分享：大型CCPP发电煤压机密封技术国产化

1.   大型CCPP发电机煤压机密封件特性

邯钢150MWCCPP发电煤气压缩机机组为燃气轮机提供燃料，属于CCPP装置中非常重要的机组，机组型号为MCL1805+MCL1406。在世界范围内属于非常大的离心机。通过对介质组份(主燃料和值班燃料)、温度范围、颗粒物及GE Nuovo Pignone和现场实物进行分析，GE机组原密封形式为：可磨耗封严涂层密封，密封基体为钢，涂层为铝硅-聚苯酯(AlSi-polyester)。小间隙是可磨耗封严涂层密封的最大特点，不仅能提升机组的运行效率，降低整个装置的能耗水平、气体温度，而且可以延长设备工作寿命。据有关资料显示，美国GE公司通过间隙控制来提高燃气涡轮发动机性能，平均每个密封部位降低热耗0.2%~0.6%，功率输出提高0.3%~1%。这种密封技术首先从燃气轮机压气机叶顶和机匣配合处逐步发展到透平机械转定子之间密封涂层。

可磨耗封严涂层一般是由一定比例的金属相、具有润滑作用的非金属相及较多的空隙组成，采用热喷涂技术在密封表面喷涂铝硅-聚苯酯涂层，与叶轮口圈、级间密封形成一组可磨耗的密封层。

2.   进口机组密封部件的国产化改造

通过对进口机组密封技术研究，对目前较完善的几种密封技术使用环境及技术工艺进行分析，结合国内专业厂商进行技术攻关，最终确定采用等离子热喷涂技术的修复方案，在机组原有密封体上喷涂适用工作环境的专有的涂层材料，然后精加工达到机组密封技术参数要求，完成对密封件的修复工作，实现了该部件的国产化改造（图1）。

热喷涂技术比较成熟，该技术应用在机组密封部件中关键是涂层材料的选择及施工工艺参数的确定等。此方案的修复施工工期较短，工期为15 d，能够满足机组检修总工期需求。

2.1   可磨耗封严涂层材料

目前国内外已有几十种可用于不同工况的可磨耗封严涂层粉末。根据机组运行实际参数，确定使用铝硅-聚苯脂涂层 (AlSi-ployester)，此工艺是双层结构，粘结层Metco 450NS镍铝粉(Ni5Al) 层厚0.1~0.15 mm；封严涂层Metco601NS铝硅聚苯酯 (AlSi-ployester) 层厚1~2 mm。

涂层抗拉结合强度是指涂层与基体之间单位面积从基体材料上剥落所需要的力，是检测涂层性能重要的指标。铝硅-聚苯酯涂层具有良好的耐腐蚀性、抗冲刷性、自润滑性等特点，其硬度为40~60，使用温度可达325 ℃，已被广泛用于航空航天发动机。因此，一般采用航标HB7236—95热喷涂结合强度实验方法(杯突试验)测试铝硅-聚苯酯涂层的结合强度。

2.2   热喷涂技术

热喷涂技术因操作简单、速度快、效率高，已成为可磨耗封严涂层重要的制备方法之一，其中常用的封严涂层的热喷涂技术有：火焰喷涂（Combustion Flame Spraying）、爆炸喷涂（Detonation）、等离子喷涂（Plasma Spraying）和超音速火焰喷涂（High-Velocity Oxygen Fuel）等。根据各种热喷涂技术的特点，结合此次密封结构形式需求，选择等离子喷涂工艺技术(Ar和H2混合气)。等离子喷涂技术是利用等离子焰流作为热源，将待喷涂的材料加热至熔融状态，并在高速等离子焰流的推动下，高速撞击到工件表面上，经淬冷后形成涂层，具有工艺效率高、涂层质量好的特点，原理示意图见图2。

等离子喷涂工艺对喷涂结合面的设计有严格要求，要根据密封件配合情况设计合理的结合面，结合面设计要求见图3。同时要注意喷涂时应选择法相方向喷涂，避免喷涂方向与结合面平行。

