汽輪機(jī)隨動(dòng)懸浮齒汽封的應(yīng)用研究

湯國琪

（山西臨汾熱電有限公司，山西臨汾041000）

0 引言

某電廠2×300 MW機(jī)組采用哈爾濱汽輪機(jī)廠制造的CZK250/N300-16.7/538/538型亞臨界、一次中間再熱、雙缸雙排汽、單軸、直接空冷、供熱凝汽式汽輪機(jī)。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間的增長，由于汽封彈簧失效、汽封磨損等造成汽輪機(jī)汽缸效率低、熱耗大[1]。為提高機(jī)組運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性，對(duì)1號(hào)機(jī)實(shí)施了汽輪機(jī)隨動(dòng)懸浮齒汽封的改造。

1 隨動(dòng)懸浮齒汽封技術(shù)

1.1 工作原理

隨動(dòng)懸浮齒汽封把原來的汽封齒化整為零，變成一個(gè)個(gè)小齒，每個(gè)小齒能夠獨(dú)立動(dòng)作，比原汽封齒高0.3～0.5 mm，彌補(bǔ)動(dòng)靜之間被人為放大的“安全”間隙。小齒根部呈懸浮設(shè)計(jì)，受力即可后退，輕觸于旋轉(zhuǎn)軸上，對(duì)軸的摩擦力可忽略不計(jì)；懸浮齒可以微量擺動(dòng)，消除軸旋轉(zhuǎn)對(duì)齒的沖擊影響，保證齒和軸無硬摩擦。

1.2 結(jié)構(gòu)形式

懸浮齒采用耐高溫彈性材料，工作溫度可達(dá)800℃，齒厚按工況要求在0.18～0.2 mm之間，齒寬4～8 mm。齒片熱傳導(dǎo)性好，輕觸時(shí)熱量散發(fā)快。懸浮齒連體式設(shè)計(jì)有護(hù)齒結(jié)構(gòu)，保證小齒工作時(shí)不脫落，激光焊接和鉚焊兩種加工工藝相結(jié)合，確保使用的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

為方便汽封間隙檢測[2]，隨動(dòng)懸浮齒汽封在出廠前都裝有齒片壓條，即懸浮齒片被壓條頂起，因此可按常規(guī)梳齒汽封的間隙檢測方式進(jìn)行。待該汽封調(diào)整合格后（包括膨脹間隙），將每塊汽封塊上的壓條抽出，恢復(fù)懸浮齒片的正常間隙。圖1為隨動(dòng)懸浮齒汽封結(jié)構(gòu)圖，圖1中A間隙為壓條抽出前間隙，B間隙為壓條抽出后間隙。

圖1 隨動(dòng)懸浮齒汽封結(jié)構(gòu)圖

1.3 技術(shù)特點(diǎn)

a）密封間隙小，安裝時(shí)可按0.05～0.1 mm間隙調(diào)整，汽輪機(jī)正常運(yùn)行研配間隙可以更小，小間隙是保證提高密封能力的主要因素。

b）隨動(dòng)懸浮齒結(jié)構(gòu)精巧，所占空間5×7 mm，不影響汽封整體強(qiáng)度。對(duì)應(yīng)軸端、隔板及過橋汽封，如果汽封體結(jié)構(gòu)適合，可增加隨動(dòng)懸浮齒2～3道，多道小間隙密封齒帶來更好的密封效果。

c）隨動(dòng)懸浮齒每個(gè)小齒都能獨(dú)立退讓，動(dòng)作靈活，輕輕一按就會(huì)后退，齒尖輕貼在轉(zhuǎn)軸上，對(duì)軸壓力很小，可忽略不計(jì)，主要因?yàn)辇X根和轉(zhuǎn)子軸向水平，對(duì)轉(zhuǎn)軸沒有正向壓力。

d）受到轉(zhuǎn)軸壓力退讓，隨轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)徑向傾倒時(shí)受護(hù)齒結(jié)構(gòu)控制，只能向下運(yùn)動(dòng)，躲開轉(zhuǎn)軸；小齒微微側(cè)傾即離開轉(zhuǎn)軸，還沒碰到小齒即失去受力，所以不會(huì)塞夾在一起。

e）小齒受轉(zhuǎn)子壓力，無拉力，輕微受力即后退側(cè)傾，不會(huì)脫落。小齒設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)受力特點(diǎn)，彈性變形點(diǎn)加強(qiáng)，齒根受力點(diǎn)加強(qiáng)，既保證彈性靈活又不失強(qiáng)度。

f）小齒采用耐溫800℃以上的特種高溫變形合金，退火溫度1 100℃，工作溫度為-200～700℃時(shí)有較強(qiáng)的抗蠕變特性，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)碰摩小齒，不會(huì)脫落影響密封。

