汽輪機(jī)汽封間隙控制策略

段森， 畢雪

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

0 引言

汽封是汽輪機(jī)關(guān)鍵零部件之一，其性能的優(yōu)劣，不僅影響機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，而且影響機(jī)組可靠性，已越來越受到人們的關(guān)注。目前，隨著進(jìn)汽參數(shù)、單機(jī)功率的不斷提高以及機(jī)組頻繁的調(diào)峰運(yùn)行，汽封的經(jīng)濟(jì)性和安全性問題日益突出。近年來，隨著汽輪機(jī)設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷提高以及國外先進(jìn)技術(shù)的引進(jìn)，已出現(xiàn)了多種新型的汽封結(jié)構(gòu)型式，一定程度上改善了汽封的性能，為汽輪機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了新的保障。因此，使用各種先進(jìn)的汽封形式和確定更加合理的汽封間隙是進(jìn)一步提高汽輪機(jī)效率的有效手段。但汽封形式選擇是否正確或汽封間隙設(shè)置是否合理，不但直接影響能否提高機(jī)組效率，而且給汽輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大的安全隱患。

1 汽封間隙的特點(diǎn)

在汽封形式上，每種汽封結(jié)構(gòu)均有其特定的使用條件，偏離其最佳的工作條件便不能達(dá)到最理想的使用效果。所以在我們準(zhǔn)備使用某種汽封結(jié)構(gòu)時(shí)，必須真正了解其技術(shù)特點(diǎn)和技術(shù)參數(shù)，比如汽輪機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)在某些部位需要有一定量的蒸汽泄漏量，以便完成某些特定的功能（如調(diào)整轉(zhuǎn)子推力、對(duì)轉(zhuǎn)子高溫區(qū)進(jìn)行冷卻等），但有些發(fā)電廠業(yè)主和汽封制造廠家并不了解汽輪機(jī)的工作特點(diǎn)和運(yùn)行特性，一味追求其密封效果，這樣不但無法達(dá)到提高機(jī)組效率的預(yù)期目標(biāo)，甚至有可能給機(jī)組造成意想不到的傷害。

對(duì)于汽封間隙，更不能單純地追求越小越好。汽封間隙的大小和汽輪機(jī)的部件尺寸和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有直接關(guān)系，與其運(yùn)行模式更是密不可分的。汽封齒徑向間隙的設(shè)計(jì)需要考慮機(jī)組運(yùn)行時(shí)所有瞬態(tài)的影響，同一道汽封的徑向間隙是隨著汽封環(huán)不同的角度位置而變化的，在瞬態(tài)運(yùn)行條件和冷態(tài)靜止條件的間隙差應(yīng)該在垂直方向的轉(zhuǎn)子頂部和底部位置進(jìn)行計(jì)算，然后將這些值平均，用以決定水平兩側(cè)的間隙。另外，計(jì)算汽封間隙要考慮的因素非常多，如圍帶變形、葉片及葉輪離心力、葉片及葉輪的熱膨脹、轉(zhuǎn)子及靜子撓度、油膜厚度等十余種因素，因此汽封間隙的設(shè)計(jì)值是充分考慮各種因素的綜合結(jié)果，在不了解汽封間隙的計(jì)算原理的情況下，不要輕易減小汽封間隙。

2 汽封間隙的控制

目前，各汽輪機(jī)制造商在汽封間隙計(jì)算和制造誤差上已經(jīng)非常精確，但鑒于轉(zhuǎn)子振動(dòng)、安裝和測(cè)量誤差等因素影響，其間隙往往達(dá)不到滿意的程度。本文根據(jù)現(xiàn)有的最新技術(shù)，提出如下汽封間隙控制策略。

2.1 汽封間隙設(shè)計(jì)時(shí)考慮油膜使轉(zhuǎn)子斜上浮動(dòng)的影響

在設(shè)計(jì)方面要綜合考慮各種因素對(duì)汽封間隙的影響，除間隙計(jì)算常規(guī)考慮的因素外，還要考慮轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)子軸頸在軸瓦油膜上“浮動(dòng)”（見圖1），因而使轉(zhuǎn)子在垂直面和水平面上產(chǎn)生相應(yīng)的偏心，以致軸線紊亂。軸頸在油膜上浮動(dòng)所產(chǎn)生的位移隨各種因素而變化：軸瓦單位負(fù)荷越大，位移越大；軸頸的圓周速度越大，位移越大；軸承的溫度越低，油的黏度越高，位移越大，因而對(duì)于相同牌號(hào)的油，在軸承溫度降低時(shí)，位移就會(huì)增大。

圖1 軸頸在軸承油膜上的浮動(dòng)圖

2.2 采用防汽流渦動(dòng)的汽封

由于汽輪機(jī)主蒸汽密度大，級(jí)間壓差大，蒸汽激振力也大，當(dāng)動(dòng)靜部分不對(duì)中，汽封間隙周期性變化時(shí)，所產(chǎn)生的蒸汽激振力可能會(huì)引起轉(zhuǎn)子低頻振動(dòng)。因此在隔板汽封和高壓缸的端汽封上安裝防汽流渦動(dòng)的汽封（見圖2），也可有效解決汽流激振問題，防止在汽封圈環(huán)形位置的汽流壓力分布不均會(huì)導(dǎo)致轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定振動(dòng)。

圖2 防汽流渦動(dòng)汽封

2.3 采用激光跟蹤測(cè)量技術(shù)

汽輪機(jī)在總裝過程中檢查和調(diào)整汽封間隙時(shí)，往往依靠傳統(tǒng)測(cè)量方式，例如用壓鉛絲、貼膠布和假軸等方法，而這些方法由于受到汽缸變形的影響，測(cè)量結(jié)果無法反映出合缸后的真實(shí)間隙值。鑒于上述測(cè)量缺陷，國內(nèi)某汽輪機(jī)制造商開發(fā)了激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)，該套系統(tǒng)由激光跟蹤儀、導(dǎo)軌系統(tǒng)、測(cè)量靶球和固定工裝組成（見圖3）。在合缸狀態(tài)下（未安裝轉(zhuǎn)子），使用激光跟蹤儀測(cè)出的各級(jí)隔板汽封和動(dòng)葉頂部汽封的徑向直徑和相對(duì)定位基準(zhǔn)的位置，并結(jié)合已知的轉(zhuǎn)子數(shù)據(jù)（包括轉(zhuǎn)子各檔直徑、各檔相對(duì)位置和轉(zhuǎn)子撓度）全部輸入電腦進(jìn)行點(diǎn)云模擬和數(shù)據(jù)處理，根據(jù)計(jì)算得出的間隙值確定影響汽封位置的配套件修配方案，最后通過復(fù)測(cè)直至間隙滿足設(shè)計(jì)要求。該套系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無轉(zhuǎn)子合缸狀態(tài)下的通流尺寸的測(cè)量，能夠真實(shí)地反映出合缸后的實(shí)際間隙值，其測(cè)量精度誤差小于0.05 mm。

圖3 激光跟蹤測(cè)量系統(tǒng)的基本組成

3 結(jié)論

汽封間隙控制的好壞關(guān)系到汽輪機(jī)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性，因此我們一定要科學(xué)地對(duì)待此問題，既要在設(shè)計(jì)階段充分考慮各種因素對(duì)汽封間隙的影響，并選擇合適的汽封結(jié)構(gòu)來應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)子的不穩(wěn)定振動(dòng)，同時(shí)也要采用先進(jìn)的測(cè)量手段來控制間隙測(cè)量誤差。