3.   可磨耗封严涂层密封实施

3.1   来件检查

目视检查零件表面应无碰伤、划痕，并做好相应的记录。检查零件喷涂部位的尺寸应与图纸及工艺要求相符。

3.2   除油

用毛刷蘸石油醚对零件进行刷洗，彻底除去零件表面上的油污及其他杂物。零件除油后自然晾干或用干净的压缩空气吹干。

3.3   喷砂前保护

根据零件图纸的要求，用压敏胶带保护好零件的非喷砂表面，或用专用喷砂夹具进行保护，要确保非喷砂表面不受损伤。胶带或夹具不得遮蔽喷砂面。

3.4   喷砂

使用相同的喷砂机和相同的参数对零件和试样进行喷砂，喷砂机喷砂参数见表1。

喷砂后零件保存注意事项：

（1）喷砂后的零件表面应是均匀无金属光泽的粗糙表面，不允许有漏吹或过吹现象，不允许有油污、水痕和其它附着物。用经过油水分离器的、洁净的压缩空气吹去喷砂后合格零件表面的浮尘。

（2）严禁赤手接触喷砂后的表面，喷砂后的零件应保持良好的清洁状态，避免喷砂表面污染（如手印、各种沾染凝聚物等）。

（3）喷砂后的零件要求在2 h内进行喷涂。喷砂后的零件经检验合格后方可进行下一道工序。如不合格，重新喷砂。

3.5   喷涂前保护

采用专用夹具、高温压敏胶带或其它耐热遮蔽物，对易受喷涂侵害的非喷涂表面进行保护。保护物在喷涂过程中不允许对喷涂面有遮挡。

3.6   喷涂零件

将零件固定在工作台方便操作的位置上。将零件固定牢固，防止在喷涂过程中零件从工作台上掉落。采用Metco9M等离子喷涂设备对喷涂区域进行喷涂NiAl底层和喷涂Metco601NS面层。

喷涂过程中应注意：（1）喷涂应连续进行，但在测量涂层厚度和降低零件温度时，允许中断喷涂，每次中断时间不能超过2 h，中断时可以采用强制风冷冷却零件，注意冷却时不能污染涂层。（2）为了防止零件和涂层过热，在喷涂过程中应使用干净的压缩空气冷却零件，零件的温度不应超过200 ℃。（3）用清洁、干燥的压缩空气将零件表面的浮尘清除，检查压敏胶带或夹具对零件非喷涂表面的保护，注意观察保护物在喷涂过程中不允许对喷涂面有遮挡。（4）喷涂过程中检查涂层厚度和外观，保证涂层质量。

3.7   清理

喷涂完毕，拆除喷涂保护夹具或保护胶带，用锉刀、毛刷等工具清除零件非喷涂表面所有的附着物及涂层的“飞边”。修整涂层“飞边”时应朝基体方向小心打磨，然后将零件放回箱中，等待检验。

3.8   检验

涂层检查包括：（1）外观检查：表面平整、均匀、无裂纹或翘起、无剥落、鼓泡、碰划伤等缺陷；涂层颜色一致，无过热变色现象。（2）涂层厚度应合格，非喷涂表面不得污染。检验合格后，将零件装入零件箱，填写流水作业卡片，做好工作记录。

4.   结束语

（1）通过技术攻关，进口机组密封部件实现国产化替代，不仅检修工期短，而且节省了采购费用，为邯钢创造了较大的经济效益。

（2）可磨耗封严涂层材料的选择，根据工艺需求，确定封严涂层及粘结层的材料种类及涂层厚度及后续热处理工艺等。

（3）可磨耗封严涂层喷涂技术及喷涂工艺参数的确定。等离子喷涂技术工艺参数，如电流、喷涂距离、喷涂速度、喷涂程序和喷涂后的消应力温度曲线等，直接影响涂层的使用性能。

参考文献

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文章来源——金属世界