汽輪機汽封節能系統優化設計

李聰

摘要：汽輪機在目前的生產實踐中有重要的應用，穩定其運行并強調汽輪機使用中的節能是目前大環境的要求。對汽輪機做具體分析發現其安全、經濟運行和汽封的性能優劣有著重要的聯系，所以在當前的生產大環境中，要進一步的強調汽輪機的安全和經濟利用，需要對汽封的節能系統做設計優化，這樣，汽輪機使用才會更符合當前社會節能減排的具體要求。文章就汽輪機汽封節能系統的優化設計做具體的分析和討論，旨在為實踐提供指導和幫助。

關鍵詞：汽輪機;汽封節能系統;優化設計

當前的我國正處在經濟發展轉型的關鍵時期，產業結構升級等也迫在眉睫。在這樣的大環境下，為了保證經濟發展質量，國際積極的強調產業發展的節能環保，目的是要為綠色經濟發展和可持續經濟發展打好基礎。汽輪機在目前的生產實踐中利用廣泛，作用發揮巨大，但是對其的具體使用做分析發現汽輪機汽封性能不達標會造成嚴重的能源消耗，這于節能要求滿足十分不利。所以為了更好的使用汽輪機，需要針對現階段汽輪機汽封系統實踐做節能優化設計，這樣，汽輪機汽封系統的使用才會更具現代化價值。

一、汽輪機汽封系統的影響因素

從目前的具體分析來看，汽輪機汽封系統是否具有節能的效果主要是通過泄漏量計算結果進行衡定，而從現實研究來看，影響泄漏量的因素主要有6個，分別是汽封間隙、汽封直徑、蒸汽初溫、初壓、汽封齒數和流量系數。在6個具體的影響參數中，壓力、溫度和汽封直徑這三個參數基本是不存在變化的，所以在實踐中為了減少泄漏量，一般采用的方法是增加汽封齒數。但是在汽封的齒數增加到一定的數量后，其對泄露量的影響會越來越小，此時再做分析發現對泄漏量影響比較大的因素是汽封間隙。基于汽封間隙做相應的實驗發現汽封在采用剛體的情況下，汽封間隙較小雖然可以減少泄漏量，但是會增加汽封齒的磨損程度，這不利于汽封系統的持續性、長期性利用。基于此，對汽輪機汽封系統節能的主要影響因素做分析與討論，發現具體的問題并基于問題確定設計改進策略有突出的現實意義。

二、汽輪機汽封節能系統的優化改造方案

從現階段的分析來看，出于汽輪機汽封系統節能的需要，可采用的改造方案共有5種。對這5種方案的實施優勢和缺陷做具體的分析，這對于汽輪機汽封系統節能設計優化和改進有重要的參考意義，以下是具體的介紹與分析。

第一種方案是采用疏齒汽封，這種方案的采用有兩方面的突出優勢：1）其具有一定的控制泄露能力;2）流齒汽封的結構比較簡單，整體造價成本低廉。不過該方案也有突出的缺陷：1）雖然有控制泄露的能力，但是能力并不是很強;2）在疏齒發生磨損后，汽封間隙很容易出現增大的情況。

第二中方案是使用蜂窩汽封，這種方案的突出優勢是具有比較好的控制泄露能力，但是蜂窩汽封的整體結構比較的復雜，造價成本比較高，再者，這種方案的具體改造周期比較的長，所以效率性等不夠突出。

第三種方案是采用側齒汽封。這種方案的突出優勢為：1）有比較好的控制泄露能力，2）結構相對比較的簡單。不過此種方案在實踐中發現當側齒存在磨損的情況下，汽封的間隙會明顯的加大，這會導致泄漏量的增加。

第四種方案是采用刷式汽封。這種方案在測試分析中表現出了兩方面的突出優勢：其一是控制泄露能力非常強，其二是汽封間隙能夠實現0間隙。不過其也有存在的缺陷，具體為：1）結構的復雜性強，成本造價突出。2）改造周期比較的長，效益較低;3）運行中會存在掉毛的情況，進而引發安全事故。

第五種方式是利用可調汽封，此方案的控制泄露能力比較的突出，同時在使用中可以實現汽封間隙的實時性調整。不過此種方案也有突出的結構復雜、成本高以及改造周期長的缺陷。同時，在運行中可能會發生抱軸的情況，這于汽輪機安全運行來講十分不利。

通過綜合對比，分析各種方案實施的經濟性、安全性以及改造周期等，從最終的評價結果來看，側齒方案的綜合效果是最為突出的，所以在汽輪汽封系統節能優化設計中以側齒汽封為核心。

三、汽封技術改造原理分析

基于側齒汽封節能系統的設計對汽封技術的改造原理等作分析，具體的改造會更具實效性。原來的汽封系統采用的書疏齒汽封，而為了實現汽封系統節能，需要將疏齒汽封改變為側齒汽封，所以汽封系統的整體結構等需要做改變。在具體設計的時候，不做汽封外形加工尺寸的改變，主要是從內部入手做調整。具體為：在現有的齒上加工出許多側齒以及底齒，從而實現有限空間內迷宮腔摩擦效應的加大。實行這樣的設計改造后，壓力氣體在通過齒后動能轉化會更加的徹底。簡言之，如此的結構等同于在相同長度的軸向段內，介質經過的汽封齒數有了明顯的增加，泄漏量必然會有所減少，如此，節能的目的得以實現，下圖是汽封系統改造前和改造后的對比分析圖。

明確的具體的改造原理之后，還需要對設計改造的過程做分析與討論。就具體的改造過程來看，主要分為四部分：1）研究分析并做設計方案確定。通過原有的汽封系統分析以及節能的具體要求討論，確定設計方案。2）做設計方案的可行性分析，確定細節。通過可行性分析進一步的明確改造的操作等。3）改造。基于方案實施改造。4）評價與優化。通過評價和優化實現方案的準確執行[6] 。

結束語

綜上所述，汽封系統是汽輪機現實利用中不可缺少的重要組件，其性能的優劣對汽輪機的綜合運行有著非常重要的意義，所以強調汽封系統的分析與研究現實價值明顯。在當前的社會環境下，節能環保杯重點強調，而汽輪機過去使用的汽封系統在節能方面的表現表弱，所以基于節能做汽封系統的設計優化十分必要。

參考文獻：

[1] 譚劍.600 MW超臨界汽輪機高中壓缸汽封節能改造[J].科技創新導報，2017，14（7）：11-13.

[2] 佚名.汽輪機汽封間隙精密高效調整工藝系統：，CN 105484807 B[P].2017.

[3] 李家鋒.600MW超臨界汽輪機組節能優化改造及應用研究[D].華南理工大學，2017.

[4] 賀棟紅.600MW超超臨界燃煤機組汽輪機節能改造及經濟性分析[D].華南理工大學，2017.

[5] 馬金鳳.汽輪機汽封節能系統優化設計[J].科技資訊，2016（15）：84-84.

[6] 余帆，亢凱.汽輪機汽封系統節能改造分析[J].低碳世界，2016（35）：44-45.

（作者單位：中國長江動力集團有限公司）