110MW改造機組汽輪機徑向通流間隙變化對經濟性的影響及應對措施

摘 要：文章介紹了110MW改造機組投入運行后出現的汽輪機缸效和熱耗等經濟技術指標下降的異常現象；論述了在大修中發現的汽輪機通流部分“K”值定位位置、徑向間隙的異常變化；分析汽輪機缺陷導致經濟性下降的原因；制定出應對措施并實施，取得良好效果；對同類型機組提高經濟性方面有一定的借鑒意義。

關鍵詞：徑向通流間隙；汽封；軸向定位；熱效率

1 概述

本公司汽輪機是由北京全四維動力科技有限公司基于我國自行設計制造的雙缸、沖動、凝汽式汽輪機（N100-8.83/535型）改造而成，型號為C100/N110-8.83/0.245/535。本體部分主要由靜止部分和轉動部分組成。低壓缸為分流式排汽，設兩個排汽口。高、低壓轉子用半撓性聯軸器相連，低壓轉子通過半撓性聯軸器直接帶動配套的QFS-100-2型交流同步發電機。主蒸汽經過主汽門后，由四根φ219×22mm高導管，分別引向對應的調速汽門。主蒸汽在調速汽門的控制下進入調速級，調速級是單列速度級，主蒸汽在調節級內膨脹作功，汽壓降到6.25MPa，溫度降到492.08℃（額定工況），然后依次流過高壓缸內各個壓力級膨脹做功，最后經2個φ900mm排汽口，并通過兩根φ915×6mm的連通管自上部引入低壓缸，蒸汽在分流環作用下將蒸汽平均分成兩股，分別流經前后各個壓力級，進一步膨脹做功后，分別進入兩個凝汽器中。本公司一共有兩臺型號為C100/N110-8.83/0.245/535汽輪機。

截止到2016年7月，兩臺機組分別完成了機組投運1年半后的檢查性大修，#1機完成了一次A級檢修，在A級檢修前進行了性能試驗，出現汽輪機缸效以及熱耗等經濟性指標明顯下降的異常現象（如表1）。

從表1數據可以知道，在改造后投入運行7年時間里，汽輪機高中壓缸效率下降了8.13%，機組熱耗明顯升高，升高了203.02KJ/KWh。

2 影響汽輪機熱效率的因素

影響汽輪機熱效率的因素有很多，主要包括進汽機構的節流損失、排汽管的壓力損失、汽輪機的節內損失、外部漏汽損失、機械損失及回熱系統的影響等，對于設計早已成熟、正常運行的110MW機組，影響其效率的主要因素是運行工況變化以及漏汽損失。改造一個大修周期后，從機組運行和大修揭缸檢查情況看，可排除運行工況變化的影響，汽輪機內通流間隙的變化是影響其效率的主要因素。

汽輪機的級是由靜葉片和動葉片按順序配置而成，蒸汽在靜葉片汽道中膨脹加速后進入旋轉的動葉，在動葉片汽道中轉向并補充膨脹做功；汽流在動葉中的動量發生一些變化，產生圓周方向推力并做功，做功后的蒸汽進入下一級繼續膨脹做功。圖1是簡單的級的結構。

一般情況下，級的通流部分是采用良好的葉片型線和高效的流道結構，組成合理高效的流通汽道，汽輪機中上一級做完成功的蒸汽進入下一級，直至從最末級動葉排出，經排汽管引至凝汽器。排汽在排汽管中流動，會因摩擦和渦流造成壓力降。這部分壓力降用于克服排汽管的阻力，沒有做功，造成了排汽管的壓力損失。另外，高速轉動的葉輪與其四周的蒸汽相互摩擦，帶動這些蒸汽旋轉將消耗一部分葉輪的有用功，黏附在葉輪表面的蒸汽機受離心力的作用被甩向葉輪外緣，靠近噴嘴或隔板的汽流則向葉輪中心移動，形成渦流，增加了葉輪有用功的消耗，形成了葉輪摩擦損失。

汽輪機的主軸在穿出汽缸兩端時，為了阻止動靜部分摩擦，總是要留有一定的間隙，雖然裝端部汽封后這個間隙很小，但由于壓差的存在，在高壓端總有部分漏汽向外漏出，在汽輪機低壓汽封處，由于級內壓力低于大氣壓力，為了防止空氣漏入汽輪機內，向低壓汽封處通入蒸汽密封，這部分蒸汽大部分漏入汽缸，也有少部分漏向大氣，漏出的蒸汽不做功，造成了外部漏汽損失。

汽輪機軸向通流部分間隙主要控制葉片靠近頂部的軸向間隙、葉片根部軸向間隙和葉輪軸向間隙；汽輪機徑向通流部分間隙主要有隔板汽封間隙和葉頂汽封間隙。

3 本公司汽輪機大修發現的問題

3.1 高中壓缸徑向通流間隙超標

高中壓缸端部軸封以及高中壓隔板套徑向汽封齒磨損較嚴重；高中壓轉子速度級圍帶磨損有0.30mm左右的溝槽；速度級下隔板套阻汽片有兩處長約200mm的汽封齒脫落。檢修時發現高壓前軸徑向間隙磨損后最大達1.8mm（徑向間隙左右標準：0.4-0.6mm）；檢修時發現高壓隔板套徑向汽封間隙最大達2mm（徑向間隙上下標準：0.0.6-0.9mm）；檢修時發現葉頂阻汽片磨損后間隙最大達2.1mm（徑向間隙標準：1±0.05mm）。

