李少寧，肖東，陳志榮

（1.華電重工股份有限公司，北京 100070；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；3.雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 無錫 214444)

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子后移對機(jī)組軸封及其系統(tǒng)的影響

李少寧1，肖東2，陳志榮3

（1.華電重工股份有限公司，北京 100070；2.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川 成都 610500；3.雙良節(jié)能系統(tǒng)股份有限公司，江蘇 無錫 214444)

汽封裝置密封性能的優(yōu)劣，對汽輪機(jī)性能有相當(dāng)大的影響。本文針對xx電廠1號機(jī)組，通過熱力系統(tǒng)簡捷計(jì)算，分析因轉(zhuǎn)子后移機(jī)組前軸封及其系統(tǒng)的影響所造成的機(jī)組效率下降的原因，對于指導(dǎo)同類型機(jī)組汽封系統(tǒng)的檢修及機(jī)組節(jié)能降耗有十分重要的意義。

轉(zhuǎn)子后移；軸封系統(tǒng)；機(jī)組效率

汽封裝置密封性能的優(yōu)劣，對汽輪機(jī)性能有相當(dāng)大的影響。對汽封流場的要求是腔室內(nèi)的湍流度越強(qiáng)密封效果越好。在汽封腔內(nèi)，應(yīng)使汽流的動能盡可能多地轉(zhuǎn)化為熱能，使殘留的速度減少到最小限度，以提高封汽效果。

為了達(dá)到這一目的，可采取下述措施：增加兩相鄰梳齒間的距離；在汽腔室中使汽流多次拐彎碰撞，增加蒸汽與汽封齒和腔室表面的磨擦損失等。

研究發(fā)現(xiàn)，齒形汽封的齒數(shù)對軸封漏汽量也有很大的影響。根據(jù)國內(nèi)外所進(jìn)行的試驗(yàn)得出：齒間距一定時(shí)，齒數(shù)越多，泄漏量越少。

本文提出機(jī)組前軸封高壓側(cè)30片汽封齒只有15片有著汽封的作用，主要原因如下。

（1）機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間長，汽封環(huán)變形嚴(yán)重。

（2）軸上汽封片是由不銹鋼片鋃裝的，容易產(chǎn)生形變。

（3）機(jī)組在出廠時(shí)，汽封套定位有誤。

以上三種原因使汽封環(huán)上汽封片與軸上汽封片距離極小。汽封環(huán)上汽封片與軸上汽封片一側(cè)接觸較近，兩只汽封片幾乎重合，使形成的汽封腔室數(shù)量減半，機(jī)組前軸封泄漏量增大。

1 轉(zhuǎn)子后移對前軸封的影響及漏汽量的計(jì)算

1.1 機(jī)組軸封系統(tǒng)

該機(jī)組前軸封如圖1所示由三組汽封瓦組成，每組有三列汽封環(huán)，沿漏汽方向從高壓往低壓數(shù)，第一、二汽封瓦間的汽室通往背壓排汽管，第二、三汽封瓦間的汽室通往軸封加熱器。第三組汽封瓦的第二、三列汽封環(huán)間的汽室通往軸封報(bào)信管。

后軸封由兩組汽封瓦組成，每組有兩列汽封環(huán)，兩個(gè)汽封瓦間的汽室通往軸封加熱器，最末一組汽封瓦的兩列汽封環(huán)間的汽室通往低壓軸封報(bào)信管，以監(jiān)視軸封漏汽情況。

圖1 轉(zhuǎn)子前軸封（高壓側(cè)第一組）

汽封瓦由灰口鑄鐵鑄成，汽封環(huán)由45號鋼制成，在汽封環(huán)及軸套上鑲有厚0.3mm的1Cr18Ni9Ti不銹鋼片。

1.2 轉(zhuǎn)子后移的影響及漏汽量的計(jì)算

軸封孔口流量系數(shù)μ1與軸封齒的形狀及幾何參數(shù)有關(guān)，軸封齒在進(jìn)汽側(cè)應(yīng)保持尖銳邊緣，此時(shí)流量系數(shù)較小。但在實(shí)際運(yùn)行中，軸封齒尖銳邊緣會因摩擦而鈍化，流量系數(shù)會增大趨近于1，流動情況接近于噴嘴。

該機(jī)組前軸封為平齒光軸軸封，汽封齒采用0.2mm厚的不銹鋼片制成鋃裝在汽封環(huán)和汽封套筒上，它允許主軸在受熱后有較大的軸向位移。但由于流過前一片孔口的蒸汽流速在小室中不能全部消失，蒸汽進(jìn)入下一片孔口前仍具有一定的初速，故漏汽量增大。該種軸封的封汽效果不及高低齒曲徑軸封。

在通常采用的軸封孔口間隙范圍0.4～0.6mm內(nèi)，曲徑軸封流量系數(shù)接近于1，而光軸軸封流量系數(shù)要比曲徑軸封流量系數(shù)高出20%～35%。

