關(guān)于300MW機(jī)組汽輪機(jī)汽封漏氣量大的分析和處理

郝文強(qiáng)

摘要：汽輪機(jī)汽封漏汽量大是比較常見的問題，主要針對(duì)軸封漏汽量大進(jìn)行深入分析并且提出合理的對(duì)策及可行性建議，確保發(fā)電廠穩(wěn)定

運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī) 汽封 漏汽 問題分析 改造建議

引言：在火力發(fā)電廠的日常生產(chǎn)過程中汽輪機(jī)是一個(gè)相當(dāng)重要的設(shè)備，是發(fā)電機(jī)組的心臟，與電廠的運(yùn)行的可靠性及經(jīng)濟(jì)性息息相關(guān)，汽輪機(jī)的主要作用就是將鍋爐產(chǎn)生的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)電機(jī)所需要的機(jī)械能，對(duì)整個(gè)發(fā)電廠的生產(chǎn)起著至關(guān)重要的作用。而汽輪機(jī)的汽封又是對(duì)整個(gè)汽輪機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用，現(xiàn)在多數(shù)汽輪機(jī)采用梳齒型汽封，這一現(xiàn)象導(dǎo)致汽封間隙在現(xiàn)有的條件下，不能進(jìn)一步優(yōu)化，汽封漏汽得不到有效的調(diào)整和改善。汽輪機(jī)汽封常見的漏汽現(xiàn)象是普遍也是常見的問題，要想針對(duì)存在的問題進(jìn)行改進(jìn)，就必須從根本出發(fā)，對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)重新梳理，對(duì)存在的典型問題進(jìn)行分析，制定出相應(yīng)的對(duì)策，確保電廠能夠穩(wěn)定生產(chǎn)，避免由于設(shè)備故障而導(dǎo)致的供電可靠性下降的情況發(fā)生。

1、汽輪機(jī)汽封的重要性

東汽300MW汽輪機(jī)汽封為梳齒型汽封，在機(jī)組正常運(yùn)行當(dāng)中汽封間隙過大會(huì)導(dǎo)致前軸封冒汽，中間級(jí)間漏汽過大會(huì)影響經(jīng)濟(jì)性，后軸封漏空氣會(huì)掉真空。汽封間隙過小會(huì)動(dòng)靜摩擦，轉(zhuǎn)子局部受熱等等，易引起振動(dòng)、差脹等一系列問題。

1.1 汽封改造：在傳統(tǒng)刷封的基礎(chǔ)上，增加滯后型刷式密封，在常規(guī)密封的基礎(chǔ)上增加汽體減壓倉和汽體滯后腔室。前擋板的高度改變并增加汽體減壓倉，汽體經(jīng)過前擋板前齒后產(chǎn)生折射，進(jìn)入汽體減壓倉形成汽體多方向流動(dòng)，從而達(dá)到對(duì)汽體的降壓效果;增加汽體滯后腔室使刷絲層的叢林效應(yīng)加大，汽體在滯后腔室與刷絲的紊流效果更明顯，減少了刷絲與擋板的摩擦力，增加刷絲的彈性，使刷絲密封更能適應(yīng)轉(zhuǎn)子的偏移或熱變形，具有更好的密封特性和使用壽命。

1.2刷式汽封基本結(jié)構(gòu)及原理：由前擋板、后擋板及二者之間有序緊密排列的刷絲層（刷絲的直徑一般為0.08～0.16mm，周長方向排列密度為120～250根/mm;刷絲的徑向長度一般為2.5～12mm）組成，采用電子束焊接方式的熔焊工藝，將前擋板、刷絲層、后擋板沿外徑焊接一體。刷絲層排列時(shí)與轉(zhuǎn)子半徑方向成一定的角度（傾角30°～60°），每根刷絲就是一端為支點(diǎn)的梁，刷絲具有彈性可順著轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向順著刷絲角度瞬間偏移。通過徑向壓力梯度引起的徑向流動(dòng)改變傾角來補(bǔ)償間隙，刷絲的這種動(dòng)態(tài)過程被稱為壓力閉合效應(yīng)（blow dowm），該效應(yīng)能使刷封具有較好的密封特性。

