50MW機(jī)組汽封改造及效果分析

寇順福

（山東新龍集團(tuán)有限公司，山東 濰坊 262709)

某公司自備電廠(chǎng)6 號(hào)機(jī)組為哈爾濱汽輪機(jī)廠(chǎng)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的50 MW 機(jī)組，由于該機(jī)組運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)，存在軸封漏氣量大、機(jī)組效率較低等問(wèn)題，因此急需對(duì)汽封進(jìn)行改造。經(jīng)過(guò)對(duì)比分析，決定選用刷式汽封來(lái)進(jìn)行改造。

1 刷式汽封介紹

1.1 刷式汽封的工作原理

刷式汽封源于國(guó)外航空發(fā)動(dòng)機(jī)，是一種柔性阻尼密封汽封，能適應(yīng)轉(zhuǎn)子瞬間振動(dòng)而產(chǎn)生的偏心。因此，可在保證安全的前提下盡量減小密封間隙，從而達(dá)到減少漏氣、節(jié)能降耗的目的。

刷式汽封的刷環(huán)由緊密排列的特種細(xì)金屬絲組成，每根鋼絲就是一端為支點(diǎn)的梁(見(jiàn)圖1)，刷絲可以彈性退讓?zhuān)灰妆荒p，保證了機(jī)組在微小間隙甚至零間隙下的安全運(yùn)行。即便機(jī)組過(guò)臨界轉(zhuǎn)速或變工況時(shí)，刷絲都會(huì)跟隨軸退讓?zhuān)粫?huì)被磨損；待機(jī)組穩(wěn)定之后，刷絲又恢復(fù)良好的密封性能。而傳統(tǒng)剛性汽封齒只要和轉(zhuǎn)子碰擦就會(huì)很快磨損，形成永久性的泄漏通道，增大了泄漏量。實(shí)驗(yàn)證明：刷式汽封的漏汽量?jī)H為梳齒式汽封的10 %～20 %。

1.2 刷式汽封結(jié)構(gòu)及材質(zhì)

刷式汽封的刷絲為0.05～0.08 mm 的高溫合金絲，裝夾在不銹鋼擋板之間，如圖2 所示。刷絲厚度0.8 mm 左右，刷絲與轉(zhuǎn)子表面有一定的角度。汽封環(huán)本體采用與原汽輪機(jī)密封相同的材質(zhì)。刷絲與轉(zhuǎn)子的間隙不大于迷宮齒間隙的1/2。

1.3 刷式汽封優(yōu)點(diǎn)

對(duì)于傳統(tǒng)機(jī)組，由于受梳齒式汽封制造及運(yùn)行條件的限制，汽封間隙設(shè)計(jì)較大。梳齒式汽封如果要保持良好的密封效果，又要維持安全穩(wěn)定的運(yùn)行，必須滿(mǎn)足3 個(gè)條件：

(1)封齒端部厚度盡可能?。?/p>

(2)密封腔室盡可能多；

(3)安裝間隙盡可能小。

圖1 刷式汽封結(jié)構(gòu)組成

前2 個(gè)條件受汽封材料、工藝和汽輪機(jī)設(shè)計(jì)等諸多因素的限制和影響，很難再有突破。而減小間隙就會(huì)引起機(jī)組汽流振動(dòng)，特別是機(jī)組過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，常常導(dǎo)致汽封片磨損，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子熱彎曲變形，給機(jī)組帶來(lái)很大的安全隱患。

圖2 刷式汽封整體結(jié)構(gòu)

為了機(jī)組的安全，機(jī)組檢修人員常常把間隙人為放大，導(dǎo)致梳齒式汽封發(fā)生泄漏，造成機(jī)組經(jīng)濟(jì)性變差。

相對(duì)于傳統(tǒng)汽封，刷式汽封的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下2 點(diǎn)。