在計(jì)算平齒軸封漏汽量時(shí)，要在計(jì)算曲徑軸封漏汽量結(jié)果的基礎(chǔ)上，乘上修正系數(shù)K1。

在軸封內(nèi)蒸汽從高壓側(cè)流向低壓側(cè)，當(dāng)蒸汽通過環(huán)形孔口時(shí)，由于通流面積變小，蒸汽流速增大，壓力降低。當(dāng)蒸汽進(jìn)入環(huán)狀汽室時(shí)，通流面積突然變大，流速降低，汽流轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生渦流，蒸汽流速近似到零，壓力不變，蒸汽原來具有的動能變成熱能。當(dāng)軸封最后一片孔口的壓差足夠大時(shí)，汽流速度可達(dá)臨界速度，此時(shí)該軸封的漏汽量達(dá)到最大值。

機(jī)組前軸封第一段（高壓側(cè)）的實(shí)際情況如圖1所示。汽封環(huán)上汽封片與軸上汽封片一側(cè)接觸較近，兩只汽封片幾乎重合，重合的汽封片間不能夠形成環(huán)狀汽室，漏出的蒸汽經(jīng)過時(shí)，狀態(tài)不發(fā)生變化，可以近似認(rèn)為30片汽封齒只有15片有著汽封的作用，造成這種情況有如下幾個(gè)原因。

（1）機(jī)組在出廠時(shí)，汽封套定位有誤，使汽封環(huán)上汽封片與軸上汽封片幾乎相碰。如圖1尺寸e=7mm，h=7mm；實(shí)測尺寸e=6.3mm，h=7.7mm。

（2）機(jī)組投產(chǎn)時(shí)間較長，3只汽封環(huán)變形嚴(yán)重。

（3）軸上汽封片是由不銹鋼片鋃裝于軸上，易產(chǎn)生形變。

在轉(zhuǎn)子后移位置，運(yùn)行參數(shù)pz=1.1MPa、p0=2.2MPa。

以上各式中：0p——第一壓力級進(jìn)口蒸汽壓力，MPa；

pz——第z壓力級進(jìn)口蒸汽壓力，MPa；

z——軸封片數(shù)；

由上述不等式（3）可以得出轉(zhuǎn)子后移工況下最后一片軸封孔口處流速也未達(dá)臨界速度。通過環(huán)形孔口的漏汽量為：

式中：1GΔ——環(huán)形孔口的漏汽量，kg/s；——蒸汽的密度，kg/m3；

μ1K1——軸封流量系數(shù)，因進(jìn)汽流量較大，μ1較大，取3.2；

A1——軸封孔口漏汽面積，m2。漏汽損失Δhp為 ：

式（5）中：phΔ——漏汽損失比焓，kJ/kg；

代入相關(guān)數(shù)據(jù)，1=ΔG1.63kg/s，=Δph14kJ/kg。由于軸向力增大，轉(zhuǎn)子后移，動靜汽封齒較為接近，所造成的漏汽損失增加=Δph14kJ/kg。這也是轉(zhuǎn)子后移對軸封及其系統(tǒng)的影響之一。

2 前軸封高壓側(cè)磨損工況分析

2.1 現(xiàn)象

2014年經(jīng)過冬季大負(fù)荷后，該機(jī)組帶負(fù)荷能力急劇變差，進(jìn)汽流量嚴(yán)重銳減。主汽壓在額定值，背壓在0.85MPa時(shí)，電負(fù)荷為1800kW，進(jìn)汽流量35噸/小時(shí)，復(fù)速級壓力升至報(bào)警值2.25MPa，但軸串油壓無異常變化，較為平穩(wěn)。2015年3月11日停機(jī)消缺，處理復(fù)速級壓力高問題。首先考慮調(diào)門芯是否有可能脫落，在停機(jī)前做增負(fù)荷試驗(yàn)，機(jī)組進(jìn)汽流量增大達(dá)到45噸/小時(shí)，電負(fù)荷幾乎不增，復(fù)速級壓力超過2.25MPa，調(diào)門芯不存在脫落問題。2015年4月6日停機(jī)揭缸消除缺陷，揭缸后發(fā)現(xiàn)以下問題：（1）轉(zhuǎn)子前軸封高壓側(cè)汽封齒全部磨禿；（2）級間隔板結(jié)合面有漏汽痕跡；（3）復(fù)速級第一列動葉積有鹽垢，其葉片出汽側(cè)有被硬物碰損痕跡。

2.2 轉(zhuǎn)子前軸封汽封齒及汽封環(huán)齒磨損情況

軸封齒磨禿的原因：本機(jī)組在正常的動靜間隙時(shí)，高壓端軸封高壓側(cè)汽封齒（向后）與其對應(yīng)的汽封環(huán)上汽封齒相距0.40mm，在冬季大負(fù)荷期間，機(jī)組調(diào)速系統(tǒng)不穩(wěn)定，進(jìn)汽流量激增時(shí)，造成轉(zhuǎn)子上汽封齒與汽封環(huán)上汽封齒發(fā)生動靜碰磨，如圖2所示。