g）小齒片屬微動(dòng)退讓，與轉(zhuǎn)子振幅同步，所需彈力非長期受力所需的屈服彈力，所以保持微小彈力即可正常工作。

h）齒片采用耐高溫變形合金材料，工作耐溫達(dá)800℃，此種材料耐熱抗振性好，高溫狀態(tài)保持彈力能力強(qiáng)，即使長期高溫其彈性衰變，其殘余彈力也可滿足小齒微動(dòng)所需。

i）小齒迎汽側(cè)有護(hù)齒保護(hù)，受護(hù)齒結(jié)構(gòu)影響，側(cè)傾角度受限，與護(hù)齒及后面高齒間隙0.1 mm，受沖刷時(shí)不會(huì)扭曲，保證齒片排列整齊不影響密封。

j）隨動(dòng)懸浮齒汽封把原來整圈汽封齒化整為零，分割成一個(gè)個(gè)小齒，整塊汽封對(duì)軸的壓力被每個(gè)小齒分解，相對(duì)摩擦力??；普通汽封是整體結(jié)構(gòu)，汽封對(duì)軸的壓力容易集中在某個(gè)點(diǎn)上，單點(diǎn)壓力非常大，摩擦力亦會(huì)很大，對(duì)轉(zhuǎn)軸影響非常大。

1.4 應(yīng)用部位

高中低壓軸端汽封；高中壓葉頂、隔板汽封；高中壓側(cè)、高壓排汽側(cè)平衡活塞汽封。

2 改造方案及工期

2.1 改造方案

1號(hào)機(jī)組上一次A級(jí)檢修進(jìn)行了布萊登汽封改造，對(duì)高、中壓缸的2道軸端汽封、中壓缸8道隔板汽封、高中壓側(cè)及高排10道平衡活塞汽封共20道汽封進(jìn)行了布萊登汽封改造；對(duì)高壓缸噴嘴阻汽片5道、高壓缸隔板阻汽片48道、低壓缸葉頂正反末級(jí)及次末級(jí)阻汽片各6道共65道阻汽片進(jìn)行了拆除、更換。由于布萊登汽封的彈簧形式做了本質(zhì)的改變，所以本次A級(jí)檢修前通過調(diào)研論證，擬采用隨動(dòng)懸浮齒汽封改造?？紤]到機(jī)組高壓軸端蒸汽壓力較大，在汽封的隨動(dòng)懸浮齒設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)對(duì)高壓軸端后部1、2圈汽封設(shè)計(jì)了3道懸浮齒。

本次1號(hào)機(jī)A級(jí)檢修揭缸檢修過程中采用隨動(dòng)懸浮齒汽封技術(shù)分別對(duì)高、中、低壓缸的16道軸端汽封、高壓缸2～11級(jí)隔板10道汽封、高中壓側(cè)及高排9道平衡環(huán)汽封共35道汽封圈進(jìn)行改造；對(duì)高壓葉頂、中壓葉頂汽封33圈梳齒汽封進(jìn)行加寬加齒設(shè)計(jì)改造；對(duì)高壓噴嘴、中壓隔板1～12級(jí)、低壓葉頂正反4～5級(jí)的68道阻汽片進(jìn)行拆除、鑲嵌，改造更新，并對(duì)汽封間隙進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，經(jīng)全實(shí)缸驗(yàn)收。

2.2 改造工期

項(xiàng)目設(shè)計(jì)、設(shè)備制造工期50 d，其中通流汽封改造設(shè)計(jì)20 d，改造阻汽片制造30 d?，F(xiàn)場改造工期需45 d，其中停機(jī)冷卻及揭缸、修前測量15 d，阻汽片拆除及鑲嵌安裝、加工損壞汽封圈15 d，高中低壓缸汽封間隙調(diào)整、全實(shí)缸驗(yàn)收15 d。

3 啟動(dòng)方案

汽輪機(jī)隨動(dòng)懸浮汽封齒片間隙較小，汽輪機(jī)啟動(dòng)時(shí)需要耐心磨檢，要按步驟先研磨出合理間隙，達(dá)到規(guī)定轉(zhuǎn)速穩(wěn)定運(yùn)行后再過臨界，實(shí)現(xiàn)啟機(jī)過程平穩(wěn)可控。

a）隨動(dòng)懸浮齒汽封軸封0～0.1 mm間隙，缸內(nèi)間隙比普通汽封小，因軸封密封蒸汽流動(dòng)量小，轉(zhuǎn)子膨脹需要一定時(shí)間，故需要充分暖機(jī)。

b）啟動(dòng)前調(diào)出1、2瓦X、Y方向軸振及轉(zhuǎn)子偏心值曲線，以便于監(jiān)控。

c）沖轉(zhuǎn)前，連續(xù)盤車時(shí)間必須在4 h以上。機(jī)組轉(zhuǎn)速、偏心、軸向位移、脹差、振動(dòng)保護(hù)等表計(jì)顯示正確，并正常投入。

