關于300MW機組汽輪機汽封漏氣量大的分析和處理

郝文強

摘要：汽輪機汽封漏汽量大是比較常見的問題，主要針對軸封漏汽量大進行深入分析并且提出合理的對策及可行性建議，確保發電廠穩定

運行。

關鍵詞：汽輪機 汽封 漏汽 問題分析 改造建議

引言：在火力發電廠的日常生產過程中汽輪機是一個相當重要的設備，是發電機組的心臟，與電廠的運行的可靠性及經濟性息息相關，汽輪機的主要作用就是將鍋爐產生的熱能轉變為發電機所需要的機械能，對整個發電廠的生產起著至關重要的作用。而汽輪機的汽封又是對整個汽輪機安全穩定運行起著至關重要的作用，現在多數汽輪機采用梳齒型汽封，這一現象導致汽封間隙在現有的條件下，不能進一步優化，汽封漏汽得不到有效的調整和改善。汽輪機汽封常見的漏汽現象是普遍也是常見的問題，要想針對存在的問題進行改進，就必須從根本出發，對設備的結構重新梳理，對存在的典型問題進行分析，制定出相應的對策，確保電廠能夠穩定生產，避免由于設備故障而導致的供電可靠性下降的情況發生。

1、汽輪機汽封的重要性

東汽300MW汽輪機汽封為梳齒型汽封，在機組正常運行當中汽封間隙過大會導致前軸封冒汽，中間級間漏汽過大會影響經濟性，后軸封漏空氣會掉真空。汽封間隙過小會動靜摩擦，轉子局部受熱等等，易引起振動、差脹等一系列問題。

1.1 汽封改造：在傳統刷封的基礎上，增加滯后型刷式密封，在常規密封的基礎上增加汽體減壓倉和汽體滯后腔室。前擋板的高度改變并增加汽體減壓倉，汽體經過前擋板前齒后產生折射，進入汽體減壓倉形成汽體多方向流動，從而達到對汽體的降壓效果;增加汽體滯后腔室使刷絲層的叢林效應加大，汽體在滯后腔室與刷絲的紊流效果更明顯，減少了刷絲與擋板的摩擦力，增加刷絲的彈性，使刷絲密封更能適應轉子的偏移或熱變形，具有更好的密封特性和使用壽命。

1.2刷式汽封基本結構及原理：由前擋板、后擋板及二者之間有序緊密排列的刷絲層（刷絲的直徑一般為0.08～0.16mm，周長方向排列密度為120～250根/mm;刷絲的徑向長度一般為2.5～12mm）組成，采用電子束焊接方式的熔焊工藝，將前擋板、刷絲層、后擋板沿外徑焊接一體。刷絲層排列時與轉子半徑方向成一定的角度（傾角30°～60°），每根刷絲就是一端為支點的梁，刷絲具有彈性可順著轉子的旋轉方向順著刷絲角度瞬間偏移。通過徑向壓力梯度引起的徑向流動改變傾角來補償間隙，刷絲的這種動態過程被稱為壓力閉合效應（blow dowm），該效應能使刷封具有較好的密封特性。

1.3 刷絲的選擇：刷絲材料和轉子涂層材料的合理組合是保證密封穩定、安全運行的關鍵。國內轉子表面普遍未經表面噴涂處理，采用的刷絲材料不能完全搬照GE推薦參數設計，可采用GE推薦的鎳基合金制造，避免鈷基材料過高的高溫溫度對轉子的損傷。參照GE公司推薦的鎳基合金，結合國產轉子表面狀態和使用溫度，推薦采用A-286鎳基合金。A-286鎳基合金500℃時拉伸強度為常溫時的87%，使其具有很好的高溫合金和抗氧化能力，如使用溫度低于Ni-Ni3S2共晶645℃，其抗熱腐蝕性能與鈷基相似。

1.4 刷式汽封各部件材質選用

根據GE公司介紹，用于CrMoV合金轉子密封的刷絲材料，根據使用溫度的不同，推薦采用鈷基合金和鎳基合金。刷絲材料和轉子涂層材料的合理組合是保證密封穩定、安全運行的關鍵。國內轉子表面普遍未經表面噴涂處理，采用的刷絲材料不能完全搬照GE推薦參數設計，可采用GE推薦的鎳基合金制造，避免鈷基材料過高的高溫溫度對轉子的損傷。參照GE公司推薦的鎳基合金，結合國產轉子表面狀態和使用溫度，推薦采用A-286鎳基合金。A-286鎳基合金500℃時拉伸強度為常溫時的87%，使其具有很好的高溫合金和抗氧化能力，如使用溫度低于Ni-Ni3S2共晶645℃，其抗熱腐蝕性能與鈷基相似。

