供稿|彭飛，李巖，黃澤琳

作者單位：1. 邯鋼設備動力部，河北 邯鄲 056000；2. 邯鋼設備運行保障公司，河北 邯鄲 056000

內(nèi) 容 導 讀

本文以進口機組密封部件為研究對象，通過分析目前技術較完善的幾種密封技術使用環(huán)境及技術工藝，結(jié)合國內(nèi)專業(yè)廠商進行技術攻關，確定了等離子熱噴涂技術的修復方案，即在機組原有密封體上噴涂適用工作環(huán)境的專有的涂層材料，再精加工達到機組密封技術參數(shù)要求，完成對密封件的修復工作，實現(xiàn)了該部件的國產(chǎn)化改造，不僅檢修工期短，而且節(jié)省了采購費用，為邯鋼創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

大型CCPP發(fā)電機煤壓機密封件特性

邯鋼150MWCCPP發(fā)電煤氣壓縮機機組為燃氣輪機提供燃料，屬于CCPP裝置中非常重要的機組，機組型號為MCL1805+MCL1406。在世界范圍內(nèi)屬于非常大的離心機。通過對介質(zhì)組份(主燃料和值班燃料)、溫度范圍、顆粒物及GE Nuovo Pignone和現(xiàn)場實物進行分析，GE機組原密封形式為：可磨耗封嚴涂層密封，密封基體為鋼，涂層為鋁硅-聚苯酯(AlSi-polyester)。小間隙是可磨耗封嚴涂層密封的最大特點，不僅能提升機組的運行效率，降低整個裝置的能耗水平、氣體溫度，而且可以延長設備工作壽命。據(jù)有關資料顯示，美國GE公司通過間隙控制來提高燃氣渦輪發(fā)動機性能，平均每個密封部位降低熱耗0.2%～0.6%，功率輸出提高0.3%～1%。這種密封技術首先從燃氣輪機壓氣機葉頂和機匣配合處逐步發(fā)展到透平機械轉(zhuǎn)定子之間密封涂層。

可磨耗封嚴涂層一般是由一定比例的金屬相、具有潤滑作用的非金屬相及較多的空隙組成，采用熱噴涂技術在密封表面噴涂鋁硅-聚苯酯涂層，與葉輪口圈、級間密封形成一組可磨耗的密封層。

進口機組密封部件的國產(chǎn)化改造

通過對進口機組密封技術研究，對目前較完善的幾種密封技術使用環(huán)境及技術工藝進行分析，結(jié)合國內(nèi)專業(yè)廠商進行技術攻關，最終確定采用等離子熱噴涂技術的修復方案，在機組原有密封體上噴涂適用工作環(huán)境的專有的涂層材料，然后精加工達到機組密封技術參數(shù)要求，完成對密封件的修復工作，實現(xiàn)了該部件的國產(chǎn)化改造(圖1)。

圖 1 機組密封實際結(jié)構(gòu)

圖 2 等離子噴涂工藝原理示意圖

熱噴涂技術比較成熟，該技術應用在機組密封部件中關鍵是涂層材料的選擇及施工工藝參數(shù)的確定等。此方案的修復施工工期較短，工期為15 d，能夠滿足機組檢修總工期需求。

可磨耗封嚴涂層材料

目前國內(nèi)外已有幾十種可用于不同工況的可磨耗封嚴涂層粉末。根據(jù)機組運行實際參數(shù)，確定使用鋁硅-聚苯脂涂層 (AlSi-ployester)，此工藝是雙層結(jié)構(gòu)，粘結(jié)層Metco 450NS鎳鋁粉(Ni5Al) 層厚0.1～0.15 mm；封嚴涂層Metco601NS鋁硅聚苯酯(AlSi-ployester) 層厚1～2 mm。

涂層抗拉結(jié)合強度是指涂層與基體之間單位面積從基體材料上剝落所需要的力，是檢測涂層性能重要的指標。鋁硅-聚苯酯涂層具有良好的耐腐蝕性、抗沖刷性、自潤滑性等特點，其硬度為40～60，使用溫度可達325 ℃，已被廣泛用于航空航天發(fā)動機。因此，一般采用航標HB7236—95熱噴涂結(jié)合強度實驗方法(杯突試驗)測試鋁硅-聚苯酯涂層的結(jié)合強度。

熱噴涂技術

熱噴涂技術因操作簡單、速度快、效率高，已成為可磨耗封嚴涂層重要的制備方法之一，其中常用的封嚴涂層的熱噴涂技術有：火焰噴涂(Combustion Flame Spraying)、爆炸噴涂(Detonation)、等離子噴涂(Plasma Spraying)和超音速火焰噴涂(High-Velocity Oxygen Fuel)等。根據(jù)各種熱噴涂技術的特點，結(jié)合此次密封結(jié)構(gòu)形式需求，選擇等離子噴涂工藝技術(Ar和H2混合氣)。等離子噴涂技術是利用等離子焰流作為熱源，將待噴涂的材料加熱至熔融狀態(tài)，并在高速等離子焰流的推動下，高速撞擊到工件表面上，經(jīng)淬冷后形成涂層，具有工藝效率高、涂層質(zhì)量好的特點，原理示意圖見圖2。

