汽輪機(jī)汽封間隙調(diào)整方法

丁懷高

(淮北市熱電有限公司,安徽 淮北 235029)

如何正確調(diào)整汽輪機(jī)汽封間隙,保證機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行,是檢修過程中一項(xiàng)十分重要的工作。目前,許多中、小型汽輪機(jī)組普遍存在啟、停頻繁、傳統(tǒng)汽封存在缺陷、檢修工藝較低等問題,造成汽封齒磨損、軸封套嚴(yán)重?fù)p壞、大軸彎曲等一系列惡性事故。為了有效避免汽輪機(jī)動(dòng)、靜部分之間的摩擦,必須根據(jù)汽輪機(jī)實(shí)際運(yùn)行工況找出行之有效的調(diào)整方法和措施。

1 汽封裝置結(jié)構(gòu)

某熱電廠共裝有 C12(3.43/0.49型)、C3(3.43/0.8型)、B3(3.43/0.8型)3種不同類型的汽輪機(jī)。3臺(tái)機(jī)組的軸端汽封均為梳齒形結(jié)構(gòu),汽封齒鑲嵌在汽封環(huán)上,汽封環(huán)上的高低梳齒與軸封套凸肩及凸肩槽之間留有一定的間隙,形成汽封齒與轉(zhuǎn)子之間的徑向間隙。汽封環(huán)沿主軸圓周分為 6段,每個(gè)汽封環(huán)的背部都裝有彈簧片,彈簧片將汽封環(huán)彈性壓向轉(zhuǎn)子,使得汽封齒與轉(zhuǎn)子徑向間隙保持最小值。汽封環(huán)嵌裝在汽封套的凹槽內(nèi),汽封套相鄰之間設(shè)有汽室。軸封套套在主軸上并在軸封套上加工一定數(shù)量的凸肩。軸封套設(shè)計(jì)成多段結(jié)構(gòu),從前汽封到后汽封依次排列為 1～7段,分別為前軸封4段和后軸封 3段,每段由若干個(gè)汽封環(huán)相配合,形成了一套汽封裝置。

2 汽封裝置最容易發(fā)生磨損的部位

該廠 3臺(tái)機(jī)組相繼發(fā)生過 4次以上軸封套嚴(yán)重磨損的惡性事故,連同轉(zhuǎn)子一同返回制造廠維修。通過分析發(fā)現(xiàn),軸封套每次磨損的部位和程度基本相同。軸封套嚴(yán)重磨損的部位基本都發(fā)生在第 3組、第 4組、第 5組,最嚴(yán)重時(shí)也會(huì)造成第 1級(jí)隔板軸封套磨損。第 1組、第 7組基本上沒有發(fā)生過磨損;第 2組、第 6組有明顯的磨損,其磨損深度為0.2～0.3mm;第 3組、第 5組磨損情況較嚴(yán)重,其磨損的深度為 0.3～1.0mm;磨損最嚴(yán)重的部位幾乎每次都發(fā)生在第 4組,其磨損的深度為 2～5mm,寬度為 100～150 mm,軸封套上的凸肩、凸肩槽幾乎全部被磨平。

軸端汽封磨損的程度是從前軸封第 1組到第 4組逐漸增加,后汽封從第 5組到第 7組逐漸減少,整個(gè)機(jī)組端部汽封的磨損是從汽輪機(jī)的軸端由外向里逐漸增加,也就是汽封齒與轉(zhuǎn)子徑向間隙從汽輪機(jī)的軸端由外到里逐漸增加,其磨損程度具有一定的規(guī)律性。

3 造成軸封套磨損的原因

汽輪機(jī)在運(yùn)行和啟、停過程中發(fā)生機(jī)組振動(dòng)、轉(zhuǎn)子熱彎曲、汽缸熱變形等異常狀況時(shí),動(dòng)、靜部分的中心相對(duì)位置將會(huì)發(fā)生變化,其變化量超過汽封間隙值時(shí),就會(huì)造成汽封磨損。

