汽輪機汽封間隙控制策略

段森， 畢雪

（哈爾濱汽輪機廠有限責任公司，哈爾濱150046）

0 引言

汽封是汽輪機關鍵零部件之一，其性能的優劣，不僅影響機組的經濟性，而且影響機組可靠性，已越來越受到人們的關注。目前，隨著進汽參數、單機功率的不斷提高以及機組頻繁的調峰運行，汽封的經濟性和安全性問題日益突出。近年來，隨著汽輪機設計制造技術的不斷提高以及國外先進技術的引進，已出現了多種新型的汽封結構型式，一定程度上改善了汽封的性能，為汽輪機組的安全經濟運行提供了新的保障。因此，使用各種先進的汽封形式和確定更加合理的汽封間隙是進一步提高汽輪機效率的有效手段。但汽封形式選擇是否正確或汽封間隙設置是否合理，不但直接影響能否提高機組效率，而且給汽輪機的穩定運行帶來極大的安全隱患。

1 汽封間隙的特點

在汽封形式上，每種汽封結構均有其特定的使用條件，偏離其最佳的工作條件便不能達到最理想的使用效果。所以在我們準備使用某種汽封結構時，必須真正了解其技術特點和技術參數，比如汽輪機設計時在某些部位需要有一定量的蒸汽泄漏量，以便完成某些特定的功能（如調整轉子推力、對轉子高溫區進行冷卻等），但有些發電廠業主和汽封制造廠家并不了解汽輪機的工作特點和運行特性，一味追求其密封效果，這樣不但無法達到提高機組效率的預期目標，甚至有可能給機組造成意想不到的傷害。

對于汽封間隙，更不能單純地追求越小越好。汽封間隙的大小和汽輪機的部件尺寸和結構特點有直接關系，與其運行模式更是密不可分的。汽封齒徑向間隙的設計需要考慮機組運行時所有瞬態的影響，同一道汽封的徑向間隙是隨著汽封環不同的角度位置而變化的，在瞬態運行條件和冷態靜止條件的間隙差應該在垂直方向的轉子頂部和底部位置進行計算，然后將這些值平均，用以決定水平兩側的間隙。另外，計算汽封間隙要考慮的因素非常多，如圍帶變形、葉片及葉輪離心力、葉片及葉輪的熱膨脹、轉子及靜子撓度、油膜厚度等十余種因素，因此汽封間隙的設計值是充分考慮各種因素的綜合結果，在不了解汽封間隙的計算原理的情況下，不要輕易減小汽封間隙。

2 汽封間隙的控制

目前，各汽輪機制造商在汽封間隙計算和制造誤差上已經非常精確，但鑒于轉子振動、安裝和測量誤差等因素影響，其間隙往往達不到滿意的程度。本文根據現有的最新技術，提出如下汽封間隙控制策略。

2.1 汽封間隙設計時考慮油膜使轉子斜上浮動的影響

在設計方面要綜合考慮各種因素對汽封間隙的影響，除間隙計算常規考慮的因素外，還要考慮轉子在轉動時，轉子軸頸在軸瓦油膜上“浮動”（見圖1），因而使轉子在垂直面和水平面上產生相應的偏心，以致軸線紊亂。軸頸在油膜上浮動所產生的位移隨各種因素而變化：軸瓦單位負荷越大，位移越大；軸頸的圓周速度越大，位移越大；軸承的溫度越低，油的黏度越高，位移越大，因而對于相同牌號的油，在軸承溫度降低時，位移就會增大。

圖1 軸頸在軸承油膜上的浮動圖

2.2 采用防汽流渦動的汽封

由于汽輪機主蒸汽密度大，級間壓差大，蒸汽激振力也大，當動靜部分不對中，汽封間隙周期性變化時，所產生的蒸汽激振力可能會引起轉子低頻振動。因此在隔板汽封和高壓缸的端汽封上安裝防汽流渦動的汽封（見圖2），也可有效解決汽流激振問題，防止在汽封圈環形位置的汽流壓力分布不均會導致轉子的不穩定振動。

圖2 防汽流渦動汽封

2.3 采用激光跟蹤測量技術

汽輪機在總裝過程中檢查和調整汽封間隙時，往往依靠傳統測量方式，例如用壓鉛絲、貼膠布和假軸等方法，而這些方法由于受到汽缸變形的影響，測量結果無法反映出合缸后的真實間隙值。鑒于上述測量缺陷，國內某汽輪機制造商開發了激光跟蹤測量系統，該套系統由激光跟蹤儀、導軌系統、測量靶球和固定工裝組成（見圖3）。在合缸狀態下（未安裝轉子），使用激光跟蹤儀測出的各級隔板汽封和動葉頂部汽封的徑向直徑和相對定位基準的位置，并結合已知的轉子數據（包括轉子各檔直徑、各檔相對位置和轉子撓度）全部輸入電腦進行點云模擬和數據處理，根據計算得出的間隙值確定影響汽封位置的配套件修配方案，最后通過復測直至間隙滿足設計要求。該套系統可以實現無轉子合缸狀態下的通流尺寸的測量，能夠真實地反映出合缸后的實際間隙值，其測量精度誤差小于0.05 mm。

圖3 激光跟蹤測量系統的基本組成

3 結論

汽封間隙控制的好壞關系到汽輪機運行的經濟性和安全性，因此我們一定要科學地對待此問題，既要在設計階段充分考慮各種因素對汽封間隙的影響，并選擇合適的汽封結構來應對轉子的不穩定振動，同時也要采用先進的測量手段來控制間隙測量誤差。