2、汽封改造的必要性

2.1 高中壓前軸封改造的必要性：高中壓部分汽封工作壓差大，溫度高，蒸汽焓降大;加之高壓缸本身的效率較低，高壓前軸封離軸瓦近，汽封間隙可以調節到更小。高壓軸封的改造還能杜絕軸承箱油中帶水現象，相對來說改造是很有必要的。

2.2 高中壓后軸封改造的必要性：該處壓力較大，密封齒較少，泄漏比較明顯。且離軸承近，振動小，改造成刷式汽封后可以把間隙放到設計值的下限，因此能較為完全地控制泄漏。

2.3 高壓缸葉頂汽封改造的必要性：高壓缸蒸汽壓力比較大，由于葉頂汽封間隙較大，漏氣將會影響到下一級的進氣量，漏到下一級的蒸汽同時又改變了正常的進氣方向，由于刷式汽封有別于傳統汽封的優越性，在降低對轉子傷害的同時，能有效的減小徑向間隙和通流面積。從而可以達到減小漏氣量，提高高壓缸效率的目的。

2.4 中壓缸隔板汽封改造的必要性：參照高壓缸改造的結構，改造中壓缸隔板汽封，能有效降低漏氣量，提高中壓缸效率。

2.5 高壓進汽、排汽平衡盤汽封改造的必要性：兩處工作壓差均非常大，進汽平衡盤位置處于轉子的中部，普通的梳齒汽封是不可能把間隙裝小的，因此該處的間隙一般很大;又由于壓差大，所以該處泄漏量非常大，經常造成蒸汽短路。改造進汽平衡盤位置對于高壓缸的效率高低起著決定性的作用。

2.6 中壓進汽平衡盤汽封改造的必要性：由于該處緊鄰高壓進汽平衡盤，溫度高、壓差大是泄漏的主要通道，所以此處的汽封改造十分有必要。

2.7 低壓隔板汽封改造的必要性：根據汽輪機實際結構以及單肩汽封的固有特點，將低壓隔板汽封每道迎汽側第二道齒改為刷齒;低壓部分轉子直徑大，蒸汽的溫度和壓力都比較低，蒸汽焓降小。總的來說就低壓缸而言有以下的特點：

1）做功份額大。在額定工況條件下，功率占整機功率的43%以上;

2）每級做功的能力大;如末級和次末級葉片每級的功率約為12MW左右;

3）壓差小，溫度低。改造風險小;

4）設計徑向間隙大。因低壓缸采用鋼結構焊接，變形大，檢修時一般不調小間隙;

5）低壓動葉長在離心力的作用下動葉會變長，無法準確估計正常運行時的間隙;

6）靜葉根部汽封為單肩汽封。

綜上所述，減小間隙對于提高低壓缸效率作用明顯，利用刷封的特性可以將間隙調小至設計值的1/2-1/3左右。低壓隔板汽封刷式改造的基本思路就是將原汽封寬度適當加寬，在兩齒之間鑲入刷環，即在原來汽封上增加一道刷齒。改造成刷式汽封后，因刷絲優異的彈性和回彈性;在機組啟動時，刷絲的彈性能躲避機組的振動，即使碰磨上，接觸產生的力量也會很小，不會對機組的運行構成安全隱患。而機組穩定運行后，刷絲的回彈性能快速的跟上轉子，恢復到原來的間隙，使得機組的效率得到保證。

2.8 低壓缸前后軸封改造的必要性：低壓軸封的主要作用是防止外界空氣進入汽缸內，造成機組真空下降。汽輪機的真空問題一直是電廠的一個復雜的系統問題，往往真空度低找不到其真正的原因，而軸封是其中一個比較容易忽視的地方。低壓軸封的改造還能有力的減少軸封供汽室的壓力。

3、預期效果：汽輪機生產制造廠根據該汽輪機的熱力平衡系統特點，應用費留格爾公式計算得出各部位的漏汽量。

G=3.6*π*D*δ*G為漏汽量（t/h）δ為汽封徑向間隙（m）

汽輪機汽封漏汽對機組經濟性影響，是根據對應于汽封兩端蒸汽比焓降和汽封漏汽量的計算求得的。結合行業多年改造經驗，換算成煤耗至少可降低3g/KW·h左右，折合煤耗6000噸左右，綜合節能效果明顯。

參考文獻

[1]東方汽輪機有限公司 D300AE-B00001AZM（R02） 汽輪機主機證明書（R）德陽;東方汽輪機廠，2012

[2]東方汽輪機有限公司 D300AE-000100SM 汽輪機產品說明書（R）德陽;東方汽輪機廠，2012

[3]常悅.刷絲變形及摩擦熱影響下刷式密封性能的數值分析[華東理工大學，2018.]