1.3 刷絲的選擇：刷絲材料和轉(zhuǎn)子涂層材料的合理組合是保證密封穩(wěn)定、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。國內(nèi)轉(zhuǎn)子表面普遍未經(jīng)表面噴涂處理，采用的刷絲材料不能完全搬照GE推薦參數(shù)設(shè)計(jì)，可采用GE推薦的鎳基合金制造，避免鈷基材料過高的高溫溫度對(duì)轉(zhuǎn)子的損傷。參照GE公司推薦的鎳基合金，結(jié)合國產(chǎn)轉(zhuǎn)子表面狀態(tài)和使用溫度，推薦采用A-286鎳基合金。A-286鎳基合金500℃時(shí)拉伸強(qiáng)度為常溫時(shí)的87%，使其具有很好的高溫合金和抗氧化能力，如使用溫度低于Ni-Ni3S2共晶645℃，其抗熱腐蝕性能與鈷基相似。

1.4 刷式汽封各部件材質(zhì)選用

根據(jù)GE公司介紹，用于CrMoV合金轉(zhuǎn)子密封的刷絲材料，根據(jù)使用溫度的不同，推薦采用鈷基合金和鎳基合金。刷絲材料和轉(zhuǎn)子涂層材料的合理組合是保證密封穩(wěn)定、安全運(yùn)行的關(guān)鍵。國內(nèi)轉(zhuǎn)子表面普遍未經(jīng)表面噴涂處理，采用的刷絲材料不能完全搬照GE推薦參數(shù)設(shè)計(jì)，可采用GE推薦的鎳基合金制造，避免鈷基材料過高的高溫溫度對(duì)轉(zhuǎn)子的損傷。參照GE公司推薦的鎳基合金，結(jié)合國產(chǎn)轉(zhuǎn)子表面狀態(tài)和使用溫度，推薦采用A-286鎳基合金。A-286鎳基合金500℃時(shí)拉伸強(qiáng)度為常溫時(shí)的87%，使其具有很好的高溫合金和抗氧化能力，如使用溫度低于Ni-Ni3S2共晶645℃，其抗熱腐蝕性能與鈷基相似。

2、汽封改造的必要性

2.1 高中壓前軸封改造的必要性：高中壓部分汽封工作壓差大，溫度高，蒸汽焓降大;加之高壓缸本身的效率較低，高壓前軸封離軸瓦近，汽封間隙可以調(diào)節(jié)到更小。高壓軸封的改造還能杜絕軸承箱油中帶水現(xiàn)象，相對(duì)來說改造是很有必要的。

2.2 高中壓后軸封改造的必要性：該處壓力較大，密封齒較少，泄漏比較明顯。且離軸承近，振動(dòng)小，改造成刷式汽封后可以把間隙放到設(shè)計(jì)值的下限，因此能較為完全地控制泄漏。

2.3 高壓缸葉頂汽封改造的必要性：高壓缸蒸汽壓力比較大，由于葉頂汽封間隙較大，漏氣將會(huì)影響到下一級(jí)的進(jìn)氣量，漏到下一級(jí)的蒸汽同時(shí)又改變了正常的進(jìn)氣方向，由于刷式汽封有別于傳統(tǒng)汽封的優(yōu)越性，在降低對(duì)轉(zhuǎn)子傷害的同時(shí)，能有效的減小徑向間隙和通流面積。從而可以達(dá)到減小漏氣量，提高高壓缸效率的目的。