等離子噴涂工藝對噴涂結(jié)合面的設計有嚴格要求，要根據(jù)密封件配合情況設計合理的結(jié)合面，結(jié)合面設計要求見圖3。同時要注意噴涂時應選擇法相方向噴涂，避免噴涂方向與結(jié)合面平行。

可磨耗封嚴涂層密封實施

來件檢查

目視檢查零件表面應無碰傷、劃痕，并做好相應的記錄。檢查零件噴涂部位的尺寸應與圖紙及工藝要求相符。

圖 3 等離子噴涂結(jié)合面設計要點

除油

用毛刷蘸石油醚對零件進行刷洗，徹底除去零件表面上的油污及其他雜物。零件除油后自然晾干或用干凈的壓縮空氣吹干。

噴砂前保護

根據(jù)零件圖紙的要求，用壓敏膠帶保護好零件的非噴砂表面，或用專用噴砂夾具進行保護，要確保非噴砂表面不受損傷。膠帶或夾具不得遮蔽噴砂面。

噴砂

使用相同的噴砂機和相同的參數(shù)對零件和試樣進行噴砂，噴砂機噴砂參數(shù)見表1。

表 1 噴砂機噴砂參數(shù)

噴砂后零件保存注意事項：

(1)噴砂后的零件表面應是均勻無金屬光澤的粗糙表面，不允許有漏吹或過吹現(xiàn)象，不允許有油污、水痕和其它附著物。用經(jīng)過油水分離器的、潔凈的壓縮空氣吹去噴砂后合格零件表面的浮塵。

(2)嚴禁赤手接觸噴砂后的表面，噴砂后的零件應保持良好的清潔狀態(tài)，避免噴砂表面污染(如手印、各種沾染凝聚物等)。

(3)噴砂后的零件要求在2 h內(nèi)進行噴涂。噴砂后的零件經(jīng)檢驗合格后方可進行下一道工序。如不合格，重新噴砂。

噴涂前保護

采用專用夾具、高溫壓敏膠帶或其它耐熱遮蔽物，對易受噴涂侵害的非噴涂表面進行保護。保護物在噴涂過程中不允許對噴涂面有遮擋。

噴涂零件

將零件固定在工作臺方便操作的位置上。將零件固定牢固，防止在噴涂過程中零件從工作臺上掉落。采用Metco9M等離子噴涂設備對噴涂區(qū)域進行噴涂NiAl底層和噴涂Metco601NS面層。

噴涂過程中應注意：(1)噴涂應連續(xù)進行，但在測量涂層厚度和降低零件溫度時，允許中斷噴涂，每次中斷時間不能超過2 h，中斷時可以采用強制風冷冷卻零件，注意冷卻時不能污染涂層。(2)為了防止零件和涂層過熱，在噴涂過程中應使用干凈的壓縮空氣冷卻零件，零件的溫度不應超過200 ℃。(3)用清潔、干燥的壓縮空氣將零件表面的浮塵清除，檢查壓敏膠帶或夾具對零件非噴涂表面的保護，注意觀察保護物在噴涂過程中不允許對噴涂面有遮擋。(4)噴涂過程中檢查涂層厚度和外觀，保證涂層質(zhì)量。

清理

噴涂完畢，拆除噴涂保護夾具或保護膠帶，用銼刀、毛刷等工具清除零件非噴涂表面所有的附著物及涂層的“飛邊”。修整涂層“飛邊”時應朝基體方向小心打磨，然后將零件放回箱中，等待檢驗。

檢驗

涂層檢查包括：(1)外觀檢查：表面平整、均勻、無裂紋或翹起、無剝落、鼓泡、碰劃傷等缺陷；涂層顏色一致，無過熱變色現(xiàn)象。(2)涂層厚度應合格，非噴涂表面不得污染。檢驗合格后，將零件裝入零件箱，填寫流水作業(yè)卡片，做好工作記錄。

結(jié)束語

(1)通過技術攻關，進口機組密封部件實現(xiàn)國產(chǎn)化替代，不僅檢修工期短，而且節(jié)省了采購費用，為邯鋼創(chuàng)造了較大的經(jīng)濟效益。

(2)可磨耗封嚴涂層材料的選擇，根據(jù)工藝需求，確定封嚴涂層及粘結(jié)層的材料種類及涂層厚度及后續(xù)熱處理工藝等。

(3)可磨耗封嚴涂層噴涂技術及噴涂工藝參數(shù)的確定。等離子噴涂技術工藝參數(shù)，如電流、噴涂距離、噴涂速度、噴涂程序和噴涂后的消應力溫度曲線等，直接影響涂層的使用性能。