淺析非標(biāo)60 MW供熱汽輪機(jī)組汽封環(huán)及油擋結(jié)構(gòu)的改造

摘 要：山東華魯恒升化工股份有限公司雙抽60 MW機(jī)組系武漢汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的第一臺(tái)帶較大抽汽量?jī)杉?jí)調(diào)整抽汽汽輪機(jī)組，該機(jī)組自投入運(yùn)行以來(lái)，因設(shè)計(jì)、安裝、設(shè)備及操作等眾多因素的影響，導(dǎo)致該機(jī)存在一些較大的設(shè)備缺陷，造成該機(jī)多次停機(jī)，嚴(yán)重的影響了該機(jī)組安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。后來(lái)本機(jī)組經(jīng)過(guò)大修及局部改造后機(jī)組運(yùn)行情況有了較大的改善。文章論述了此機(jī)組從投運(yùn)后密封系統(tǒng)出現(xiàn)的主要缺陷及結(jié)構(gòu)改造方法。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；結(jié)構(gòu)；密封；改造

中圖分類號(hào)：TK264.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）20-0100-03

1 汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)與性能

①CC60－8.83/3.82/0.9型汽輪機(jī)為高壓?jiǎn)胃?、沖動(dòng)、雙抽汽凝汽式汽輪機(jī)，具有兩級(jí)調(diào)節(jié)抽汽，通過(guò)剛性聯(lián)軸器（中間聯(lián)軸器）直接帶動(dòng)發(fā)電機(jī)。

②工業(yè)中壓調(diào)整抽汽應(yīng)力為3.82 MPa·a，在第二壓力級(jí)后抽出，由中壓提板式噴嘴組調(diào)節(jié)。中壓噴嘴組裝在中間蒸汽室中，由中壓油動(dòng)機(jī)控制。中壓油動(dòng)機(jī)的控制訊號(hào)由電液轉(zhuǎn)換器輸入。工業(yè)低壓調(diào)整抽汽壓力為0.9 MPa·a，在第八壓力級(jí)后抽出，由旋轉(zhuǎn)隔板控制。

③本汽輪機(jī)機(jī)組有七段抽汽口，抽汽口的位置分別在2、3、5、8、10、12、15級(jí)后。除第2、8級(jí)后的抽汽口為工業(yè)抽汽外，其余抽汽口均為回?zé)岢槠?/p>

2 汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組運(yùn)行中的缺陷及改造方法

2.1 高壓汽封漏汽管道改造

此機(jī)組運(yùn)行中，高壓汽封漏汽嚴(yán)重，造成軸承箱內(nèi)進(jìn)汽嚴(yán)重，使油中帶水，造成油質(zhì)乳化，調(diào)節(jié)部套銹蝕，影響了機(jī)組安全運(yùn)行。一般情況下，汽封漏氣主要有兩方面原因，一是汽封間隙較大，二是汽封撤汽系統(tǒng)撤汽不通暢，此汽封系統(tǒng)前汽封撤汽為五段撤汽，第一段撤至＃2高加，第二段撤至＃2低加，第三段撤至＃3低加，第四段撤至均壓箱，第五段撤至軸封加熱器；因負(fù)脹差原因，撤至＃2＃3低加的蒸汽，改為撤至＃1＃2低加，因＃1低加汽側(cè)工作壓力較高，造成撤至＃1低加的汽封撤汽不通暢，為了減小汽封撤汽的阻力，我們對(duì)汽封管路進(jìn)行了第二次修改，把撤至＃3低加的蒸汽通過(guò)主蒸汽管道的凝疏管道撤至凝結(jié)器，并且利用了凝結(jié)器喉部的減溫減壓裝置，以降低蒸汽的溫度和壓力，保證凝結(jié)器正常工作。

