汽輪機(jī)通流部分采用可調(diào)式汽封實(shí)用效果評(píng)價(jià)

趙偉光，王鶯歌，王 輝，王政先

(1.遼寧省電力有限公司電力科學(xué)研究院，遼寧 沈陽 110006;2.華能大連電廠，遼寧 大連 116100;3.大連泰山熱電有限公司，遼寧 大連 116021)

近年來，火電廠為了降低能耗、提高機(jī)組效率，對(duì)汽輪機(jī)高、中、低壓通流汽封及高、中、低壓缸端部原有汽封進(jìn)行技術(shù)改造。老機(jī)組原有汽封形式均為曲徑 (疏齒)式，其特點(diǎn)是利用依次排列的汽封齒與軸之間的間隙形成多個(gè)小汽室，使高壓蒸汽在這些汽室中的壓力逐級(jí)遞減，來達(dá)到減少蒸汽泄漏的目的;一般每圈汽封環(huán)分成6～8塊，每個(gè)汽封塊的背部裝有平板彈簧片，彈簧片將汽封塊壓向汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，使汽封齒與轉(zhuǎn)子軸向間隙保持較小的距離，且在運(yùn)行中汽封間隙不可調(diào)整。缺點(diǎn)是對(duì)于軸系穩(wěn)定性較差的汽輪機(jī)，啟停機(jī)過程中過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，轉(zhuǎn)子振幅較大，若汽封徑向安裝間隙較小，汽封齒很容易磨損;汽封齒與軸發(fā)生碰磨時(shí)，軸的加熱段長(zhǎng)度有所增加、局部過熱，且溫度升高，使脹差變大，軸上凸臺(tái)和汽封塊的高、低齒發(fā)生相對(duì)位移而倒伏，造成局部漏汽量增加，甚至可能導(dǎo)致大軸彎曲;軸封徑向間隙因磨損較大，導(dǎo)致外漏蒸汽進(jìn)入軸承箱使油中帶水，油質(zhì)乳化，潤滑油膜質(zhì)量變差，破壞動(dòng)態(tài)潤滑效果;疏齒式汽封環(huán)形腔室存在不均勻性也是產(chǎn)生汽流激振的重要原因，汽輪機(jī)高壓轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的汽流激振一旦發(fā)生就很難解決，危及機(jī)組的安全運(yùn)行。在機(jī)組檢修時(shí)，電廠只能把汽封徑向間隙調(diào)大，以確保機(jī)組的安全性。由此可見，汽封性能的優(yōu)劣，不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且影響機(jī)組的可靠性。由圖1汽輪機(jī)級(jí)間損失分布圖可見，葉頂及軸封 (隔板)漏汽損失占級(jí)間損失的48%。近年來一些電廠將疏齒汽封分別改為側(cè)齒式、可調(diào)式 (布萊登)、蜂窩式、刷式、接觸式及接觸—蜂窩綜合式等汽封，這些汽封在高壓側(cè)的葉頂、隔板、過橋汽封及低壓側(cè)端部汽封應(yīng)用中各有所長(zhǎng)，節(jié)能效果也各不相同，在現(xiàn)已投產(chǎn)的135～660 MW亞臨界和超臨界汽輪機(jī)中，應(yīng)用較多是可調(diào)式 (布萊登)汽封。

1 可調(diào)式汽封基本原理

圖1 汽輪機(jī)級(jí)間損失分布圖

可調(diào)式汽封齒仍采用傳統(tǒng)的疏齒式，將螺旋彈簧安裝在2個(gè)相鄰汽封塊的垂直斷面，并在汽封塊上加工蒸汽槽，以便在汽封塊背部通入蒸汽，在自由狀態(tài)和空負(fù)荷工況時(shí)，汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開，徑向間隙達(dá)1.75～2 mm，大于傳統(tǒng)汽封的間隙值 (0.75 mm)，避免或減輕了機(jī)組啟停過程中過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，由于振動(dòng)及變形而導(dǎo)致的汽封齒與軸碰磨。隨著負(fù)荷增大，汽封塊背部所承受的蒸汽壓力逐漸增大并克服彈簧張力，使汽封塊逐漸合攏，徑向間隙逐步減小，一般設(shè)計(jì)為20%額定負(fù)荷，各級(jí)汽封塊完全合攏，達(dá)到設(shè)計(jì)最小徑向間隙 (0.25～0.5 mm)，小于傳統(tǒng)曲徑汽封的間隙值，如圖2所示。

圖2 可調(diào)式汽封工作示意圖

汽封漏汽量計(jì)算公式[1]為

式中 Gf——汽封漏汽量，kg/h;

ξ——漏汽系數(shù);