d）汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)，目標(biāo)轉(zhuǎn)速200 r/min，升速率20 r/min。汽輪機(jī)轉(zhuǎn)速大于3 r/min，若盤車裝置未自動(dòng)脫扣，應(yīng)打閘停機(jī)，查明故障原因，排除故障后方可重新沖轉(zhuǎn)。

e）機(jī)組轉(zhuǎn)速升至200 r/min時(shí)，磨檢30 min。檢查機(jī)組偏心、振動(dòng)正常后，分別提升轉(zhuǎn)速至300 r/min、400 r/min、500 r/min、600 r/min，機(jī)組轉(zhuǎn)速在600 r/min磨檢時(shí)間不低于1 h。

f）機(jī)組轉(zhuǎn)速升至1 100 r/min時(shí)，磨檢1 h。磨檢完成后，確認(rèn)機(jī)組振動(dòng)正常，不再上升，初步具備過臨界條件，先降低轉(zhuǎn)速至800 r/min，穩(wěn)定10 min，設(shè)定升速率100 r/min，再提速至1 100 r/min 1～2次；若機(jī)組振動(dòng)不大幅度增加，振幅不超0.07 mm即可不降速，直接過臨界，目標(biāo)轉(zhuǎn)速2 450 r/min。

g）低轉(zhuǎn)速時(shí)偏心較大或振幅波動(dòng)較大不宜提速，提速時(shí)如果軸振上升明顯或接近0.1 mm即快速降低轉(zhuǎn)速。汽輪機(jī)沖轉(zhuǎn)后在軸系一階臨界轉(zhuǎn)速前，任一軸承出現(xiàn)0.03 mm振動(dòng)或任一軸承處軸振超過0.12 mm，應(yīng)立即打閘停機(jī)查找原因。

h）嚴(yán)密監(jiān)視機(jī)組左右側(cè)膨脹、脹差、軸向位移、上下缸溫差，發(fā)現(xiàn)異常，應(yīng)立即查明原因并處理。

i）機(jī)組轉(zhuǎn)速升至2 450 r/min，蒸汽溫度壓力提高，機(jī)組仍需充分暖機(jī)，暖機(jī)不低于2 h，嚴(yán)密監(jiān)控機(jī)組振動(dòng)，振動(dòng)上升時(shí)就降低轉(zhuǎn)速至安全轉(zhuǎn)速，暖機(jī)后升速至3 000 r/min。

j）機(jī)組帶初始負(fù)荷時(shí)監(jiān)控振動(dòng)情況，只要平穩(wěn)可控，慢慢升負(fù)荷，升負(fù)荷速率3 MW/min。機(jī)組負(fù)荷變化時(shí)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)軸心會(huì)發(fā)生變化，會(huì)有新的摩擦產(chǎn)生，可通過暖機(jī)消除。振動(dòng)曲線如果有鋸齒樣波形即證明還有摩擦，只要振動(dòng)不增加或降速振動(dòng)較小，說明摩擦量很小，一般運(yùn)行2 d后消除。

4 改造效果

a）通過對(duì)機(jī)組高中壓缸軸端汽封改造，可以充分利用隨動(dòng)懸浮齒汽封的良好密封能力，加強(qiáng)前后軸端的密封效果，大大減少軸端的漏汽程度和漏汽量，減少非做功蒸汽的損失，相對(duì)提高蒸汽的做功能力。

b）通過對(duì)機(jī)組高中壓側(cè)平衡活塞汽封的隨動(dòng)懸浮齒汽封改造，可以有效減少高中壓缸之間的漏汽，提高噴嘴的做功能力。

c）通過對(duì)機(jī)組低壓缸前后軸端汽封的改造，可以充分利用隨動(dòng)懸浮齒汽封的良好密封能力，提高低壓軸端的密封效果，大大減輕空氣的漏入，對(duì)提高機(jī)組真空有良好的效果。

d）通過對(duì)汽輪機(jī)隨動(dòng)懸浮齒汽封改造，高壓缸、中壓缸、低壓缸的效率分別提高了1.49%、0.8%、1.08%，機(jī)組熱耗降低125 kJ/（kW·h），供電煤耗降低4.81 g/（kW·h），改善了汽封的性能，機(jī)組軸振最大59 μm（1瓦X方向），振動(dòng)良好。

5 結(jié)束語

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)組的可靠性[3]。隨著高參數(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。隨動(dòng)懸浮齒汽封具有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單、性價(jià)比高、間隙補(bǔ)償性好、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，采用隨動(dòng)懸浮齒汽封技術(shù)，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，取得了顯著的節(jié)能效果，具有良好的應(yīng)用及推廣前景。