造成汽封摩擦并不需要多大的外部作用力,只要汽封齒與軸封套徑向間隙消失,有局部范圍的動(dòng)、靜部分接觸,汽封齒就猶如車刀一樣,從軸封套上車出鐵屑,汽封齒也會(huì)被軸封套磨平、磨倒。由于汽封的特殊構(gòu)造,使得被磨出的鐵屑不能飛離汽封處,只能夾在汽封高低齒之間的軸向間隙內(nèi),在高速旋轉(zhuǎn)下四處碰撞,一旦飛入汽封齒與軸封套的徑向間隙內(nèi),又造成汽封齒與軸封套摩擦,再次加劇軸封套磨損的程度,引起更多的鐵屑飛出,周而復(fù)始形成惡性循環(huán),最終導(dǎo)致軸封套嚴(yán)重?fù)p壞。雖然汽封塊后面均設(shè)有彈簧片,但其避免汽封磨損的作用和意義不大。

影響動(dòng)、靜部分中心相對(duì)位置變化的因素較多,如汽缸上、下溫差超過規(guī)定值、機(jī)組發(fā)生較大振動(dòng)、轉(zhuǎn)子熱彎曲、汽缸熱變形、啟動(dòng)方式不合理、滑銷系統(tǒng)受阻、汽封間隙調(diào)整過小、汽缸保溫質(zhì)量不好等。這些綜合因素隨著機(jī)組各種工況的變化而變化,造成軸封套磨損的原因也較難確定。因此,必須從軸封套多次發(fā)生磨損的現(xiàn)象中找出磨損規(guī)律,進(jìn)而查明原因。

由于前、后汽封的磨損程度是從汽輪機(jī)的軸端由外向里逐漸增加的,其磨損現(xiàn)象具有一定的規(guī)律,因此,重點(diǎn)對(duì)可能造成這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行逐項(xiàng)排查。經(jīng)過排查發(fā)現(xiàn),由于生產(chǎn)等方面的特殊原因,每月汽輪機(jī)啟、停次數(shù)較多,僅熱態(tài)啟動(dòng)就不少于2次。

當(dāng)汽輪機(jī)處于冷態(tài)狀態(tài)時(shí),由于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中間重兩頭輕,使得轉(zhuǎn)子自然彎曲,不可避免地造成轉(zhuǎn)子中心線和汽缸中心線不在同一直線上。在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)時(shí),因上、下缸溫差過大引起汽缸變形而形成拱形,相當(dāng)于轉(zhuǎn)子中心下移。雖然機(jī)組在啟動(dòng)前連續(xù)盤車,轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲值較小,但汽缸、隔板套、汽封本身存在變形,相對(duì)于轉(zhuǎn)子仍然處于熱彎曲狀態(tài)下,轉(zhuǎn)子中心明顯下移,靠近汽缸內(nèi)部的汽封下部間隙減小、上部間隙增大。轉(zhuǎn)子彎曲值最大處是復(fù)速級(jí),靠近復(fù)速級(jí)最近的軸封套是第 4組,而磨損程度最大的地方恰恰發(fā)生在此處。

在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過程中,汽封不可避免地存在一定程度的摩擦,不一定每次都會(huì)造成汽封磨損,但在啟機(jī)頻繁、熱態(tài)啟動(dòng)次數(shù)較多時(shí),就會(huì)出現(xiàn)數(shù)次連續(xù)不斷的摩擦、磨損。轉(zhuǎn)子彎曲度最大的地方磨損程度最嚴(yán)重;轉(zhuǎn)子彎曲度最小的地方,磨損程度最輕,最終導(dǎo)致汽封的磨損從汽輪機(jī)的軸端由外向里逐漸增加。理論上的分析與實(shí)際檢查情況基本吻合。

另外,機(jī)組在連續(xù)運(yùn)行的情況下很少會(huì)發(fā)生汽封磨損,即使發(fā)生磨損現(xiàn)象,前、后汽封的磨損程度應(yīng)基本一致,所以,軸封套嚴(yán)重磨損的原因就是啟機(jī)頻繁、熱態(tài)啟動(dòng)次數(shù)較多。

