汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)優(yōu)化的研究與實(shí)踐

陳士軍(河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司動(dòng)力部,河北唐山063016)

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汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)優(yōu)化的研究與實(shí)踐

陳士軍
(河北鋼鐵股份有限公司唐山分公司動(dòng)力部,河北唐山063016)

【摘要】通過(guò)在現(xiàn)有有效空腔內(nèi)，增加密封齒數(shù)；在不影響安全的情況下，減小密封間隙；在不影響密封壽命的前提下，減小齒的厚度；改善密封結(jié)構(gòu),使用新型蜂窩式汽封的方式對(duì)汽封改造來(lái)實(shí)現(xiàn)提高機(jī)組發(fā)電效率。

【關(guān)鍵詞】汽輪機(jī)；汽耗；汽封

1　立項(xiàng)背景

1.1外部環(huán)境影響

唐鋼動(dòng)力廠熱電二車間有130 t/h鍋爐和25 MW發(fā)電機(jī)組各3臺(tái)，主要是利用公司生產(chǎn)出的富裕煤氣進(jìn)行發(fā)電，作為公司的生產(chǎn)輔助單位，在現(xiàn)有的煤氣供應(yīng)下，最大限度的增加發(fā)電量，減低公司的外用電成本，是當(dāng)前的主要途徑。

1.2內(nèi)部環(huán)境影響

通過(guò)計(jì)算，鍋爐的運(yùn)行已經(jīng)達(dá)到了設(shè)計(jì)能力，甚至滿負(fù)荷時(shí)指標(biāo)優(yōu)于設(shè)計(jì)能力，已經(jīng)無(wú)更大潛力可挖。汽機(jī)效率則較低，汽機(jī)設(shè)計(jì)發(fā)電汽耗為3.947 kg/kWh，而實(shí)際運(yùn)行汽耗達(dá)4.25 kg/kWh甚至更高。降低機(jī)組發(fā)電汽耗是提高發(fā)電效率的主要選擇。

1.3影響機(jī)組效率的因素

(1)汽輪機(jī)通流效率低，熱力系統(tǒng)嚴(yán)密性差(內(nèi)漏和外漏)。

(2)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)不良，影響機(jī)組凝汽器換熱，從而影響排氣溫度、真空等參數(shù)。

(3)汽機(jī)進(jìn)汽參數(shù)及運(yùn)行穩(wěn)定性。

針對(duì)上述各因素，近年來(lái)已經(jīng)對(duì)循環(huán)冷卻水進(jìn)行了最大能力的改造，并對(duì)運(yùn)行參數(shù)控制較好。最終本次課題重點(diǎn)從汽機(jī)本體通流部分進(jìn)行攻關(guān)。

2　總體思路

目前適用于汽輪機(jī)的新型汽封有多種，包括蜂窩式汽封、側(cè)齒式汽封、刷式汽封、布萊登汽封等，通過(guò)與相關(guān)電廠交流，并聯(lián)系了多家生產(chǎn)汽封的廠家，總結(jié)蜂窩式汽封技術(shù)較適合我廠，蜂窩式汽封技術(shù)最早也最為成熟，和原汽封比較，蜂窩汽封是取消了原梳齒汽封上兩長(zhǎng)齒之間的短齒，將原短齒用蜂窩帶取代，汽封體整體外形尺寸與原汽封尺寸不變。

3　技術(shù)方案

(1)在現(xiàn)有有效空腔內(nèi)，增加密封齒數(shù)，由原廠設(shè)計(jì)的23齒增加至25齒，增加密封效果。

(2)在不影響安全的情況下，減小密封間隙，由0.3 mm降低到0.25 mm，增強(qiáng)密封效果。

(3)在不影響密封壽命的前提下，減小齒的厚度，每個(gè)齒減少5 mm，增強(qiáng)密封效果。

(4)改善密封結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)密封效果，使用新型蜂窩式汽封。

(5)軸及動(dòng)葉頂部原凸臺(tái)凹槽結(jié)構(gòu)形狀仍保留不變，不對(duì)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子及葉頂進(jìn)行任何改變。

(6)原汽封體形狀及退讓彈簧形狀不變。

(7)保持汽封長(zhǎng)齒軸向相對(duì)位置不變，以滿足脹差的要求。將原不可調(diào)汽封改造成微量調(diào)整的結(jié)構(gòu)形式。

