汽輪機通流部分采用可調式汽封實用效果評價

趙偉光，王鶯歌，王 輝，王政先

(1.遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006;2.華能大連電廠，遼寧 大連 116100;3.大連泰山熱電有限公司，遼寧 大連 116021)

近年來，火電廠為了降低能耗、提高機組效率，對汽輪機高、中、低壓通流汽封及高、中、低壓缸端部原有汽封進行技術改造。老機組原有汽封形式均為曲徑 (疏齒)式，其特點是利用依次排列的汽封齒與軸之間的間隙形成多個小汽室，使高壓蒸汽在這些汽室中的壓力逐級遞減，來達到減少蒸汽泄漏的目的;一般每圈汽封環分成6～8塊，每個汽封塊的背部裝有平板彈簧片，彈簧片將汽封塊壓向汽輪機轉子，使汽封齒與轉子軸向間隙保持較小的距離，且在運行中汽封間隙不可調整。缺點是對于軸系穩定性較差的汽輪機，啟停機過程中過臨界轉速時，轉子振幅較大，若汽封徑向安裝間隙較小，汽封齒很容易磨損;汽封齒與軸發生碰磨時，軸的加熱段長度有所增加、局部過熱，且溫度升高，使脹差變大，軸上凸臺和汽封塊的高、低齒發生相對位移而倒伏，造成局部漏汽量增加，甚至可能導致大軸彎曲;軸封徑向間隙因磨損較大，導致外漏蒸汽進入軸承箱使油中帶水，油質乳化，潤滑油膜質量變差，破壞動態潤滑效果;疏齒式汽封環形腔室存在不均勻性也是產生汽流激振的重要原因，汽輪機高壓轉子產生的汽流激振一旦發生就很難解決，危及機組的安全運行。在機組檢修時，電廠只能把汽封徑向間隙調大，以確保機組的安全性。由此可見，汽封性能的優劣，不僅影響機組的經濟性，而且影響機組的可靠性。由圖1汽輪機級間損失分布圖可見，葉頂及軸封 (隔板)漏汽損失占級間損失的48%。近年來一些電廠將疏齒汽封分別改為側齒式、可調式 (布萊登)、蜂窩式、刷式、接觸式及接觸—蜂窩綜合式等汽封，這些汽封在高壓側的葉頂、隔板、過橋汽封及低壓側端部汽封應用中各有所長，節能效果也各不相同，在現已投產的135～660 MW亞臨界和超臨界汽輪機中，應用較多是可調式 (布萊登)汽封。

1 可調式汽封基本原理

圖1 汽輪機級間損失分布圖

可調式汽封齒仍采用傳統的疏齒式，將螺旋彈簧安裝在2個相鄰汽封塊的垂直斷面，并在汽封塊上加工蒸汽槽，以便在汽封塊背部通入蒸汽，在自由狀態和空負荷工況時，汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開，徑向間隙達1.75～2 mm，大于傳統汽封的間隙值 (0.75 mm)，避免或減輕了機組啟停過程中過臨界轉速時，由于振動及變形而導致的汽封齒與軸碰磨。隨著負荷增大，汽封塊背部所承受的蒸汽壓力逐漸增大并克服彈簧張力，使汽封塊逐漸合攏，徑向間隙逐步減小，一般設計為20%額定負荷，各級汽封塊完全合攏，達到設計最小徑向間隙 (0.25～0.5 mm)，小于傳統曲徑汽封的間隙值，如圖2所示。

圖2 可調式汽封工作示意圖

汽封漏汽量計算公式[1]為

式中 Gf——汽封漏汽量，kg/h;

ξ——漏汽系數;

F——汽封環形漏汽面積，m2;

Z——汽封齒數;

p1——汽封入口處蒸汽壓力，MPa;

p2——汽封出口處蒸汽壓力，MPa;

V1——汽封入口處蒸汽比容，m3/kg。

2 可調式汽封應用效果評價

近年來，先后有300多臺135～660 MW亞臨界和超臨界汽輪機的高壓缸、高中壓缸過橋汽封及中壓缸的葉頂、隔板和端部軸封內側部分均采用可調式汽封。根據“影響系數法”試驗[2]，列舉了華能大連電廠、華能沁北電廠、撫順熱電廠、大連泰山熱電廠7臺機組改造前、后得到的結果[3－7]，如表1所示。

由表1可見，華能大連電廠4臺350 MW機組均已投產20多年，高壓缸效率下降幅度較大、高中壓缸過橋汽封漏汽量明顯增加、熱耗率升高。4臺機在最近的一次大修中，對動靜通流部分進行“噴丸”粗糙度處理，將原有疏齒式汽封改為可調式汽封，將動靜間隙調整在0.2～0.35 mm(閉合狀態)和1.9～2.2 mm(張口狀態)范圍內，使高壓缸效率提高4%～5%，中壓缸效率略有提高，低壓缸效率有不同程度提高，高中壓缸過橋汽封漏汽量明顯下降，機組熱耗率下降，達190 kJ/kWh以上。經計算，采用可調式汽封機組熱耗率下降70 kJ/kWh左右。

表1 7臺機組改造前、后試驗結果匯總表

華能沁北電廠2號機投產時間較短，運行狀態較好，改造后汽封對機組經濟性影響較小，如高壓缸效率提高1%、過橋汽封漏汽量減小6 t/h。

撫順熱電廠1號機利用中修對高中壓缸解體，并對高中壓缸過橋汽封進行可調式改造，通過表1試驗結果可見，其效果不明顯，過橋汽封漏汽量減小12.4 t/h，高壓缸效率下降1.76%。

大連泰山熱電廠2號機的高中壓缸通流及過橋汽封均進行了可調式改造，中壓缸效率提高1.44%，高壓缸效率基本沒有變化，過橋汽封漏汽量減小約6 t/h。

3 結論

通過7臺機可調汽封改造前、后試驗結果比較和對改造安裝過程調查表明，華能大連電廠4臺汽輪機通流部分老化嚴重，原汽封磨損嚴重，缸效率偏離設計值較大，經大修“噴丸”粗糙度處理、動靜間隙按0.2～0.35 mm調整、汽封改為可調式汽封，使運行中水質合格，大修后機組整體效果較明顯。華能沁北電廠2號機投產僅4年，缸效率下降不明顯、熱耗率升高幅度較小、通流汽封損壞程度不高，所以改造后機組經濟性提高不明顯。撫順熱電廠經回裝測量表明，高壓缸原內張口問題沒有利用檢修予以解決，高中壓轉子凹窩中心沒有按要求調整，直接造成過橋汽封兩側間隙不均，使改造后漏汽量下降幅度不明顯。沒有進行任何改造的高、中壓缸經檢修后效率下降，這表明高中壓通流部分沒有按正常檢修要求進行，使其原有狀態沒有得到改善。大連泰山熱電廠2號機高、中壓缸汽封改為可調式汽封，中壓缸效率提高、過橋汽封漏汽量減小6 t/h，由高壓缸各段抽汽壓力、溫度測量分析，主要是由于高壓缸內可調汽封閉合狀態不佳，動靜間隙沒有達到安裝設定值，使高壓缸效率沒有較明顯變化。

[1]王乃寧，張志剛.汽輪機熱力設計[M].北京:水利電力出版社，1987.

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