4 傳統(tǒng)的汽封磨損處理方法和存在的問題

當(dāng)汽封發(fā)生磨損后,多數(shù)熱電廠按照制造廠規(guī)定值的上限值或更大值對(duì)全部前汽封(后汽封)進(jìn)行調(diào)整,但隨之而來的是前汽封漏汽量逐漸增大,甚至造成汽輪機(jī)油質(zhì)嚴(yán)重惡化。在隨后的大修過程中,按照制造廠規(guī)定值的下限,對(duì)全部前汽封(后汽封)進(jìn)行調(diào)整,在運(yùn)行不到 1年的時(shí)間內(nèi),又發(fā)生軸封套再次嚴(yán)重磨損的事故。

目前,汽封徑向間隙是依據(jù)制造廠的規(guī)定值進(jìn)行調(diào)整的,而制造廠的規(guī)定值也存在著不足之處。首先,制造廠規(guī)定的前、后汽封徑向間隙值基本是相同的,如C12的 3.43/0.49型機(jī)組前、后汽封間隙和隔板汽封間隙的規(guī)定值均為 0.25～0.35mm;其次,制造廠在汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí),雖已考慮各種因素對(duì)汽封間隙的影響,但在機(jī)組熱態(tài)啟動(dòng)過程中,各處的汽封間隙變化總是存在的?；谏?、下缸溫差每增加1℃,汽封間隙減少 0.01mm來推斷,當(dāng)上、下缸溫差超過 35℃時(shí),汽封就已經(jīng)發(fā)生磨損。如果規(guī)定開機(jī)時(shí)上、下缸溫差不得超過 35℃,對(duì)于中小型汽輪機(jī)組運(yùn)行操作也是不現(xiàn)實(shí)的,制造廠規(guī)定的 0.25～0.35mm汽封間隙值,已完全不能適應(yīng)開機(jī)時(shí)上、下缸溫差不能超過 50℃的規(guī)定,勢(shì)必發(fā)生汽封磨損。因此,制造廠把汽封間隙規(guī)定為單一值是值得商榷的。使用單位若完全依賴于制造廠的規(guī)定值,不從機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行(如啟動(dòng)頻繁的機(jī)組)情況出發(fā),對(duì)制造廠的規(guī)定值不采取必要的修訂措施是不科學(xué)的。

5 解決問題的思路與方法

調(diào)整汽封間隙要以理論為依據(jù)、以實(shí)際為依托,制訂出科學(xué)有效的措施,以避免擴(kuò)大汽封間隙而造成漏汽量增加,而減少汽封間隙會(huì)出現(xiàn)動(dòng)、靜部分之間磨損的不利局面。因此,既要保證漏汽量減少而使汽封間隙越小越好,又要避免動(dòng)、靜部分之間磨損而使汽封間隙保證最大值;同時(shí),對(duì)于啟動(dòng)頻繁的汽輪機(jī)更要考慮在轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲時(shí),各段汽封間隙存在不同差異的實(shí)際情況。只有將這三者有機(jī)地結(jié)合起來,才能最終解決汽封磨損的最有效的方法和途徑。

從汽封的磨損現(xiàn)象來看,其磨損是從汽輪機(jī)的軸端由外向里逐漸增加的,呈現(xiàn)出一種逐漸遞增的趨勢(shì),那么,為什么不可以將汽封調(diào)整間隙也從汽輪機(jī)的軸端由外向里逐漸增加呢?或者將容易發(fā)生磨損部位的間隙調(diào)整到最大值,不容易發(fā)生磨損部位的間隙調(diào)整到最小值,這樣就能順應(yīng)機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況,最大限度地避免機(jī)組動(dòng)、靜部分之間的摩擦。

汽封徑向間隙的確定首先要以制造廠的規(guī)定值為基礎(chǔ),以上、下缸溫差不超過 50℃時(shí)轉(zhuǎn)子不發(fā)生動(dòng)、靜部分之間摩擦為原則,確定汽封在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)的最小和最大允許值。當(dāng)轉(zhuǎn)子發(fā)生熱彎曲時(shí),第 1組、第 7組汽封其彎曲值最小,不容易造成動(dòng)、靜部分摩擦,可以將此處的徑向間隙按照制造廠規(guī)定值的下限(0.25mm)進(jìn)行調(diào)整?；陂_機(jī)時(shí)上、下缸溫差不得超過 50℃,上、下缸溫差每增加 1℃,汽封間隙減少 0.01mm來推斷,汽封在熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)最大允許值應(yīng)為 0.50mm,而不是制造廠規(guī)定的 0.35 mm,因此,第 4組汽封間隙應(yīng)調(diào)整到 0.50mm。