4　實(shí)施步驟

4.1返原廠家更換阻汽片

鑲齒片工程包括拔出舊片、鑲裝新片、和現(xiàn)場(chǎng)修刮間隙等幾項(xiàng)工作。

4.1.1換阻汽片流程

揭缸—復(fù)測(cè)間隙—吊出各級(jí)隔板—返廠拔齒—修理鑲齒槽—鑲齒沖鉚—立車車齒留余量—隔板裝回機(jī)組精車—完工

4.1.2重要環(huán)節(jié)施工方法說(shuō)明

拔齒：用鉗子夾緊拔除。遇銹蝕嚴(yán)重者，用將鋼筋棍與齒焊在一起，然后用撬棍撬出。

修理鑲槽：用手銼修平原來(lái)鑲齒沖點(diǎn)。遇沖點(diǎn)重者，可用角向磨光機(jī)磨修。

鑲齒沖鉚：成型齒片放入鑲齒槽內(nèi)，用沖子沖鉚，要求在10 mm的弧長(zhǎng)內(nèi)要有1~2個(gè)鉚點(diǎn)，在分段的接口處斷面向里的50 mm長(zhǎng)度以內(nèi)鉚接點(diǎn)必須不間斷的鉚牢，不能留非脹緊點(diǎn)。

車齒：將上下兩半隔板對(duì)接以洼窩為基準(zhǔn)找正。然后再根據(jù)尺寸粗車齒留余0.5 mm。然后壓間隙后進(jìn)行精車修正，回裝入缸體后，手工精修間隙。

4.1.3齒片間隙精確調(diào)整

(1)各級(jí)隔板在離廠更換齒片期間，機(jī)組檢修人員必須根據(jù)汽缸前后軸封的洼窩找轉(zhuǎn)子中心，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心合格后不再調(diào)整，通過(guò)調(diào)整發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子找對(duì)中，對(duì)中調(diào)整完畢后不再進(jìn)行變動(dòng)。

(2)各級(jí)隔板套體在加工廠粗車返回現(xiàn)場(chǎng)后，全部回裝，用假軸測(cè)量調(diào)整各級(jí)隔板洼窩。

調(diào)整至隔板汽封洼窩數(shù)據(jù)合格，如表1。

表1　下隔板洼窩測(cè)量數(shù)據(jù)　mm

（3）按軸系中心調(diào)整好后的洼窩數(shù)據(jù)安裝鏜齒機(jī)，同時(shí)根據(jù)機(jī)組轉(zhuǎn)子的漂移同時(shí)進(jìn)行修正；

（4）開始下缸第一次精修，精修過(guò)程根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)間隙預(yù)留0.10~0.20 mm余量,完成第一次精修；

（5）修刮后，再次吊入測(cè)量，按標(biāo)準(zhǔn)的要求進(jìn)行自行檢驗(yàn)，對(duì)不合要求的各別點(diǎn)進(jìn)行微調(diào)。

（6）根據(jù)下缸的數(shù)值進(jìn)行上缸間隙的調(diào)整，下缸調(diào)整好后，將專用鏜齒機(jī)安裝在下缸上，根據(jù)下缸洼窩調(diào)整固定好，然后，分別將每級(jí)隔板套上半依次序回裝到下半上，進(jìn)行間隙精修。

（7）上下缸按給定的間隙調(diào)整完畢后，吊入轉(zhuǎn)子上下缸合缸壓膠布，最后確認(rèn)尺寸，需要微調(diào)的最后進(jìn)行微調(diào)。公差控制在0~0.05 mm之內(nèi)。精修正完畢后各點(diǎn)阻汽片葉頂間隙如表2。

4.2安裝汽封體

各部位可拆卸活動(dòng)汽封全部改成蜂窩汽封

4.2.1汽封材料選用

(1)汽封母體環(huán)

汽封環(huán)母體材料原則上原來(lái)汽封是什么材質(zhì)就選用什么材質(zhì)。我廠原用材質(zhì)為銅質(zhì)，經(jīng)過(guò)與相關(guān)廠家咨詢，汽封選用15CrMoA鍛件。15CrMoA可以在550益正常工作，具有較強(qiáng)的熱強(qiáng)性，是哈爾濱汽輪機(jī)廠常規(guī)汽封材料，適合于汽輪機(jī)任何部位的汽封。

