的动能转换成机械能。
静叶由叶片、内围带与外围带组成。外围带把叶片装入静叶持环并形成热气通道的外边界。所有透平 4 级静叶和动叶片，都采用压缩气体冷却方式。透平的冷却空气从压气机级不同部位抽取。叶片的冷却方式可以分为：冲击式冷却、内部传热冷却、气模冷却以及利用扰流片增强对流冷却等方式。
转子采用两个轴承，中空轴，叶轮之间通过 Hirt h齿啮合，叶轮之间通过中心拉杆轴向固紧。转子支撑压气机动叶（15级）和透平动叶（4级）。在压气机部分，动叶将转矩转换成动能；而在透平部分，动叶将动能转换成转矩。在压气机末端的联结法兰将多余的转矩传递给发电机。
转子将压气机和透平段连接在单个轴上，并支撑在两端的轴承上。转子是由前后轴头、一个中空段以及 20 组轮盘以及起联接作用的中心螺栓组成。空心轴和轮盘用一个中心拉杆拉紧在一起。轮盘与轮盘之间通过端面齿对中，在机组正常工作时通过端面齿来传递扭矩，由于在压气机以及透平不同的区域温度相差很大，尤其在透平段通过 4 级叶轮的做功，使燃气温度从大于 1 300°C降到 650 °C，所以各级轮盘的膨胀量各不相同。
V94.3A 燃气轮机采用高燃烧效率的环形燃烧室，燃烧室一周均匀分布 24 个混合型燃烧器，这一设计特点可以有效的保证燃烧室内均匀的温度场。燃烧室内表面为陶瓷瓦块，在燃烧室的出口为了保证气体的顺畅流动，在结构设计时采用圆弧段过渡的方式把高温燃气引入透平的通流部分做功，由于陶瓷工艺的限制，在此部分无法做成弧状的陶瓷瓦块，采用高温合金钢表面喷涂陶瓷涂层的方式来实现高温隔热效果。在燃烧室的上、下方开有人孔，在机组常规检查以及维修时，维修人员可以直接通过人孔进入燃烧室，在与人孔对应的燃烧室部分有 6 块陶瓷瓦块可以从外部拆卸下来，维修人员可以顺利地进入燃烧室，对燃烧器、第 1 级透平导叶以及燃烧器内部的陶瓷瓦块进行检查。
二 燃烧室介绍
燃烧室由一个套在转子上整体的毂体（HUB）和上下两瓣的外壳（OUTER SHELL）组成，构成了一个环形的腔室，如下图：
此燃烧室共有24个燃烧器，由燃烧器喷出的天然气和压缩空气在燃烧室内充分燃烧，并导向燃气透平做功。陶瓷瓦安装在毂体和外壳上，它们构成一层完整的保护层，以保护毂体和外壳基体不受高温燃气的烧灼，同时毂体和外壳上有很多冷却小孔对其冷却，冷却空气为压气机排气。外缸3和上下瓣外壳上下均开有人孔门，检修人员可以进入燃烧室腔体对陶瓷瓦块进行检修。
三、陶瓷瓦检修工艺简介
陶瓷瓦是在每次检修时检查的结果来确定是否进行更换，检查需要对照陶瓷瓦缺陷模板，根据裂纹的位置、走向、长度等，超过缺陷模板的需要进行更换。具体检修工艺如下：
1、陶瓷瓦的编号规则：
HUB向是围绕转子轮毂，按照轴向方向排列共七行。顺气流方向看靠近燃烧器的为第一行，依次排列，第七行整圈为金属瓦，靠近透平一级静叶。HUB向为整圈布置，共253块，HUB向检修过程中用符号N标识。
OUTER SHELL向是燃烧室内蜗壳，沿水平中分面将燃烧室分为上下两部分，检修过程中上半部分用符号OT标识，上半部分为150块。下半部分用符号UT标识，下边部分为150块。OUTER SHELL向共三百块。
2、陶瓷瓦瓦片钩编号规则
每块陶瓷瓦都有4个瓦片钩固定，布置在背后的有两个插槽内，两个固定瓦片钩，两个浮动瓦片钩，顺着气流方向插槽分别为槽1和槽2，陶瓷瓦瓦块钩的识别码直接印于瓦块钩的长端面上，每拆下一组瓦块钩，都要进行编号，编号规则如下图：
