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8#汽轮机高中压缸汽封改进

发布时间：2010/6/13 阅读次数：1303 字体大小: 【小】【中】【大】

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随着高参数大容量汽轮机的发展，大容量机组参与电网调峰，使汽轮机启停次数、负荷变化较为频繁，在汽轮机启动、停机和变负荷过程中，由于汽轮机各部件材料、结构、蒸汽与金属传热条件的差异，引起部件的热应力、热膨胀和热变形，特别在热态启动过程中，操作控制稍有不当，就会发生汽缸和转子的相对超限和汽缸转子热变形引起轴封处动静部分磨擦，由于汽封间隙调整不当引起动静部分磨擦造成汽轮机大轴弯曲事故的事例并不鲜见。

为了机组的安全运行，汽封间隙调整一般取制造厂规定值的上限，甚至更大些，这就必定影响机组的效率，同时引起润滑油质恶化，造成调逮系统锈蚀卡涩，发电机内氢气湿度增大，严重威协着机组安全经济运行，采用可调汽封能较好地解决这些问题。

1 汽封磨碰原因分析

我国汽轮机行业，传统的汽封结构是六块汽封块组成的疏齿汽封环(见图1)，平板弹簧位于汽封环的背侧，它将汽封块定位在T形槽中，使得转动轴和汽封之间只有紧密的间隙。汽封上游一侧建立起压力P1时，它使汽封块移向下游紧靠在T形槽肩上，而形成一个密封表面。将汽封环径向推向汽轮机轴的力是平板弹簧力和漏进汽封环背侧区域的蒸汽压力的合力。开启力靠蒸汽流经汽封块每一齿产生呈线性关系的压力降积分合力作用在汽封环上，使汽封环脱离转子，在实际运行中关闭方向的作用力总是大于开启方向的作用力，使汽封间隙始终保持不变，即弹簧片把汽封块推向一个间隙最小的紧密位置。

图1 典型的弹簧支撑汽封

由于汽封机隔板是从中心线部分的上下两半组成，在启停或变工况过程中，环的内侧受热比外侧快，径向温度梯度产生变形(见图2)。汽封环的底部升高为"d"，而两侧的伸展量为"x"，从而在水平结合面处形成楔形开口，当底部由于温度梯度升高d超过汽封间隙时，发生底部碰擦，汽轮机启动过程中温度梯度所造成的底部碰擦是汽封磨损的重大原因，但并不是产生碰擦的唯一原因，当转子在启动中加速达到第一临界转速时，造成强烈振动(见图3)，是汽封环最可能发生碰磨的时刻，如果在这一点上发生了碰磨，就可能使转子局部受热，继续碰磨运行，就可能造成转子弯曲，为了避免机组启停变负荷过程中，汽封与轴碰磨现象的发生，汽封间隙调整就只能取规定值上限或更大些。

图2 由于径向温度梯度导致半环变形

1-临界转速 2-振幅 3-速度

图3 振动特性曲线

2 布莱登可调汽封

美国布莱登(ANDON)公司设计了一种可调式汽封(见图4、图5)，这种汽封结构特点和工作原理是取消了传统汽封环位于汽封环背部的平板弹簧，而代之以螺旋弹簧，它装在汽封块端面钻出的孔中，这些螺旋弹簧使汽封块作径向运动而离开汽轮机轴，并且占据了汽封环背部和汽封环支架之间的部分空间(即退让间隙)，这个距离通常是3.18mm，这并不包括径向间隙的设计值(通常取0.6mm左右)；除了弹簧的更替之外，在汽封环每一块的背面中心线上铣出一条宽50mm，深2.5mm槽，让上游的蒸汽压力作用于汽封环块的背面，当汽轮机通过的蒸汽流量增加时，汽封环背面的蒸汽压力升高会克服弹簧力和磨擦力而使汽封环达到关闭位置，保持汽封径向间隙设定值。

1-间隙为0.15"≈5.31mm 2-汽轮机转子

图4 改良后汽封环装置图

1-用于汽封环背面加压的切口 2-螺旋弹簧

图5 改进型汽封断面图

布莱登可调汽封，可根据汽轮机启停过程及调峰情况，设定汽封环闭合时间，或根据大修机组中，汽封磨损情况，设定不同位置汽封环关闭时间。这样就可以使汽轮机启停过临界转速，启动温度梯度最大时，汽封环离开汽轮机轴打开，汽封间隙最大，避免汽封与轴动静碰磨；当汽轮机运行工况稳定或带一定负荷时，汽封环闭合，汽封间隙达较小值，由于汽封间隙在启停过程中可调，汽封闭合时间隙可以在大修安装中调整到制造厂家给定的最小值，减小了级间汽封和轴端汽封漏汽量，提高了机组运行的安全经济性。

