翟洪柱，楊佳成

(中海石油(中國(guó))有限公司天津分公司 天津 300459)

燃?xì)廨啓C(jī)是一種高效進(jìn)行能源轉(zhuǎn)換的裝備，具有高效性、清潔性、安全性的特點(diǎn)，已成為我國(guó)發(fā)電和驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的核心設(shè)備，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)和能源電力行業(yè)的發(fā)展提供了重要支持[1]。目前，燃?xì)廨啓C(jī)廣泛應(yīng)用于航空、航海、電力、石油化工等各個(gè)領(lǐng)域，壓氣機(jī)作為燃?xì)廨啓C(jī)的三大組成部分之一，其工作穩(wěn)定性對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)整機(jī)的工作穩(wěn)定性有著決定性的影響[2]。透平葉片是燃?xì)廨啓C(jī)中服役環(huán)境最惡劣的部件之一，也是燃?xì)廨啓C(jī)壽命設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部件之一，其既要承受高溫燃?xì)獾臒釠_擊和熱腐蝕，還要考慮高溫引起的蠕變影響，旋轉(zhuǎn)部件還要承受離心力載荷[3]。由于受燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行狀態(tài)變化迅速，葉片的溫度變化迅速，在基本負(fù)載和高峰負(fù)載運(yùn)轉(zhuǎn)下高溫的機(jī)械負(fù)載對(duì)于內(nèi)部材料的蠕變損傷，隨燃料及空氣而進(jìn)入高溫路徑中的細(xì)微塵粒，在高溫條件下額外的機(jī)械負(fù)載和由水流注入造成的氧化膜的不穩(wěn)定，由輕微污染的燃料或者嚴(yán)重污染的重油所造成的材料變薄、機(jī)械振動(dòng)加快的摩擦磨損等諸多因素影響，葉片等高溫部件都會(huì)受到不同程度的損傷[4]。因其維護(hù)檢修技術(shù)水平要求高，特別是壓氣機(jī)(燃?xì)獍l(fā)生器)部分，往往需要廠家進(jìn)行整體維護(hù)檢修，檢修工期長(zhǎng)。為在維護(hù)檢修過(guò)程中燃?xì)廨啓C(jī)可繼續(xù)工作，往往用同型號(hào)的核心部分進(jìn)行替換。索拉透平大修規(guī)定索拉燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)30000h后，壓氣機(jī)、透平葉片、燃燒室等熱部件需返廠檢修，為了保證燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行的可靠性和縮短現(xiàn)場(chǎng)維修時(shí)間，普遍采用核心機(jī)整體交換模式，即大修交換模式[5]。但因使用地域的不同，廠家并未針對(duì)不同使用地點(diǎn)設(shè)計(jì)不同的交換工具，導(dǎo)致部分地區(qū)因受廠房布局，機(jī)體外圍附屬設(shè)備、管路等影響，無(wú)法利用廠家所提供的工具完成此項(xiàng)工作。本文以某品牌機(jī)組交換的過(guò)程為研究對(duì)象，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布局分析廠家提供交換工具的工作過(guò)程，利用工裝設(shè)計(jì)進(jìn)行機(jī)組交換。經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，此項(xiàng)工裝設(shè)計(jì)解決了某工廠所遇到的機(jī)組交換工具因現(xiàn)場(chǎng)空間有限無(wú)法使用的難題，順利完成了機(jī)組交換工作。

1 機(jī)組交換簡(jiǎn)介

某品牌大功率燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。燃?xì)鈾C(jī)組主要由進(jìn)氣部分(MBJ)、燃?xì)獍l(fā)生器(MBT)、動(dòng)力渦輪(MBB)3部分組成。機(jī)組交換過(guò)程主要對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器(MBT)部位進(jìn)行拆卸替換，如圖2所示，以實(shí)現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)生器的檢維修和燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組功能的完好性。

圖1 燃?xì)廨啓C(jī)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of gas turbine structure

圖2 燃?xì)廨啓C(jī)更換燃?xì)獍l(fā)生器示意圖Fig.2 Schematic diagram of replacing gas generator of gas turbine

2 機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)勘察

根據(jù)機(jī)組交換過(guò)程對(duì)燃?xì)獍l(fā)生器(MBT)進(jìn)行尺寸核查，通過(guò)查詢得到廠家技術(shù)資料機(jī)組和原廠運(yùn)輸支架的總尺寸為長(zhǎng)4418mm、寬2657mm、高2774mm，如圖3所示。機(jī)組及其附件重約15t。

圖3 燃?xì)獍l(fā)生器外形尺寸圖Fig.3 Outline dimensions of gas generator

廠家提供的交換小車尺寸為長(zhǎng)5727mm、高1904mm、寬3334mm，如圖4所示。

圖4 機(jī)組交換小車外形尺寸圖Fig.4 External dimension diagram of unit exchange trolley

現(xiàn)場(chǎng)空間尺寸實(shí)際測(cè)量結(jié)果為高4000mm、寬3800mm，機(jī)組距離可吊裝位置約為11130mm，且周邊管道臺(tái)階障礙多，如圖5所示。

圖5 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際布局圖Fig.5 Actual site layout