HUB向的瓦块钩编号为：
顺气流方向左侧
N为固定瓦块钩 NS为浮动瓦块钩
N-12345 NS-12345，
N-6 NS-6
顺气流方向右侧
NS为固定瓦块钩 N为浮动瓦块钩
NS-12345 N-12345
NS-6 N-6
N代表HUB向瓦块钩，12345代表此种瓦块钩用于HUB向第12345行，6代表此种瓦块钩用于第6行
OUTER SHELL 向的瓦块钩编号为：
顺气流方向左侧
A为固定瓦块钩 AS为浮动瓦块钩
A-1235 AS-1235
A-4 AS-4
顺气流方向右侧
AS为固定瓦块钩 A为浮动瓦块钩
AS-1235 A-1235
AS-4 A-4
A代表OUTER SHELL向瓦块钩，1235代表此种瓦块钩用于OUTER SHELL向第1235行，4代表此种瓦块钩用于OUTER SHELL向第4行。
四、陶瓷瓦的拆除：
1、拆除浮动瓦片钩
陶瓷瓦的拆除用拔销器拆除浮动瓦块钩，把拔销器的钩插入到浮动瓦块钩的孔中，通过来回抽插拔销器上的重锤，把浮动瓦块钩从陶瓷瓦的瓦脊中抽出来，此工序需要力度适中，用力过猛容易损坏陶瓷瓦瓦脊，用力过轻，浮动瓦块钩纹丝不动，力道由轻到重，什么时候浮动瓦块钩动了，轻轻的抽动重锤击打拔销器。
2、陶瓷瓦拆除
用专用铲刀插入到陶瓷瓦径向缝隙当中，按照轴向上下撬动陶瓷瓦，轻轻的借力使其从瓦块钩上脱离。此过程严禁使用蛮力进行拆卸瓦块。
拆下陶瓷瓦后，在陶瓷瓦上做标记（OUTER SHELL /HUB UT/OT 序号 陶瓷瓦损坏部位）以便每个陶瓷瓦回装的时候都可以安装在同一位置。每拆除一块，标记一块，回装的时候按照此顺序回装，另外，OUTER SHELL向分为上下两部分，上半部分（OT）下半部分（UT）来标识，在陶瓷瓦左上角用无铅记号笔分别写清楚上部分（OT）下部分（UT）。HUB向用N标识，如果无法用记号笔书写，请用强力纸胶带贴于陶瓷瓦瓦面左上角上。
3、固定瓦片钩拆除
用中号鸭嘴钳把锁销螺钉的头部夹紧，用力夹回到略小于瓦块钩锁销螺钉孔的大小。把瓦块钩的插槽中的锁销螺钉退回到缸体略低于瓦钩槽平面，滑出固定瓦块钩，将其拆除。在拆除锁销螺钉时，如果锁销螺钉头部已经热腐蚀严重，切勿用蛮力，容易将锁销螺钉折断。锁销螺钉无法拧出时，对锁销螺钉喷入WD-40除锈剂，用螺丝刀往复转动锁销螺钉，使其松动，将锁销螺钉拧回缸体中，固定瓦钩可以拆除。如若还是无法松动时，用挡风片螺栓的垫片，套入锁销螺钉当中往复拧锁销螺钉，使其松动。
为了使拆卸陶瓷瓦块钩的时候降低安全伤害风险，因此装配瓦在进入燃烧室后不得弯曲瓦块钩，当所有陶瓷瓦全部拆除完成，旧锁销螺钉必须更换为新锁销螺钉，锁销螺钉不得重复使用，因为无法排除使用过的锁销螺钉是否有金属疲劳后的裂纹。
五、陶瓷瓦回装
1、清理准备工作
有缺陷瓦块拆除完成后，拆卸旧锁销螺钉，旧的锁销螺钉全部拆除，在这里需要注意，拆卸锁销螺钉时一定要注意，切不可掉落锁销螺钉，防止掉入透平叶片当中。拆卸完成后对锁销螺钉进行清点，防止留到燃烧室当中，对丝套损坏的做记号，进行更换，完成后对整个燃烧室进行清理，检查冷却空气孔、缸体烧蚀情况。对现场损坏和需要更换的瓦钩，瓦块进行统计，并通知现场服务工程师进行确认，确认无误后领取备件，按照图纸对瓦块，瓦钩进行分类，分先后进行摆放。燃烧室内部把新的锁销螺钉凃防咬合剂后全部拧到位。对燃烧室内部用吸尘器进行认真仔细清理。