3.2 低壓缸徑向通流間隙超標

低壓缸部分隔板汽封存在不同程度的汽蝕現象，隔板阻汽片有脫落現象，徑向間隙與設計標準值相差較大。

4 徑向通流間隙超標原因分析

高壓前軸封磨損主要是因安裝時固定高壓缸的立銷左右配合間隙不準確，各抽汽管道對高壓缸有一定的拉力，導致高壓缸發生偏移使汽封磨損。

機組有時會出現不良工況下運行，部分結構處汽封、動靜葉會受到不良介質沖刷、腐蝕，長時間運行形成局部汽蝕損壞。

出廠時部分阻汽片鑲嵌不牢固，阻汽片定位后沖鉚不結實，汽輪機長期運行后，蒸汽沖刷、汽蝕造成阻汽片脫落。

5 通流間隙變化對汽輪機效率的影響

5.1 汽輪機軸向通流部分間隙對熱效率的影響

動、靜葉片的軸向頂部、根部間隙對級效率產生兩種作用相反的影響。當葉片的軸向頂部、根部間隙增大時，靜葉出汽邊尾跡的影響減少，使動葉出汽汽流趨于均勻，可以提高級的效率；但同時增加了磨擦損失，對級效率又產生影響。因此在級的熱力性能設計時，必須充分考慮級效率變化，結合材料消耗、汽缸與轉子的相對膨脹、機組長度和加工工藝等綜合因素，確定軸向通流間隙的最佳范圍，并通過轉子上的推力盤與汽缸的推力瓦精確定位來保證。本公司汽輪機大修時，高低壓軸向通流間隙基本未發生改變，軸向通流間隙對原設計熱效率基本沒有影響。

5.2 汽輪機徑向通流間隙對熱效率的影響

汽輪機級間的漏汽量與通流徑向間隙的面積和兩側的壓差成正比，汽輪機在級內全部設計安裝了汽封裝置，以減少隔板與軸之間、動葉頂部與隔板之間的漏汽。級間的漏汽對汽輪機的熱效率影響很大，根據計算及現場的安裝、試驗經驗，高壓汽輪機汽封的徑向間隙每增加0.05毫米，級效率將下降約0.4%-0.6%。

6 應對措施及實施

6.1 高中壓缸徑向通流間隙超標

用拉鋼絲法重新找高壓缸凹窩中心，調整高壓缸立銷兩側墊板厚度，找正高壓缸中心；高壓前軸封、隔板汽封全部更換，并將汽封間隙調整至標準范圍內。

6.2 低壓缸徑向通流間隙超標

汽蝕損壞的汽封及間隙超標的汽封全部更換，并將汽封間隙調整至標準范圍內，對脫落的隔板（隔板套）阻汽片，重新鑲嵌固定，并在原沖斂縫處沖鉚牢固。

6.3 汽輪機徑向通流間隙調整的原則

6.3.1 汽輪機汽封間隙的測量和調整是一項非常重要的工作，隔板汽封徑向間隙增大，汽輪機軸向推力將增大，在一定程度上會影響汽輪機的安全運行。

6.3.2 汽輪機低壓缸標高在機組正常運行中受凝汽器真空、排汽溫度、凝汽器自重和循環水重量等因素的影響會有一定的變化，在調整通流間隙及軸系統找中心時，要根據半缸、全缸中心的變化量，結合實測數據考慮汽封間隙的預留量。

6.3.3 轉子的旋轉方向，以本廠110MW機組為例，油膜會將轉子向左上方推移，引起的動靜間隙變化量，汽封間隙調整時應考慮在內。

6.3.4 本廠要求高壓汽封上下間隙按標準范圍的中間值調整，左右間隙按標準范圍的下限調整，以減少漏汽量，提高效率。

7 結束語

通過上述應對措施在機組大修中的落實，機組檢修后汽輪機高中壓缸效率及熱耗率均有所提升，趨于設計值，效果良好。對于同類型機組，如何保證汽輪機軸向“K”值的精確定位；如何對汽輪機通流間隙全、半缸的變化量進行精確分析判斷；如何在保證機組能安全穩定運行的前提下，將汽輪機通流部分軸向、徑向間隙調整到最佳狀態，以達到有效提高缸效的目的，意義重大，更值得大家去深入思考和研究。

參考文獻

[1]汽輪機運行與檢修1000問[M].中國電力出版社，2013.

[2]汽輪機設備檢修實用技術[M].北京：化學工業出版社，2012.

[3]汽輪機設備運行技術：甘肅省電力工業局河南省電力工業局合編[M].中國電力出版社，1995.