確定最小和最大允許值后,汽封間隙的調(diào)整方法有以下 3種:

(1)當(dāng)?shù)?1組汽封間隙調(diào)整到 0.25mm、第 4組汽封間隙調(diào)整到 0.50mm后,測(cè)量出第 1組、第 2組、第 3組、第 4組之間的長(zhǎng)度,并將第 1組和第 4組間隙值連成一條線,從而計(jì)算出第 2組、第 3組的間隙并進(jìn)行調(diào)整。后汽封第 5組、第 6組、第 7組相對(duì)于前汽封磨損情況較輕,可分別按制造廠規(guī)定值的上限 (0.35mm)、中限 (0.30mm)、下限 (0.25 mm)進(jìn)行調(diào)整。復(fù)速級(jí)處的隔板汽封徑向間隙也可按照制造廠規(guī)定值的上限 +0.20mm進(jìn)行調(diào)整。

(2)將第 1組按照制造廠的規(guī)定值下限(0.25 mm)進(jìn)行調(diào)整,第 2組按中限(0.30mm)進(jìn)行調(diào)整,第 3組按上限(0.35mm)進(jìn)行調(diào)整,第 4組按上限 +0.15mm(即最高限到 0.50mm)進(jìn)行調(diào)整。后汽封 3組可按制造廠的規(guī)定值上限、中限、下限進(jìn)行調(diào)整。

(3)以機(jī)組大修時(shí)測(cè)量的汽封實(shí)際磨損值為參考依據(jù),對(duì)制造廠的規(guī)定值進(jìn)行修定,主要是對(duì)第 3組、第 4組間隙值進(jìn)行放大修訂。

以上方法簡(jiǎn)單易行,汽封間隙調(diào)整幅度不大,僅在最容易發(fā)生磨損的部位增加 0.15mm,其他均采取上限、中限、下限進(jìn)行調(diào)整。改變了原有的要放大尺寸都放大尺寸,要減少都減少的單一模式,極大地豐富了不同機(jī)組采取不同方法的工藝要求,為調(diào)整汽封間隙提供了新的方法。

增大汽封間隙會(huì)造成漏汽量增大,但以上調(diào)整方法僅是在第 4組按上限 +0.15mm進(jìn)行調(diào)整,其漏汽量不會(huì)太大,而第 1組汽封的徑向間隙又按照制造廠規(guī)定值的下限進(jìn)行調(diào)整,從而減少蒸汽的漏出,2組軸封套之間均設(shè)有汽室并將漏汽抽走。增大汽封間隙,會(huì)造成機(jī)組的內(nèi)效率減少,但減少值是微不足道的,更無法與汽封磨損發(fā)生設(shè)備事故而造成的損失相提并論。

6 結(jié)論

汽封磨損是中小型汽輪機(jī)最常見的故障之一,它對(duì)汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和安全性有著重大的影響。本文對(duì)調(diào)整汽封間隙在檢修工藝上所存在的問題進(jìn)行分析,采取制造廠的規(guī)定值與汽輪機(jī)熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)最大允許值相結(jié)合的調(diào)整方法,改變了過去單一的調(diào)整模式。實(shí)踐證明,對(duì)于中小型汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有很好的效果,尤其對(duì)新型中小型電廠的安全生產(chǎn)有借鑒意義。

[1]沈湛恩,田英軍.汽輪機(jī)汽封磨損及防止磨損的措施[J].東方電氣評(píng)論,2001,15(1):24-28.

[2]施圣康.汽輪發(fā)電機(jī)組振動(dòng)故障診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀[J].動(dòng)力工程,2001,21(4):1295-1298.

[3]徐奇煥.汽輪機(jī)鑲片式汽封損壞分析及處理[J].華東電力,1990(7):37-38.