一種彈性可調(diào)式汽封徑向間隙調(diào)整方法的研究

閆磊

摘 要：結(jié)合彈性可調(diào)式汽封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用一種新的方法對(duì)汽封徑向間隙進(jìn)行測(cè)量，并得到準(zhǔn)確數(shù)值，并對(duì)此種汽封間隙的調(diào)整進(jìn)行了研究，可作為汽輪機(jī)檢修汽封間隙調(diào)整的參考。

關(guān)鍵詞：汽封間隙；可調(diào)式汽封；汽輪機(jī)

1 概述

神華寧煤集團(tuán)煤化工分公司烯烴公司50MW發(fā)電機(jī)組，自2011年檢修后已運(yùn)行四年，經(jīng)研究于2015年7月對(duì)該發(fā)電機(jī)組汽輪機(jī)進(jìn)行檢修。在檢修過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，汽輪機(jī)各級(jí)汽封均發(fā)生嚴(yán)重銹蝕。該機(jī)組汽封圈為彈性可調(diào)式，由于銹蝕原因，汽封彈性失效，對(duì)機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)重大隱患，因此決定對(duì)該汽輪機(jī)各級(jí)汽封進(jìn)行更換。本次檢修汽封徑向間隙的調(diào)整使用的是傳統(tǒng)的壓膠布方法，這種方法存在耗費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、測(cè)量精準(zhǔn)度低等缺陷。根據(jù)對(duì)本次檢修中遇到的問(wèn)題，探索一種新的汽封徑向間隙的測(cè)量方法，不僅縮短了汽封間隙調(diào)整的工期，而且得到了精確的汽封間隙數(shù)值，為機(jī)組檢修提供了指導(dǎo)作用。

2 汽封的作用及調(diào)整方法

汽輪機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中，為了防止動(dòng)靜部分發(fā)生碰撞或摩擦，因此留有一定的間隙，但是由于間隙的存在，造成了高溫高壓蒸汽在間隙中泄漏，不僅降低了蒸汽的使用率，也影響了汽輪機(jī)內(nèi)部的力學(xué)平衡。因此，在汽輪機(jī)動(dòng)靜部分之間設(shè)置了蒸汽密封裝置，防止蒸汽泄漏，通常稱這種密封裝置為汽封。針對(duì)密封位置的不同，又分為軸端密封、圍帶密封和隔板密封。汽封的種類有很多，最常見(jiàn)的是梳齒形汽封。梳齒形密封是迷宮式密封的一種，常見(jiàn)的有平齒和高低齒汽封，對(duì)蒸汽的密封效果非常好，本次檢修的機(jī)組，采用的就是高低齒汽封。

本次檢修的發(fā)電機(jī)組汽封為彈性可調(diào)式，在汽封圈背部有彈簧片，在不受力狀態(tài)時(shí)，彈簧片利用自身彈性將汽封圈頂起，此時(shí)汽封間隙為該狀態(tài)下最小值。在汽封圈受到外力的作用時(shí)，汽封圈可以反彈力方向縮回，防止轉(zhuǎn)子對(duì)汽封齒的損壞。同時(shí)汽封背部有調(diào)整墊，通過(guò)加減調(diào)整墊，可以對(duì)汽封的徑向間隙（被彈簧片頂起時(shí)為在該狀態(tài)下的最小間隙）進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整最大范圍達(dá)1.5mm。

3 汽封間隙的測(cè)量方法

在此種彈性可調(diào)式汽封間隙的測(cè)量過(guò)程中，遇到了一些困難。一是由于汽封受力收縮，利用壓膠布方法測(cè)量時(shí)，與汽輪機(jī)實(shí)際工作狀態(tài)有差別；二是傳統(tǒng)的壓膠布的方法只能測(cè)量汽封間隙是否在合適范圍，不能測(cè)量準(zhǔn)確的數(shù)值，因此在調(diào)整的過(guò)程中，不能一次性完成汽封間隙的調(diào)整，延長(zhǎng)了不必要的勞動(dòng)時(shí)間；三是由于轉(zhuǎn)子自身存在撓度，沒(méi)有準(zhǔn)確的數(shù)值參考，無(wú)法在汽封調(diào)整過(guò)程中對(duì)撓度進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)償計(jì)算；四是采用拉鋼絲測(cè)量的方法較為復(fù)雜，對(duì)測(cè)量人員的技術(shù)能力有較高的要求，測(cè)量時(shí)間也較長(zhǎng)，影響檢修的進(jìn)度。因此，針對(duì)以上問(wèn)題，探索出一種汽封間隙測(cè)量的方法，在獲得精確數(shù)值的同時(shí)，也使測(cè)量方法簡(jiǎn)單易行。

3.1 測(cè)量方法理論分析

汽封徑向間隙就是汽封齒頂與轉(zhuǎn)子之間的距離。在本次檢修中，汽封間隙在0.45-0.55mm范圍內(nèi)，很難用常規(guī)測(cè)量工具測(cè)得，一般使用塞尺進(jìn)行測(cè)量，但是每個(gè)人測(cè)量的手感有差別，測(cè)量存在較大的誤差。因此使用常規(guī)量具，并利用某種數(shù)學(xué)關(guān)系式間接的測(cè)量汽封間隙，成為探尋測(cè)量方法的關(guān)鍵。

如圖1所示，隔板內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子底部之間的距離為H，汽封齒頂與隔板內(nèi)表面之間的距離為h，汽封間隙為齒頂?shù)睫D(zhuǎn)子底部的距離c，由此可以得到關(guān)系式：H=h+c。