2.2 汽封結(jié)構(gòu)改造

現(xiàn)代的火力發(fā)電廠汽輪機(jī)汽封普遍采用梳齒式迷宮汽封，其密封原理是齒與轉(zhuǎn)子間形成的一系列節(jié)流間隙，與膨脹空腔；使通過(guò)的工作介質(zhì)產(chǎn)生節(jié)流與熱力學(xué)效應(yīng)而達(dá)到密封的效果。大修中經(jīng)過(guò)測(cè)量汽封間隙，發(fā)現(xiàn)間隙值沒(méi)有超標(biāo)，（廠家規(guī)定間隙值為0.45～0.60 mm），測(cè)量的間隙值為0.55 mm左右。為了在汽封結(jié)構(gòu)方面取得一些突破，經(jīng)過(guò)考察我們采用了6圈由北京藍(lán)愛(ài)迪公司生產(chǎn)的蜂窩式汽封，高壓汽封第一級(jí)1、2、3、道，第三級(jí)第1道，低壓汽封1、3道，更換為可調(diào)式蜂窩汽封環(huán)。這種蜂窩汽封是源于航天密封工藝其密封效應(yīng)是迷宮效應(yīng)和蜂窩效應(yīng)的綜合組成，蜂窩汽封是由內(nèi)孔表面為蜂窩形狀的六邊形小蜂窩孔組成。其芯格尺寸為0.8～6 mm，板厚0.05～0.2 mm，蜂窩深度為1.6～6 mm，材料為鎳基高溫合金材質(zhì)。芯格尺寸越小，板材越薄。蜂窩帶與汽封圈是利用高溫真空釬焊焊接在一起。主要設(shè)計(jì)思想是在原疏齒結(jié)構(gòu)中，保留高齒，在低齒地方用蜂窩帶填滿，該結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：

①高齒依然保留，起節(jié)流密封效果，而氣流經(jīng)節(jié)流降壓后進(jìn)入蜂窩區(qū)，進(jìn)一步加大密封效果，兩種密封技術(shù)綜合應(yīng)用，從而達(dá)到密封的效果。

②在設(shè)計(jì)中，蜂窩帶加工成比原來(lái)的低齒高出一部分，即軸先同蜂窩接觸而不同高齒接觸，從而保護(hù)軸不被磨損（如圖1、2、3所示）。

2.3 改造后效果

改造完畢，開機(jī)試運(yùn)行，汽封漏汽問(wèn)題有了較大的改善，一段汽封撤汽往＃2高加撤，二段往＃＃2低加撤，＃3段經(jīng)凝疏管往凝結(jié)器撤，四五段分別撤至均壓箱及汽封加熱器。汽封漏汽得到了控制。

2.4 ＃1＃2軸承油擋滲油現(xiàn)象分析

運(yùn)行中，汽輪機(jī)#1#2軸承油擋有滲油現(xiàn)象，油擋采用四道銅齒結(jié)構(gòu)密封，縮小了油擋間隙后，未起很大作用，經(jīng)過(guò)考察采用了浮環(huán)式蜂窩油擋，效果較好，從根本上解決了滲油問(wèn)題。

2.5 浮環(huán)式蜂窩油擋密封原理

①氣膜效應(yīng)。由于軸系的高速旋轉(zhuǎn)，在軸的表面產(chǎn)生強(qiáng)烈氣流，氣流以螺旋方式向前竄動(dòng)，在經(jīng)過(guò)蜂窩帶時(shí)，在蜂窩帶無(wú)數(shù)的六角小網(wǎng)格中形成無(wú)數(shù)道氣旋，同時(shí)，軸系的高速旋轉(zhuǎn)表面垂直切割氣旋，在軸與內(nèi)環(huán)蜂窩帶之間形成一層剛性氣膜，高效的阻止了潤(rùn)滑油的外漏以及蒸汽的流入。另外，由于這些氣旋、氣膜的存在，使軸與軸承座之間形成軟性支撐，可有效提高轉(zhuǎn)軸的穩(wěn)定性，使軸的振動(dòng)進(jìn)一步降低。

②吸附效應(yīng)。蜂窩帶上有許多網(wǎng)格，對(duì)油有強(qiáng)烈的吸附作用，當(dāng)漏出油經(jīng)過(guò)蜂窩帶時(shí)，即使軸和蜂窩帶之間有一定的間隙，油在高速離心力作用下，落入一個(gè)個(gè)蜂窩帶的陷阱，這些“陷阱”使漏油有進(jìn)無(wú)出，在蜂窩帶后設(shè)計(jì)了寬敞的空間，同時(shí)，強(qiáng)烈的氣旋以及渦流將吸附的流體導(dǎo)入后回油腔中，在流入油箱，達(dá)到了密封的效果。另外，蜂窩油擋的網(wǎng)格狀面整體的特點(diǎn)，使密封有效面積明顯增大，任何一個(gè)蜂窩孔就是一個(gè)密封陣地，密封效率大大提高。因此，蜂窩油擋集合是堵和疏兩項(xiàng)密封原理完美的結(jié)合，可以充分利用有效的面積對(duì)油進(jìn)行全面吸收，進(jìn)而起到無(wú)泄漏效果。