根据瓦块模板检查，确定哪块陶瓷瓦需要更换，在有缺陷陶瓷瓦面上画“X”，如果是拆除过程中损坏瓦块，在陶瓷瓦上画“※”，在更换的陶瓷瓦上，也要明确标记好新陶瓷瓦。在任何情况下，每个瓦片钩去除弯曲变形的，去除热腐蚀严重需要更换的，所有拆除瓦片钩都要做好相应的检查。
2、陶瓷瓦的安装
在回装过程中，首先把瓦片钩按照编号顺序排好，注意瓦钩上气流方向，旋出固定瓦钩下的锁销螺钉，测量上一块浮动瓦钩下与此块瓦钩的凸台之间的距离（测量两点），该间隙为1.4mm左右，用瓦钩抬升器撬起瓦片钩测量。保持到1.3mm左右为最佳间隙。热端间隙为1.6mm左右。每块陶瓷瓦一侧有两个固定瓦钩，且瓦钩上都有凸台，因此测量会有四个间隙值，取最大者作为该侧的冷端间隙值，陶瓷瓦安装到位后，陶瓷瓦与相邻陶瓷瓦之间的间隙值就是热端间隙值，一般要求热端间隙值均匀，不可一侧大一侧小。
中分面第一块瓦需要注意，用尼龙块小白将固定好的瓦钩翘起，放入陶瓷瓦，拔出小白。敲入浮动瓦钩测量中分面第一块瓦与上半中分面第一块瓦的固定瓦钩凸台之间的间隙，轴向间隙一般不做调整，放入1mm小纸片或者靠死气流冲击一侧。中分面第一块瓦需要保证两侧间隙基本一致，保持在1.2mm左右，如间隙太小，则最后金属瓦与陶瓷瓦累计间隙将变大，使得之间间隙无法保证在标准范围内，冷侧端间隙调整好后，在固定瓦钩下放入蜡块，把锁销螺钉拧到位，退半圈（180°），最后将锁销螺钉锁死。装入瓦块，敲入浮动瓦钩。浮动瓦片钩在敲击的时候，不可使用太大的力度进行敲击，否则累计间隙将使人孔门或者金属瓦间隙无法保证。
对冷热端间隙的要求1.4mm左右，但要保证冷端间隙≤热端间隙，测量中如果冷端间隙小，在确认操作无误的情况下，记录所测的间隙值，然后移出固定瓦钩，用拔销器拉出相邻陶瓷瓦的浮动瓦钩，计算需要的打磨量，用磨瓦机打磨陶瓷瓦的冷端间隙。测量中如果发现冷端间隙大，超过了标准，只能更换陶瓷瓦。如果热端间隙大，拔出该块陶瓷瓦，打磨冷端间隙，则陶瓷瓦热端间隙会变小，但一般不会出现这种问题，如果打磨该瓦冷端间隙，下一块陶瓷瓦的冷端间隙值会发生改变。在装陶瓷瓦的时候基本上出现的情况都是热端间隙偏小，合理计算削磨量，对该瓦热端间隙进行削磨。
每块陶瓷瓦安装完成后，需用手敲击瓦面是否有异响，如有异响，拆除瓦块重新按照上述步奏安装。
透平侧轴向固定陶瓷瓦安装在HUB向的第二行和第四行，OUTER SHELL向的第三行和第五行，轴向固定陶瓷瓦安装时，必须把陶瓷瓦锁定在陶瓷瓦背面透平侧的锁定槽当中。此处无法调整轴向间隙，其他行瓦块用小纸片当做1mm间隙放于每行每块轴向瓦块之间。
六、结论
陶瓷瓦拆装检修工艺看似简单，但需要很多技巧，拉浮动瓦片钩时，角度或力度掌握不好，很容易把陶瓷瓦拉坏，并且在回装时，陶瓷瓦间隙的调整也需要很多经验，此项工作需要反复练习，经过几次检修后才能逐步掌握。
论文作者:李秀峰1,贾强2
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：瓦块论文; 陶瓷论文; 间隙论文; 燃烧室论文; 螺钉论文; 叶片论文; 瓦片论文; 《电力设备》2018年第25期论文;