2.4 中壓缸隔板汽封改造的必要性：參照高壓缸改造的結(jié)構(gòu)，改造中壓缸隔板汽封，能有效降低漏氣量，提高中壓缸效率。

2.5 高壓進(jìn)汽、排汽平衡盤汽封改造的必要性：兩處工作壓差均非常大，進(jìn)汽平衡盤位置處于轉(zhuǎn)子的中部，普通的梳齒汽封是不可能把間隙裝小的，因此該處的間隙一般很大;又由于壓差大，所以該處泄漏量非常大，經(jīng)常造成蒸汽短路。改造進(jìn)汽平衡盤位置對(duì)于高壓缸的效率高低起著決定性的作用。

2.6 中壓進(jìn)汽平衡盤汽封改造的必要性：由于該處緊鄰高壓進(jìn)汽平衡盤，溫度高、壓差大是泄漏的主要通道，所以此處的汽封改造十分有必要。

2.7 低壓隔板汽封改造的必要性：根據(jù)汽輪機(jī)實(shí)際結(jié)構(gòu)以及單肩汽封的固有特點(diǎn)，將低壓隔板汽封每道迎汽側(cè)第二道齒改為刷齒;低壓部分轉(zhuǎn)子直徑大，蒸汽的溫度和壓力都比較低，蒸汽焓降小。總的來說就低壓缸而言有以下的特點(diǎn)：

1）做功份額大。在額定工況條件下，功率占整機(jī)功率的43%以上;

2）每級(jí)做功的能力大;如末級(jí)和次末級(jí)葉片每級(jí)的功率約為12MW左右;

3）壓差小，溫度低。改造風(fēng)險(xiǎn)小;

4）設(shè)計(jì)徑向間隙大。因低壓缸采用鋼結(jié)構(gòu)焊接，變形大，檢修時(shí)一般不調(diào)小間隙;

5）低壓動(dòng)葉長在離心力的作用下動(dòng)葉會(huì)變長，無法準(zhǔn)確估計(jì)正常運(yùn)行時(shí)的間隙;

6）靜葉根部汽封為單肩汽封。

綜上所述，減小間隙對(duì)于提高低壓缸效率作用明顯，利用刷封的特性可以將間隙調(diào)小至設(shè)計(jì)值的1/2-1/3左右。低壓隔板汽封刷式改造的基本思路就是將原汽封寬度適當(dāng)加寬，在兩齒之間鑲?cè)胨h(huán)，即在原來汽封上增加一道刷齒。改造成刷式汽封后，因刷絲優(yōu)異的彈性和回彈性;在機(jī)組啟動(dòng)時(shí)，刷絲的彈性能躲避機(jī)組的振動(dòng)，即使碰磨上，接觸產(chǎn)生的力量也會(huì)很小，不會(huì)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行構(gòu)成安全隱患。而機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行后，刷絲的回彈性能快速的跟上轉(zhuǎn)子，恢復(fù)到原來的間隙，使得機(jī)組的效率得到保證。

2.8 低壓缸前后軸封改造的必要性：低壓軸封的主要作用是防止外界空氣進(jìn)入汽缸內(nèi)，造成機(jī)組真空下降。汽輪機(jī)的真空問題一直是電廠的一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)問題，往往真空度低找不到其真正的原因，而軸封是其中一個(gè)比較容易忽視的地方。低壓軸封的改造還能有力的減少軸封供汽室的壓力。

3、預(yù)期效果：汽輪機(jī)生產(chǎn)制造廠根據(jù)該汽輪機(jī)的熱力平衡系統(tǒng)特點(diǎn)，應(yīng)用費(fèi)留格爾公式計(jì)算得出各部位的漏汽量。

G=3.6*π*D*δ*G為漏汽量（t/h）δ為汽封徑向間隙（m）

汽輪機(jī)汽封漏汽對(duì)機(jī)組經(jīng)濟(jì)性影響，是根據(jù)對(duì)應(yīng)于汽封兩端蒸汽比焓降和汽封漏汽量的計(jì)算求得的。結(jié)合行業(yè)多年改造經(jīng)驗(yàn)，換算成煤耗至少可降低3g/KW·h左右，折合煤耗6000噸左右，綜合節(jié)能效果明顯。

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