可以得到汽封間隙的計(jì)算公式：

c=H-h

3.2 汽封間隙測(cè)量方法

由式一可知，測(cè)量汽封間隙c的關(guān)鍵就是測(cè)量隔板內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子底部之間的距離為H和汽封齒頂與隔板內(nèi)表面之間的距離為h。

（1）H值的測(cè)量

將汽封從隔板汽封洼窩中拆卸出來(lái)，對(duì)隔板洼窩以及內(nèi)表面圓周進(jìn)行清理，在各級(jí)隔板內(nèi)表面放置鉛塊，鉛塊厚度要大于汽封圈厚度，才能保證壓鉛成功。將轉(zhuǎn)子吊回汽缸中，此時(shí)轉(zhuǎn)子會(huì)對(duì)鉛塊產(chǎn)生壓迫，待轉(zhuǎn)子落穩(wěn)后，將轉(zhuǎn)子起吊，取出各級(jí)鉛塊，測(cè)量每級(jí)鉛塊被壓后的厚度，編號(hào)并記錄，此時(shí)測(cè)量的即為隔板內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子底部之間的距離為H，如圖2所示。

（2）h值的測(cè)量

回裝各級(jí)汽封圈，使用深度尺測(cè)量汽封齒頂?shù)礁舭鍍?nèi)表面的距離，可以得到h值。需要注意的是，汽封圈背部有彈簧片支撐，測(cè)量時(shí)不可過(guò)于用力，以防汽封回縮使h值比實(shí)際值偏小，導(dǎo)致測(cè)量誤差。

通過(guò)對(duì)H和h的測(cè)量，可以得到汽封間隙c的數(shù)值。用同樣的方法可以測(cè)量上部和左右汽封間隙的數(shù)值。

3.3 轉(zhuǎn)子撓度值δ的補(bǔ)償計(jì)算

理想狀態(tài)下轉(zhuǎn)子以兩側(cè)軸瓦為支點(diǎn)，形成一條水平直線，通過(guò)隔板內(nèi)圓的中心?？墒窃趯?shí)際中，轉(zhuǎn)子由于自身重力和各部分重量的分布差異，會(huì)產(chǎn)生不同程度的下沉現(xiàn)象，下沉的距離即為轉(zhuǎn)子的撓度。

在靜止情況下，轉(zhuǎn)子的撓度稱為靜撓度；在旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，轉(zhuǎn)子的撓度稱為動(dòng)撓度。一般情況下，靜撓度要略微大于動(dòng)撓度，隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的增大，動(dòng)撓度會(huì)越來(lái)越小。在轉(zhuǎn)子找中心時(shí)，一般參考的是靜撓度，并假設(shè)轉(zhuǎn)子按額定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的撓度為0。如表1所示，為本次檢修50MW汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的部分靜撓度值。根據(jù)靜撓度表，可以繪制撓度曲線，方便查閱。

4 彈性可調(diào)式汽封間隙的調(diào)整

對(duì)于本次檢修的50MW汽輪機(jī)，更換新汽封圈時(shí)，所有的汽封間隙都不可知，需要進(jìn)行一次試驗(yàn)性回裝。為了防止間隙過(guò)小傷到汽封齒，選擇以汽封間隙最大值為初始狀態(tài)，并以此為基準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，記為cmax。以下隔板汽封間隙調(diào)整為例，步驟如下：（1）對(duì)轉(zhuǎn)子與汽缸、隔板內(nèi)表面圓以及汽封洼窩的同心度進(jìn)行復(fù)查，在補(bǔ)償轉(zhuǎn)子靜撓度的情況下，轉(zhuǎn)子與汽缸、隔板內(nèi)表面圓以及汽封洼窩的同心度不得超過(guò)0.05mm。如有較大偏差，需要進(jìn)行調(diào)整。（2）拆除汽封圈背部墊片及定位塊，使汽封間隙為最大值?；匮b下半部分汽封圈以及彈簧片，使汽封齒充分頂起。根據(jù)上述公式，計(jì)算得出的補(bǔ)償靜撓度后的汽封間隙標(biāo)準(zhǔn)范圍，在范圍內(nèi)選擇需要調(diào)整的汽封間隙目標(biāo)值c目標(biāo)。（3）使用文章中提到的測(cè)量方法，測(cè)量下隔板汽封徑向間隙的數(shù)值（此時(shí)即為基準(zhǔn)值cmax），記錄在相應(yīng)表格內(nèi)。汽封間隙需要調(diào)整的量△=cmax-c目標(biāo)（為正值時(shí)，需要減小汽封間隙）。（4）根據(jù)△值，在汽封圈背部加減相應(yīng)厚度的調(diào)整墊片，用定位塊鎖死，回裝汽封圈及彈簧片，此時(shí)汽封間隙一次性調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)值?？梢允褂孟嗤瑴y(cè)量方法，對(duì)汽封間隙進(jìn)行復(fù)查，得出汽封間隙數(shù)值，并記錄。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)文章中研究的測(cè)量方法，可以準(zhǔn)確的測(cè)量出汽封間隙的數(shù)值，為汽封間隙的調(diào)整提供參考和依據(jù)。與傳統(tǒng)的壓膠布法相比，只需要進(jìn)行兩次轉(zhuǎn)子的起吊和回裝，便可以對(duì)汽封間隙調(diào)整完畢，同時(shí)可以得到汽封間隙的準(zhǔn)確數(shù)值，而不是一個(gè)大致的范圍值，使汽封間隙的調(diào)整更加精確，并很大程度上節(jié)省了勞動(dòng)時(shí)間和勞動(dòng)人力，提高了工作效率。該方法僅為理論研究，需要在實(shí)際檢修過(guò)程中進(jìn)一步驗(yàn)證和改進(jìn)。

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