淺談汽輪機(jī)節(jié)能改造

李占強(qiáng)

保定市世澳建筑工程有限責(zé)任公司（071000）

0 前言

近年來(lái)，隨著節(jié)能減排工作的展開(kāi)，各火力發(fā)電廠也加快了汽輪機(jī)的節(jié)能改造，其中通流間隙的改造對(duì)節(jié)能減排效果非常明顯,由于機(jī)組的老化，機(jī)體的高溫變形，及轉(zhuǎn)子的汽蝕、化學(xué)沉積導(dǎo)致葉片結(jié)垢、葉片侵蝕影響排汽效果、機(jī)械損傷影響進(jìn)出汽角、汽封間隙漏汽直接影響汽耗，因此，汽封通流間隙的改造勢(shì)在必行。

1 機(jī)組存在的問(wèn)題

1）調(diào)節(jié)級(jí)葉頂及葉根汽封的汽封徑向間隙。

2）高、中壓缸效率偏低，機(jī)組熱耗高。

3）高、中壓缸通流部分間隙大，尤其是各平衡環(huán)部分的汽封間隙大,造成機(jī)組高壓排汽參數(shù)高、各部分汽封漏汽大，影響機(jī)組運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性。

4）機(jī)組排氣溫度偏高、真空嚴(yán)密性差。

上述問(wèn)題是國(guó)內(nèi)同類型機(jī)組普遍存在的共性問(wèn)題，給機(jī)組的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行帶來(lái)隱患。

2 梳齒式汽封密封漏汽量的經(jīng)驗(yàn)公式及分析

1）試驗(yàn)表明梳齒式汽輪機(jī)軸封的漏汽量由下列數(shù)學(xué)公式可以計(jì)算：

①當(dāng)蒸汽從軸封順次通過(guò)軸封的齒隙漏出來(lái)，如果蒸汽通過(guò)每一道汽封環(huán)阻汽后其圓周運(yùn)動(dòng)速度小于臨界速度,其漏汽量符合下列計(jì)算：

式中：ΔG為汽封蒸汽泄漏量；A為汽封間隙面積，Z為汽封環(huán)齒數(shù)；P0υ0為進(jìn)入軸封前蒸汽壓力、比容；g=9.81m/s2,Pz為軸封蒸汽壓力。μ為蒸汽周向運(yùn)動(dòng)阻力系數(shù)。

②如果汽封內(nèi)的蒸汽周向運(yùn)動(dòng)速度達(dá)到或超過(guò)臨界速度，其蒸汽的泄漏量則按下列計(jì)算：

實(shí)驗(yàn)表明：梳齒式汽封的蒸汽周向流速都接近或超過(guò)臨界轉(zhuǎn)速2 700 r/min。（因?yàn)檩S徑和汽封齒面都是光滑的，μ值很小趨近于0）故蒸汽順螺旋式向外推進(jìn)泄漏。

2）分析

影響汽輪機(jī)本體運(yùn)行通流效率有如下幾方面：化學(xué)沉積導(dǎo)致葉片結(jié)垢、葉片侵蝕影響排汽效果、機(jī)械損傷影響進(jìn)出汽角、汽封間隙漏汽直接影響汽耗,其中汽封漏汽所占比重在80%左右，從（1）和（2）式中都可以看出在（P0—Pz）齒間壓差一定的情況下要減小軸封漏汽可以增加齒數(shù)、減小齒隙面積和增大汽封內(nèi)蒸汽周向運(yùn)動(dòng)的摩擦系數(shù)。

3 改造方案

1）高中壓缸平衡環(huán)汽封、中壓缸隔板及葉頂汽封、高中壓缸軸端汽封、低壓缸軸端汽封采用蜂窩汽封技術(shù)進(jìn)行改造。

高中壓合缸結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子跨度大，當(dāng)轉(zhuǎn)子停止或啟動(dòng)時(shí)（尤其是熱啟動(dòng)時(shí)），轉(zhuǎn)子的靜撓度有的是因受熱不均不能及時(shí)消除，機(jī)組在起停機(jī)通過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí),汽封齒很容易與軸發(fā)生動(dòng)靜干涉且磨損，由于梳齒式汽封的齒尖與轉(zhuǎn)子接觸的面積很小，在同樣的壓力下，作用在齒尖上的力卻很大，梳齒汽封齒尖被磨損掉，轉(zhuǎn)子與汽封徑向間隙即使在機(jī)組的檢修過(guò)程中調(diào)整到最佳值，但經(jīng)過(guò)幾次啟停后，使徑向密封間隙變大且運(yùn)行中無(wú)法補(bǔ)償，由于高壓進(jìn)汽平衡環(huán)、中壓進(jìn)汽平衡環(huán)、高壓排汽平衡環(huán)等處汽封直徑較大，反動(dòng)式機(jī)組高中壓汽封前后壓差又很大。因此，汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙增大一點(diǎn)，漏汽面積就增大許多，相應(yīng)的漏汽量也增大很多。