(2)蜂窩帶

采用進(jìn)口美國(guó)HTH公司生產(chǎn)的Hastelloy-X耐高溫鎳基合金。在900以下能長(zhǎng)期穩(wěn)定工作。

4.2.2汽封間隙調(diào)整結(jié)構(gòu)形式

原汽封是通過(guò)車削小背弧的方式進(jìn)行調(diào)整。周轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)，裝卡找正困難。蜂窩汽封小背弧上設(shè)計(jì)出凸臺(tái)結(jié)構(gòu)，通過(guò)在現(xiàn)場(chǎng)磨削凸臺(tái)進(jìn)行間隙調(diào)整。

4.2.3汽封體安裝

(1)將各汽封體回裝至上下隔板，在汽封體的上、下、左、右四個(gè)方向各粘貼1層（厚0.25 mm）、2層(厚0.5 mm)的膠布，將轉(zhuǎn)子放入，逐級(jí)回扣上半缸隔板，通過(guò)盤動(dòng)轉(zhuǎn)子一周，檢查膠布的接觸情況，對(duì)各級(jí)汽封間隙做記錄，根據(jù)膠帶的磨損情況初步確認(rèn)調(diào)整間隙，通過(guò)調(diào)整汽封體凸臺(tái)調(diào)整各級(jí)間隙。

(2)第一次各級(jí)調(diào)整完畢后，再次回裝各級(jí)汽封體，回裝轉(zhuǎn)子，按上述同樣步驟再次檢查間隙情況，并做記錄，直至各級(jí)調(diào)整數(shù)值均在圖紙標(biāo)準(zhǔn)值下限附近即可。

(3)經(jīng)過(guò)3次調(diào)整，最終各級(jí)隔板汽封數(shù)據(jù)記錄在案（略）。

4.3機(jī)組回裝

機(jī)組回裝，回裝過(guò)程中保證汽機(jī)部分不再進(jìn)行調(diào)整，復(fù)測(cè)對(duì)中數(shù)據(jù)，用發(fā)電機(jī)部分調(diào)整對(duì)中，使對(duì)中數(shù)據(jù)合格。

對(duì)中數(shù)據(jù)如下：

上下與左右張口標(biāo)準(zhǔn)值為0~0.02 mm，實(shí)測(cè)下張口值為0.005 mm，西張口為0.005 mm；上下與左右圓周標(biāo)準(zhǔn)值為0~0.04 mm，實(shí)測(cè)上下圓周電機(jī)高方向?yàn)?.026 mm，左右圓周偏西方向?yàn)?。

表2　葉頂間隙測(cè)量數(shù)據(jù)mm

5　實(shí)施效果

汽機(jī)汽封系統(tǒng)的改造，對(duì)原有的梳齒汽封更換為新型的高效蜂窩式汽封，對(duì)磨損嚴(yán)重的葉頂汽封進(jìn)行修復(fù)，在圖紙規(guī)定的裝配間隙下，采用更高精度的安裝間隙，降低了汽輪機(jī)的級(jí)間損失，大大提高了汽輪機(jī)的效率，汽機(jī)的汽耗在原有的基礎(chǔ)上大幅下降，汽耗指標(biāo)甚至超過(guò)了機(jī)組的設(shè)計(jì)指標(biāo)，改造效果明顯。改造前，兩臺(tái)機(jī)組同期汽耗4.07 kg/kWh、4.18 kg/kWh，改造后，兩臺(tái)機(jī)組同期汽耗3.95 kg/kWh、4.01 kg/kWh，機(jī)組效率提高2.9%和4.0%，兩指標(biāo)均達(dá)到機(jī)組設(shè)計(jì)值，改造效果明顯。

A Study and Practice on Optimization of the Steam Sealing System of Steam Turbine

Chen Shijun
(Tangshan Power Supply Department of Hebei Iron and Steel Co., Ltd., Tangshan, Hebei 063016, China)

[Abstract]The number of sealing teeth was increased in existing cavity, the sealing gap was narrowed as long as not affecting safety, teeth thickness was reduced as long as not af-fecting the service life of the sealing and the sealing structure was improved through modifi-cation of the steam sealing with new-type cellular steam sealing, which has enhanced the power generating efficiency of the unit.

[Keywords]steam turbine; steam consumption; steam sealing

作者簡(jiǎn)介：陳士軍（1970-），男，2005年畢業(yè)于河北理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，現(xiàn)從事技術(shù)、設(shè)備管理工作。

收稿日期：2015-06-12

【中圖分類號(hào)】TM311

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】1006-6764（2015）10-0034-03