當(dāng)燃?xì)獍l(fā)生器出艙放置于小車上時(shí)，小車高度加燃機(jī)高度約1904mm＋2756mm＝4660mm。機(jī)組交換小車為螺紋調(diào)節(jié)高度，將重達(dá)15t的燃機(jī)放置于小車之上時(shí)螺紋處的調(diào)節(jié)非常困難，難以實(shí)現(xiàn)同步降高。為達(dá)到可吊裝位置，小車需移動(dòng)11130mm，行進(jìn)路線中存在天然氣管路、儀表氣管路、柴油管路等眾多需要拆除的管線，工程量大、風(fēng)險(xiǎn)高。且小車在行進(jìn)過(guò)程中底部車輪與某工廠鋼質(zhì)地面接觸面積小，大重量核心機(jī)放置時(shí)車輪因凹陷而無(wú)法移動(dòng)還會(huì)造成鋼質(zhì)地面損壞，無(wú)法實(shí)現(xiàn)將燃?xì)獍l(fā)生器運(yùn)轉(zhuǎn)至吊裝位置的目的。

3 機(jī)組交換工裝設(shè)計(jì)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)勘，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)運(yùn)路由圖如圖6所示。原機(jī)組自帶移動(dòng)軌道滾輪，為最優(yōu)化利用機(jī)組特點(diǎn)和降低施工難點(diǎn)，計(jì)劃在某工廠鋼制地面上布設(shè)工裝滑軌與機(jī)組滾輪對(duì)接，工裝滑軌交叉處加設(shè)轉(zhuǎn)向軸承，以實(shí)現(xiàn)機(jī)組在工裝滑軌上的變向，如圖7所示。利用機(jī)組自身軌道滑輪和轉(zhuǎn)向處轉(zhuǎn)向裝置實(shí)現(xiàn)了機(jī)組整體的橫縱向移動(dòng)，進(jìn)而控制了燃?xì)獍l(fā)生器在出艙路線滑移，工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖8所示。工裝滑軌底座 采用高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)了滑軌布局簡(jiǎn)便和可重復(fù)利用?；変佋O(shè)時(shí)通過(guò)拼接實(shí)現(xiàn)了跨過(guò)現(xiàn)場(chǎng)管線閥門、燃?xì)夂诵臋C(jī)在導(dǎo)軌上進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)，現(xiàn)場(chǎng)管線等不需拆卸，減少了工作風(fēng)險(xiǎn)和工作量。

圖6 燃?xì)獍l(fā)生器出艙路由圖Fig.6 Removal routing diagram of gas generator

圖7 工裝滑軌交叉處轉(zhuǎn)向裝置Fig.7 Steering device at cross of tool slide rail

圖8 工裝結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.8 Schematic diagram of tooling structure

4 工裝校核

根據(jù)圖紙建立了三維空間模型的框架結(jié)構(gòu)，利用SACS海上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析軟件進(jìn)行了框架結(jié)構(gòu)分析，結(jié)構(gòu)基本載荷、設(shè)備重以1.1倍系數(shù)進(jìn)行校核，滿足美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)(API)RP2A-WSD：海上固定平臺(tái)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、建造的推薦做法，即工作應(yīng)力法。圖9是模型的三維視圖，圖10、11顯示了模型的節(jié)點(diǎn)編號(hào)和單元組號(hào)。

圖9 3D模型視圖Fig.9 3D model view

圖10 節(jié)點(diǎn)編號(hào)Fig.10 Node numbers

圖11 單元組號(hào)Fig.11 Unit group number

結(jié)構(gòu)底部立柱位置施加全約束，參見(jiàn)圖12邊界條件示意圖。根據(jù)規(guī)范API-RP-2A計(jì)算所得出結(jié)果，如果所有桿件UC值均小于1，則在吊裝過(guò)程中沒(méi)有桿件超出許用應(yīng)力。計(jì)算所得桿件UC值如圖13所示。

圖12 邊界條件Fig.12 Boundary conditions

圖13 桿件UC值Fig.13 UC value of rod

綜上所述，該結(jié)構(gòu)強(qiáng)度滿足規(guī)范要求。

5 工裝應(yīng)用效果

該套工裝于2021年8月使用于某工廠機(jī)組交換工作中，圖14為現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用效果。可以看出，該大型燃?xì)廨啓C(jī)核心機(jī)應(yīng)用此工裝克服了原廠機(jī)組交換工具設(shè)計(jì)缺陷和現(xiàn)場(chǎng)附屬設(shè)備的障礙，順利實(shí)現(xiàn)了機(jī)組出艙。

圖14 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用效果Fig.14 Actual application effect on site

6 結(jié) 語(yǔ)

根據(jù)燃?xì)廨啓C(jī)所處工廠環(huán)境的實(shí)際限制和燃?xì)獍l(fā)生器出艙的技術(shù)要求對(duì)原出艙工具進(jìn)行了實(shí)用性分析，并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際難點(diǎn)和基于所分析的條件設(shè)計(jì)并校核了符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的工裝工具。實(shí)踐表明該套工裝避開(kāi)了原廠工具與地面接觸面積小、難以移動(dòng)等缺陷，可順利完成燃?xì)獍l(fā)生器的出艙交換工作。