(1)安裝間隙小。由于刷式汽封的刷絲與轉(zhuǎn)子有30°～50°角，存在一定的彈性退讓。為了盡量減少刷絲與轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦，實(shí)際設(shè)計(jì)刷絲安裝間隙為原汽封齒間隙的1/2，這樣不但增強(qiáng)了汽封的密封性能，同時(shí)又能夠保證機(jī)組運(yùn)行的安全性。

(2)安全性高。刷絲的退讓間隙比傳統(tǒng)汽封大約0.5 ～1 mm，且在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子造成傷害。當(dāng)機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，刷絲可以恢復(fù)到原有較小的間隙。

2 改造方案

根據(jù)機(jī)組現(xiàn)狀，結(jié)合以往改造經(jīng)驗(yàn)，決定對(duì)本機(jī)組軸封部位汽封以及高低壓缸隔板汽封進(jìn)行刷式汽封改造。

2.1 前軸封改造

由于前軸封間隙過(guò)大，造成漏汽非常嚴(yán)重，同時(shí)會(huì)造成軸承箱油中帶水、油質(zhì)乳化，給機(jī)組正常運(yùn)行帶來(lái)安全隱患。此處汽封工作壓差大，溫度高，蒸汽焓降大；前汽封離軸瓦近，轉(zhuǎn)子撓度小，汽封間隙可以調(diào)節(jié)到更小。前軸封的改造還能有效減少軸封供汽室的壓力，改造是很有必要的。因此，前軸封共進(jìn)行刷式汽封改造14 圈。

2.2 后軸封改造

后軸封的密封作用主要是防止外界空氣和軸封供汽進(jìn)入缸內(nèi)，造成機(jī)組真空下降。汽輪機(jī)的真空問(wèn)題一直是困擾電廠(chǎng)的一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，往往找不到真空度低的真正原因，而軸封問(wèn)題是其中一個(gè)比較容易忽視的原因。當(dāng)軸封漏氣嚴(yán)重時(shí)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可通過(guò)提高軸封供氣壓力來(lái)平衡，然此舉進(jìn)一步增大了機(jī)組熱耗率，對(duì)此處進(jìn)行刷式汽封的改造有利于提高機(jī)組熱效率，提高機(jī)組出力。此處共進(jìn)行刷式汽封改造4 圈。

2.3 高壓隔板汽封改造

高壓缸蒸汽參數(shù)高，級(jí)間壓降比較大，級(jí)間蒸汽容易泄漏，直接影響下一級(jí)的介質(zhì)參數(shù)、流向，若采用刷式汽封，汽封間隙就可以調(diào)節(jié)到更小。對(duì)高壓隔板共進(jìn)行刷式汽封改造9 圈。

2.4 低壓隔板汽封改造

低壓缸效率往往不被電廠(chǎng)重視，而實(shí)際高壓缸：中壓缸：低壓缸的做功效率比例大概為1:1:1.4。當(dāng)?shù)蛪焊灼忾g隙漏氣嚴(yán)重時(shí)，會(huì)造成低壓缸段效率大大降低，對(duì)低壓段隔板汽封全部共進(jìn)行刷式汽封改造13 圈。

3 改造效果

經(jīng)改造后，機(jī)組的汽封泄漏量明顯減少甚至消除，軸封供汽壓力降低，增加了機(jī)組出力；同時(shí)，高、低壓缸效率明顯升高，初步估計(jì)整機(jī)效率提高2 %以上。

當(dāng)鍋爐效率為92 %，管道效率為99 %時(shí)，可至少降低煤耗4 g/kWh。由于存在大小修以及負(fù)荷不飽滿(mǎn)的情況，按年發(fā)電量6 000 h 保守計(jì)算，該公司50 MW 機(jī)組1年收益為1 200 t 標(biāo)煤；如果煤價(jià)為800 元/t，那么可以節(jié)約成本96 萬(wàn)元。

由此可見(jiàn)，進(jìn)行刷式汽封改造可以提高機(jī)組運(yùn)行效率，降低生產(chǎn)成本。

1 張立宏．200 MW 機(jī)組汽封改造后的啟動(dòng)磨合探討[J]．電力安全技術(shù)，2011(11)．