蜂窩汽封的結(jié)構(gòu)和工作原理能很好的解決傳統(tǒng)梳齒式汽封在機(jī)組啟、停機(jī)過(guò)程中經(jīng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)汽封與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生動(dòng)靜磨擦導(dǎo)致梳齒汽封齒尖被磨損掉而造成汽封間隙增大,導(dǎo)致機(jī)組大修后，效率雖有所提高，但經(jīng)過(guò)幾次啟、停后又很快下降的難題。

①蜂窩汽封結(jié)構(gòu)

WZFW-蜂窩式汽封是由0.05～0.10 mm厚的哈斯特鎳基耐高溫合金防銹金屬薄板(Hastelloy-x)制成像蜜蜂巢一樣的正六邊形孔狀結(jié)構(gòu)。采用真空釬焊技術(shù)將蜂窩孔帶焊接在汽封環(huán)母體上而形成FW-蜂窩式密封。

②蜂窩式汽封的密封公式及原理分析

蜂窩式汽封的漏汽量計(jì)算式應(yīng)為：

假設(shè)蜂窩的“齒數(shù)”為梳齒的2倍；而梳齒的μ忽略不計(jì)。μ蜂取最小值0.5；阻尼系數(shù)同樣取下限值為4，則兩式相比的結(jié)果是：

從公式（3）與（1）式的比較中可以看出，蜂窩汽封與梳齒式汽封相比,間隙比梳齒汽封小很多，從而A減小很多，蜂窩帶密封比單純的梳齒密封在同樣的密封空間內(nèi)增大了密封的齒數(shù)，同時(shí)，蜂窩帶在充滿蒸汽后，形成無(wú)數(shù)的反沖汽穴，反沖迎面吹來(lái)的蒸汽，形成氣流干涉，增大了密封阻尼，進(jìn)而增大了摩擦系數(shù)。值得說(shuō)明的是ξ和μ的大小與蜂窩芯格和軸頸的幾何尺寸相關(guān)，這也是設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。

2）高壓缸的通流調(diào)整

主要更換調(diào)整調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉葉頂及葉根汽封、高壓隔板（持環(huán)）阻汽片以及高中壓缸內(nèi)、外夾層擋汽環(huán)處加裝阻汽片

①更換調(diào)整調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉葉頂及葉根汽封

該部分汽封間隙明顯偏大,設(shè)計(jì)值為2.5 mm,實(shí)際安裝值大部分在3.0 mm,造成調(diào)節(jié)級(jí)漏汽量大,效率偏低。

已投運(yùn)機(jī)組在大修過(guò)程中，一般都將調(diào)節(jié)級(jí)運(yùn)回汽輪機(jī)廠家進(jìn)行改造。

將調(diào)節(jié)級(jí)動(dòng)葉葉頂及葉根第1、2、3道的汽封徑向間隙由3.0 mm改為1.1±0.05 mm,最下面一道（第4道）的汽封徑向間隙由2.0 mm改為0.9±0.05 mm，設(shè)計(jì)工況調(diào)節(jié)級(jí)漏汽量減少約23 t/h，同時(shí)調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)效率提高約1.7%。

②高壓隔板阻汽片更換

機(jī)組經(jīng)過(guò)近一個(gè)大修期的運(yùn)行,高壓隔板11級(jí)阻汽片（33道）與轉(zhuǎn)子的間隙較初期安裝時(shí)有所增大，根據(jù)同類型機(jī)組的檢修經(jīng)驗(yàn)，該類型機(jī)組的高壓隔板阻汽片與轉(zhuǎn)子的間隙1～7級(jí)達(dá)到1.0 mm以上（設(shè)計(jì)值為0.75 mm），因?yàn)楦邏簝?nèi)缸存在一定的懸垂，8～11級(jí)最大達(dá)到1.2 mm，為有效提高高壓缸級(jí)效率，因此在大修過(guò)程中對(duì)高壓隔板阻汽片進(jìn)行更換調(diào)整非常必要。