③摩阻效應(yīng)。鑲在內(nèi)環(huán)表面的蜂窩帶形如無(wú)數(shù)個(gè)迷宮，泄露流液在迷宮中流動(dòng)時(shí)，因液體粘性而產(chǎn)生摩擦是流速減慢流量減小。

④渦流效應(yīng)。流體經(jīng)過(guò)軸與蜂窩帶之間的很小間隙時(shí)，在轉(zhuǎn)軸的高速旋轉(zhuǎn)下，流體在無(wú)數(shù)個(gè)六角小網(wǎng)格中形成渦流，摩擦阻尼加大，且將流體外漏的速度轉(zhuǎn)還為旋轉(zhuǎn)的速度，從而減小了流體流動(dòng)能量，減小了泄露量，增強(qiáng)了密封效果。

⑤傳統(tǒng)梳式密封效應(yīng)。在結(jié)構(gòu)空間允許的情況下，設(shè)計(jì)內(nèi)（外）齒片，形成梳式密封，80％的外漏流體讓內(nèi)齒片擋回，少量外漏流體讓外齒片擋回，從而做到了零泄漏。

此油擋采用后效果很好，解決了油擋漏油的缺陷（如圖4）。

2.6 發(fā)電機(jī)#3#4軸承負(fù)壓側(cè)油擋改造

發(fā)電機(jī)#3#4軸承與發(fā)電機(jī)靜子為一體式結(jié)構(gòu)，這樣發(fā)電機(jī)兩側(cè)軸承的外端為正壓運(yùn)行，另一側(cè)由于發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子風(fēng)道的抽吸作用，為負(fù)壓運(yùn)行；此油擋結(jié)構(gòu)采用的為浮環(huán)油檔，由于油擋與軸之間有間隙，再加上轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)中風(fēng)的抽吸作用，轉(zhuǎn)子兩端表面漏滿了油，嚴(yán)重影響了轉(zhuǎn)子的絕緣。經(jīng)過(guò)研究決定采用接觸式油擋，該類油檔安裝在發(fā)電機(jī)軸承外，油檔位置、外形尺寸均保持原端蓋外形基本不變。這種接觸式油擋的密封齒與轉(zhuǎn)軸表面接觸，形成無(wú)間隙運(yùn)行；其密封齒沿圓周為多等分結(jié)構(gòu)，每瓣均能與軸形成徑向跟蹤，徑向前進(jìn)量1 mm，后退量2.5 mm，因此在轉(zhuǎn)軸偏心運(yùn)行時(shí)，也可以自動(dòng)跟蹤，實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)行；油檔與轉(zhuǎn)軸接觸材料采用特種復(fù)合材料，具有自潤(rùn)滑特性；油擋在運(yùn)行中不損傷轉(zhuǎn)軸，不引起轉(zhuǎn)軸振動(dòng)及軸溫升高。

另外，在發(fā)電機(jī)鼓風(fēng)通道正壓側(cè)對(duì)風(fēng)道進(jìn)行改造，在油擋間通入正壓風(fēng)，抵消負(fù)壓風(fēng)抽吸的影響，防止油外漏。改造后運(yùn)行效果良好，消除了漏油現(xiàn)象。

3 結(jié) 語(yǔ)

雖然該機(jī)組自投入運(yùn)行以來(lái)，出現(xiàn)了一些較大的設(shè)備缺陷，造成該機(jī)多次停機(jī)，嚴(yán)重的影響了該機(jī)組安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。但經(jīng)過(guò)我公司廣大員工的共同努力，對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了大修及改造，基本使該機(jī)組達(dá)到穩(wěn)定運(yùn)行的狀態(tài)。

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