国外已有250多台汽轮机采用"布莱登"可调式汽封技术，我国河南首阳山电厂2#机已将高中压缸汽封采用此项技术，机组热耗下降60～70KJ/KW·H左右，我厂技术人员与省局领导、中试所技术人员经多方调研，认为"布莱登"可调式汽封技术先进，工艺简单，投资少，安全性好，同时有较好的经济效益，1996年经省电力公司批准在太二8#机汽封改造中引进美国"布莱登"公司设计的可调汽封技术。

3 汽封改造内容

太二8#汽轮机系东方汽轮机厂制造的KC200/150-12.7/535/535型200MW抽汽供热机组，采用双排汽表面式凝汽器的间接空冷系统。于1994年8月投运，在1997年9月第一次大修中将部分汽封更换为可调式汽封(布莱登汽封)。

8#汽轮机通流部分：高压缸共12级(1个调节级加11个压力级)；中压缸共10个压力级；低压缸为正反双流，每个流向有5个压力级，具体汽封改造如下：

3.1高压缸

(1)前汽封改造：三段共16圈；(最外段冒汽封3圈不改造。)

(2)后汽封改造：两段共7圈；(最外段冒汽封3圈不改造。)

(3)隔板汽封改造：第2到第4级各为2圈，第5到第12级各为1圈，隔板汽封共改造4圈。

高压缸汽封改造共37圈。

3.2中压缸

(1)前汽封改造：两段共8圈，(最外段冒汽封3圈不改造)。

(2)后汽封改造：一段共5圈，(最外段冒汽封4圈不改造)。

(3)隔板汽封改造：第13级到第22级共9级，隔板汽封共改造9圈。

中压缸汽封共改造22圈。

高、中压缸汽封改造合计57圈。

4 汽封改造后效益

8#汽轮机汽封改造于1997年11月完成，机组启动各参数正常，轴瓦振动无异常，至今已进行了4次小修，机组启停共16次，其中5次极热态，6次热态，1次温态，4次冷态。现机组运行12439.4小时，备用654.1小时，机组在运行中轴封漏汽明显减小，润滑油含水量明显减少，实际运行表明：可调汽封改造提高了机组运行安全可靠性。

由山西省电科院进行改造鉴定效率试验，结果为：机组热耗率比改进前下降了3.0个百分点(333.8KJ/KW·H)注：包含大修后热耗率下降值。

由山西省新余电力技术咨询有限责任公司进行了汽封改造汽道评估情况如下：

4.1高压缸汽封改造后

(1)前后轴封

高压前轴封一段漏汽量由改前的8.194t／h，下降到6.056t／h，下降2.592t／h，除去加热器的反馈影响以外，净得效益相应增加内功率152.8KW。

高压后轴封一段漏汽量由改前的3.533t／h，下降到2.604t／h，下降值0.929ffh。除去加热器的反馈影响以外，净得效益相应增加内功率9.1KW。

(2)隔板汽封

高压缸隔板汽封改进，最大的一级获益可达内功率61.38KW。共有11级隔板，汽封改进共获益326.29KW。

(3)效益

由于轴封及隔板汽封改进，获益内功率326.29KW。

4.2 中压缸汽封改进后

(1)前后轴封

前轴封一段漏汽量由改前的2.1t/h，下降到1.59t/h，下降0.51 t/h，除去加热器的反馈影响以外，净得效益相应增加内功率58.8KW。

后轴封一段漏汽量由改前的0.355t/h下降至0.277t/h，下降0.078t/h，除去加热器的反馈影响以外，净得效益相应增加内功率5.7KW。

(2)隔板汽封

隔板汽封改进后可增加内功率49.26KW。

(3)效益

由于轴封及隔板汽封的改进，中压缸共获益内功率113.76KW。

4.3 总效益

由于高压缸和中压缸汽封改进，使机组获总效益内功率601.95KW，即通过可调式汽封的使用降低了蒸汽漏量，增加了内功率，使汽轮机在流量610t/h工况下多得内功率601.95KW。

5 结束语

布莱登可调汽封的优点是机组启动过程中径向温度梯度大，产生较大变形和转子达到第一临界转速，即最易发生汽封磨碰工况时，汽封环打开，汽封间隙最大，可避免汽封与轴动静碰磨；当汽轮机运行工况稳定或带一定负荷时，汽封环闭合，汽封间隙达较小值，这对于电网调峰范围大，机组启停频繁无疑是安全可靠的。而汽封改造所获效益大小，则取决于改造前改造后汽封调整间隙，即改造后汽封间隙越小(与改造前比较)效益越大，反之，效益越小，甚至不会获得效益。

太二8#汽轮机高中压缸汽封改造，需经过开缸检查，才能进一步验证可调式汽封的性能是否和期望的一样。

本篇文章来源于能动信息网 http://www.enpinfo.com 原文链接：http://www.enpinfo.com/Turbine/Tech/Project/200705/12306.html

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