機(jī)組檢修處理過程如下：

（1）磨禿的汽封齒共30齒，鉗工用扁鏟逐齒剔除并鑲嵌，用了10天時(shí)間。

（2）噴嘴、動靜葉片均用砂布人工打磨，不能觸到的地方用酸進(jìn)行清洗。

（3）轉(zhuǎn)子前移0.70 mm，保證動靜汽封齒不能相碰，轉(zhuǎn)子能夠自由落入下汽缸中。

2.3 前軸封第一組汽封被磨禿后漏汽量的計(jì)算

軸封漏汽面積An為：

式中：d2——汽封環(huán)內(nèi)徑，189mm；

d1——前軸封處主軸直徑，185mm。

則nA=0.00149m2。如圖1所示，漏汽間隙 ：δ=2mm，蒸汽通過該間隙漏出的流量可近似為通過噴嘴的蒸汽流量。

蒸汽為過熱蒸汽，則漏汽量：

式中：1p—噴嘴后壓力（MPa）；1

ν——2.0MPa，365℃蒸汽（噴嘴后）的比容0.142（m3/kg）；機(jī)組在該工況下的背壓，MPa；

把上述數(shù)據(jù)代入公式（7）中可得 ΔG=3.49kg/s。由上述數(shù)據(jù)漏汽間隙僅為2mm，計(jì)算出的漏汽量ΔG =3.49kg/s，漏汽量相當(dāng)大。

圖2 轉(zhuǎn)子前軸封高壓側(cè)汽封齒磨損部位及狀況

2.4 前軸封磨損對機(jī)組效率影響的計(jì)算

機(jī)組前軸封磨損工況熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)如表1所示。

表1中：Nd——前軸封磨損工況發(fā)電機(jī)負(fù)荷，1700kW；

Ni——循環(huán)內(nèi)功，

表1 前軸封磨損機(jī)組熱力系統(tǒng)的熱經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

由上述數(shù)據(jù)可以看出：在前軸封高壓側(cè)磨損的工況下，機(jī)組的進(jìn)汽量為35噸/小時(shí)，電負(fù)荷為1700kW，汽耗率為20.8kg/kWh。前軸封高壓側(cè)的漏汽量大小對機(jī)組循環(huán)內(nèi)功有很大的影響。

由機(jī)組產(chǎn)品說明書可知：前軸封由三組汽封瓦組成，每組有三列汽封環(huán)，沿漏汽方向從高壓往低壓數(shù)，第一、二汽封瓦間的汽室通往背壓排汽管，第二、三汽封瓦間的汽室通往軸封加熱器。第三組汽封瓦的第二、三列汽封環(huán)間的汽室通往軸封報(bào)信管。

前軸封高壓側(cè)磨損汽流繞過葉輪直排至背壓排汽管導(dǎo)致機(jī)組熱效率相對降低為：

3 汽封間隙量調(diào)整對機(jī)組軸封及其系統(tǒng)的影響

從上述對前軸封漏汽量計(jì)算中可以看出，前軸封漏汽量較大，是造成機(jī)組循環(huán)效率低下的一個(gè)重要原因。

汽封間隙的測量調(diào)整工作是在軸系中心及隔板和軸端汽封套洼窩中心調(diào)整好之后進(jìn)行的。測量汽封徑向間隙通常有兩種方法：一是貼膠布法；二是壓鉛絲法。兩種測量方法中，第二種要比第一種測量準(zhǔn)確，而且比較真實(shí)。用壓鉛絲的方法測量汽封間隙時(shí)，下半部汽封接合面間隙情況可以通過塞尺測量，其它部位汽封間隙情況用規(guī)格不同的鉛絲粘放在汽封齒上，端部用膠布粘住，將汽封、汽封套就位，吊放轉(zhuǎn)子到工作位置，這樣鉛絲就被壓出一道道溝，吊出轉(zhuǎn)子，測量汽封溝痕剩余部分厚度，就是汽封對應(yīng)間隙。測量完畢，對照質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。間隙偏大時(shí)，按相應(yīng)的尺寸車汽封塊的背?。婚g隙偏小時(shí)，按相應(yīng)的尺寸攆汽封塊的背弧。修刮完畢后，復(fù)測汽封間隙，往往發(fā)現(xiàn)和預(yù)想的結(jié)果差很多，有的甚至達(dá)到0.40mm。對于汽封間隙調(diào)整出現(xiàn)偏差，針對現(xiàn)行調(diào)整工藝需考慮貓爪熱膨脹對汽封間隙的影響；需考慮整圈汽封膨脹間隙的影響；需考慮運(yùn)行中油膜對轉(zhuǎn)子中心位置的影響； 需施工人員工藝水平對調(diào)整造成的影響；需考慮汽缸、隔板套、汽封本身變形的影響。

汽輪機(jī)汽封間隙調(diào)整工作是一項(xiàng)重要而細(xì)致的工作，尤其是運(yùn)行多年后檢修的機(jī)組，需考慮的影響因素更多一些，同時(shí)不同類型的機(jī)組，其影響因素也有所差別。上述提到的汽封調(diào)整方法必須在機(jī)組以后的大修工作中給予充分重視并應(yīng)用，只有這樣去做才能提高汽輪機(jī)組熱效率從而達(dá)到節(jié)能降耗。

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1671-0711（2016）12（下）-0026-03