F——汽封環(huán)形漏汽面積，m2;

Z——汽封齒數(shù);

p1——汽封入口處蒸汽壓力，MPa;

p2——汽封出口處蒸汽壓力，MPa;

V1——汽封入口處蒸汽比容，m3/kg。

2 可調(diào)式汽封應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

近年來，先后有300多臺(tái)135～660 MW亞臨界和超臨界汽輪機(jī)的高壓缸、高中壓缸過橋汽封及中壓缸的葉頂、隔板和端部軸封內(nèi)側(cè)部分均采用可調(diào)式汽封。根據(jù)“影響系數(shù)法”試驗(yàn)[2]，列舉了華能大連電廠、華能沁北電廠、撫順熱電廠、大連泰山熱電廠7臺(tái)機(jī)組改造前、后得到的結(jié)果[3－7]，如表1所示。

由表1可見，華能大連電廠4臺(tái)350 MW機(jī)組均已投產(chǎn)20多年，高壓缸效率下降幅度較大、高中壓缸過橋汽封漏汽量明顯增加、熱耗率升高。4臺(tái)機(jī)在最近的一次大修中，對(duì)動(dòng)靜通流部分進(jìn)行“噴丸”粗糙度處理，將原有疏齒式汽封改為可調(diào)式汽封，將動(dòng)靜間隙調(diào)整在0.2～0.35 mm(閉合狀態(tài))和1.9～2.2 mm(張口狀態(tài))范圍內(nèi)，使高壓缸效率提高4%～5%，中壓缸效率略有提高，低壓缸效率有不同程度提高，高中壓缸過橋汽封漏汽量明顯下降，機(jī)組熱耗率下降，達(dá)190 kJ/kWh以上。經(jīng)計(jì)算，采用可調(diào)式汽封機(jī)組熱耗率下降70 kJ/kWh左右。

表1 7臺(tái)機(jī)組改造前、后試驗(yàn)結(jié)果匯總表

華能沁北電廠2號(hào)機(jī)投產(chǎn)時(shí)間較短，運(yùn)行狀態(tài)較好，改造后汽封對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響較小，如高壓缸效率提高1%、過橋汽封漏汽量減小6 t/h。

撫順熱電廠1號(hào)機(jī)利用中修對(duì)高中壓缸解體，并對(duì)高中壓缸過橋汽封進(jìn)行可調(diào)式改造，通過表1試驗(yàn)結(jié)果可見，其效果不明顯，過橋汽封漏汽量減小12.4 t/h，高壓缸效率下降1.76%。

大連泰山熱電廠2號(hào)機(jī)的高中壓缸通流及過橋汽封均進(jìn)行了可調(diào)式改造，中壓缸效率提高1.44%，高壓缸效率基本沒有變化，過橋汽封漏汽量減小約6 t/h。

3 結(jié)論

通過7臺(tái)機(jī)可調(diào)汽封改造前、后試驗(yàn)結(jié)果比較和對(duì)改造安裝過程調(diào)查表明，華能大連電廠4臺(tái)汽輪機(jī)通流部分老化嚴(yán)重，原汽封磨損嚴(yán)重，缸效率偏離設(shè)計(jì)值較大，經(jīng)大修“噴丸”粗糙度處理、動(dòng)靜間隙按0.2～0.35 mm調(diào)整、汽封改為可調(diào)式汽封，使運(yùn)行中水質(zhì)合格，大修后機(jī)組整體效果較明顯。華能沁北電廠2號(hào)機(jī)投產(chǎn)僅4年，缸效率下降不明顯、熱耗率升高幅度較小、通流汽封損壞程度不高，所以改造后機(jī)組經(jīng)濟(jì)性提高不明顯。撫順熱電廠經(jīng)回裝測(cè)量表明，高壓缸原內(nèi)張口問題沒有利用檢修予以解決，高中壓轉(zhuǎn)子凹窩中心沒有按要求調(diào)整，直接造成過橋汽封兩側(cè)間隙不均，使改造后漏汽量下降幅度不明顯。沒有進(jìn)行任何改造的高、中壓缸經(jīng)檢修后效率下降，這表明高中壓通流部分沒有按正常檢修要求進(jìn)行，使其原有狀態(tài)沒有得到改善。大連泰山熱電廠2號(hào)機(jī)高、中壓缸汽封改為可調(diào)式汽封，中壓缸效率提高、過橋汽封漏汽量減小6 t/h，由高壓缸各段抽汽壓力、溫度測(cè)量分析，主要是由于高壓缸內(nèi)可調(diào)汽封閉合狀態(tài)不佳，動(dòng)靜間隙沒有達(dá)到安裝設(shè)定值，使高壓缸效率沒有較明顯變化。

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