中間噴嘴閥箱蒸汽參數為蒸汽溫度400℃左右，蒸汽壓力大於5MPa。採用幾隻噴嘴閥和與相對應的幾組噴嘴組及1隻旁通閥的結構。常套用於高壓汽輪機中。
基本介紹
- 中文名：中央噴嘴
- 外文名：The central nozzle
結構,裂紋原因分析,裂紋產生的原因分析,裂紋產生後的強度分析,修復解決方案,
結構
該型高壓汽輪機主機設計採用定參數運行，即低工況時蒸汽參數與高工況一致。中間噴嘴閥箱蒸汽參數為蒸汽溫度400℃左右，蒸汽壓力大於5MPa。採用幾隻噴嘴閥和與相對應的幾組噴嘴組及1隻旁通閥的結構。高壓汽輪機汽缸為鑄焊結構，在汽缸上部焊有左、右及中間3隻噴嘴室，中間噴嘴室與閥箱鑄成一體。
中間噴嘴室安裝1#、3#2隻噴嘴閥，噴嘴室材質為鉻鉬合金。
裂紋原因分析
檢修某型高壓汽輪機主機噴嘴閥時，發現前、後主機中間噴嘴室內腔底部各有1條裂紋。裂紋方向大體平行於兩噴嘴閥中心連線，向後偏離閥座邊緣約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，後主機裂紋長約220mm。
裂紋產生的原因分析
1） 主機在低工況工作時使用了較高的設計蒸汽參數，在初始啟動條件下，閥箱熱應力加大，易誘發熱疲勞損傷。
2） 由於閥箱鑄鋼件本身組織和結晶特點所限，可能存在不可避免的內部缺陷。
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力。
裂紋產生後的強度分析
如果裂紋的深度小於10mm，進行有限元理論分析靜強度計算，即僅對閥箱內表面施加工作壓力，計算所得的應力值只是由內表面壓力引起。本計算在模型出現裂紋處的缸壁上打磨掉10mm，並對剩餘厚度結構進行靜強度計算。
1） 建立數學模型。
噴嘴閥箱為左右對稱結構，計算時的幾何模型為噴嘴閥箱的一半。劃分網路採用四面體單元，對於結構突變的位置進行了細分，並把模型的內壁去掉10mm。網路模型劃分了8萬個左右單元。
2） 邊界條件給定。
本模型計算所採用的約束設在本閥箱與汽缸連線的焊接處，3個自由度都進行約束，中間對稱結構面採用垂直對稱面的自由度進行約束。所載入荷僅為閥箱內表面施加的壓力，計算時並沒有載入溫度場以及沒有考慮管道推力和調節部套的重量。
3） 計算和計算結果。
通過計算，得到打磨處中間位置應力最大，最大應力大小為58.184MPa。裂紋處打磨去10mm後剩餘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，採用補焊辦法來處理，補焊過程中可能會引起閥座等部位變形，影響到閥座密封，所以焊後應複查閥頭、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。
修復解決方案
1） 在裂紋中間部位或無損檢測點處作試探性鑽孔，孔徑D10mm以下邊鑽邊觀察，至無裂紋為止。試探性鑽孔，可測量裂紋深度。測得前艙主機裂紋深度最深9mm，後艙主機裂紋深度最深15mm。為保險起見，對小於10mm的前艙主機裂紋同樣和後艙主機一樣採取補焊的方法進行修復。
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，沿裂紋走向開槽並適當加工出焊接坡口，在保證質量和操作方便的情況下，焊接坡口應儘量小，以減少焊接量，坡口的形狀不應有急劇變化，表面平整，底部平緩無尖角。並將坡口及周圍10～15mm範圍去除銹斑油污等影響焊接質量的污物，並把噴嘴室內腔打磨光滑，在裂紋兩端打止裂孔（孔徑D10mm以內，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。在採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，必須按閥座內孔尺寸製作橡膠板封堵盤 （ 要有少量過盈） ，封堵後四周用黃乾油密封，將法蘭口等處保護，避免電弧打傷。經著色探傷檢查確認裂紋消除後，鏟磨工作結束才可施焊。
3） 分層焊接，每層焊縫金屬及熱影響區焊後進行著色檢查，不允許存在裂紋、未熔合以及低於母材表面質量要求的夾渣、氣孔等缺陷。由於焊接應力和變形直接影響著結構的修理質量和使用性能，必須錘擊焊縫可使焊縫金屬得到適當延展，從而減少應力和變形，每道焊縫進行錘擊，錘擊的程度以肉眼可見的錘印為準，並且錘印密集。最後打磨光滑過渡圓弧角，檢查閥的氣密性，最後做好清潔工作。
