汽轮机汽封间隙调整方法

丁怀高

(淮北市热电有限公司,安徽 淮北 235029)

如何正确调整汽轮机汽封间隙,保证机组的安全经济运行,是检修过程中一项十分重要的工作。目前,许多中、小型汽轮机组普遍存在启、停频繁、传统汽封存在缺陷、检修工艺较低等问题,造成汽封齿磨损、轴封套严重损坏、大轴弯曲等一系列恶性事故。为了有效避免汽轮机动、静部分之间的摩擦,必须根据汽轮机实际运行工况找出行之有效的调整方法和措施。

1 汽封装置结构

某热电厂共装有 C12(3.43/0.49型)、C3(3.43/0.8型)、B3(3.43/0.8型)3种不同类型的汽轮机。3台机组的轴端汽封均为梳齿形结构,汽封齿镶嵌在汽封环上,汽封环上的高低梳齿与轴封套凸肩及凸肩槽之间留有一定的间隙,形成汽封齿与转子之间的径向间隙。汽封环沿主轴圆周分为 6段,每个汽封环的背部都装有弹簧片,弹簧片将汽封环弹性压向转子,使得汽封齿与转子径向间隙保持最小值。汽封环嵌装在汽封套的凹槽内,汽封套相邻之间设有汽室。轴封套套在主轴上并在轴封套上加工一定数量的凸肩。轴封套设计成多段结构,从前汽封到后汽封依次排列为 1～7段,分别为前轴封4段和后轴封 3段,每段由若干个汽封环相配合,形成了一套汽封装置。

2 汽封装置最容易发生磨损的部位

该厂 3台机组相继发生过 4次以上轴封套严重磨损的恶性事故,连同转子一同返回制造厂维修。通过分析发现,轴封套每次磨损的部位和程度基本相同。轴封套严重磨损的部位基本都发生在第 3组、第 4组、第 5组,最严重时也会造成第 1级隔板轴封套磨损。第 1组、第 7组基本上没有发生过磨损;第 2组、第 6组有明显的磨损,其磨损深度为0.2～0.3mm;第 3组、第 5组磨损情况较严重,其磨损的深度为 0.3～1.0mm;磨损最严重的部位几乎每次都发生在第 4组,其磨损的深度为 2～5mm,宽度为 100～150 mm,轴封套上的凸肩、凸肩槽几乎全部被磨平。

轴端汽封磨损的程度是从前轴封第 1组到第 4组逐渐增加,后汽封从第 5组到第 7组逐渐减少,整个机组端部汽封的磨损是从汽轮机的轴端由外向里逐渐增加,也就是汽封齿与转子径向间隙从汽轮机的轴端由外到里逐渐增加,其磨损程度具有一定的规律性。

3 造成轴封套磨损的原因

汽轮机在运行和启、停过程中发生机组振动、转子热弯曲、汽缸热变形等异常状况时,动、静部分的中心相对位置将会发生变化,其变化量超过汽封间隙值时,就会造成汽封磨损。

造成汽封摩擦并不需要多大的外部作用力,只要汽封齿与轴封套径向间隙消失,有局部范围的动、静部分接触,汽封齿就犹如车刀一样,从轴封套上车出铁屑,汽封齿也会被轴封套磨平、磨倒。由于汽封的特殊构造,使得被磨出的铁屑不能飞离汽封处,只能夹在汽封高低齿之间的轴向间隙内,在高速旋转下四处碰撞,一旦飞入汽封齿与轴封套的径向间隙内,又造成汽封齿与轴封套摩擦,再次加剧轴封套磨损的程度,引起更多的铁屑飞出,周而复始形成恶性循环,最终导致轴封套严重损坏。虽然汽封块后面均设有弹簧片,但其避免汽封磨损的作用和意义不大。

影响动、静部分中心相对位置变化的因素较多,如汽缸上、下温差超过规定值、机组发生较大振动、转子热弯曲、汽缸热变形、启动方式不合理、滑销系统受阻、汽封间隙调整过小、汽缸保温质量不好等。这些综合因素随着机组各种工况的变化而变化,造成轴封套磨损的原因也较难确定。因此,必须从轴封套多次发生磨损的现象中找出磨损规律,进而查明原因。

由于前、后汽封的磨损程度是从汽轮机的轴端由外向里逐渐增加的,其磨损现象具有一定的规律,因此,重点对可能造成这种现象的原因进行逐项排查。经过排查发现,由于生产等方面的特殊原因,每月汽轮机启、停次数较多,仅热态启动就不少于2次。

当汽轮机处于冷态状态时,由于汽轮机转子中间重两头轻,使得转子自然弯曲,不可避免地造成转子中心线和汽缸中心线不在同一直线上。在机组热态启动时,因上、下缸温差过大引起汽缸变形而形成拱形,相当于转子中心下移。虽然机组在启动前连续盘车,转子发生热弯曲值较小,但汽缸、隔板套、汽封本身存在变形,相对于转子仍然处于热弯曲状态下,转子中心明显下移,靠近汽缸内部的汽封下部间隙减小、上部间隙增大。转子弯曲值最大处是复速级,靠近复速级最近的轴封套是第 4组,而磨损程度最大的地方恰恰发生在此处。

在机组热态启动过程中,汽封不可避免地存在一定程度的摩擦,不一定每次都会造成汽封磨损,但在启机频繁、热态启动次数较多时,就会出现数次连续不断的摩擦、磨损。转子弯曲度最大的地方磨损程度最严重;转子弯曲度最小的地方,磨损程度最轻,最终导致汽封的磨损从汽轮机的轴端由外向里逐渐增加。理论上的分析与实际检查情况基本吻合。

另外,机组在连续运行的情况下很少会发生汽封磨损,即使发生磨损现象,前、后汽封的磨损程度应基本一致,所以,轴封套严重磨损的原因就是启机频繁、热态启动次数较多。

4 传统的汽封磨损处理方法和存在的问题

当汽封发生磨损后,多数热电厂按照制造厂规定值的上限值或更大值对全部前汽封(后汽封)进行调整,但随之而来的是前汽封漏汽量逐渐增大,甚至造成汽轮机油质严重恶化。在随后的大修过程中,按照制造厂规定值的下限,对全部前汽封(后汽封)进行调整,在运行不到 1年的时间内,又发生轴封套再次严重磨损的事故。

目前,汽封径向间隙是依据制造厂的规定值进行调整的,而制造厂的规定值也存在着不足之处。首先,制造厂规定的前、后汽封径向间隙值基本是相同的,如C12的 3.43/0.49型机组前、后汽封间隙和隔板汽封间隙的规定值均为 0.25～0.35mm;其次,制造厂在汽轮机设计时,虽已考虑各种因素对汽封间隙的影响,但在机组热态启动过程中,各处的汽封间隙变化总是存在的。基于上、下缸温差每增加1℃,汽封间隙减少 0.01mm来推断,当上、下缸温差超过 35℃时,汽封就已经发生磨损。如果规定开机时上、下缸温差不得超过 35℃,对于中小型汽轮机组运行操作也是不现实的,制造厂规定的 0.25～0.35mm汽封间隙值,已完全不能适应开机时上、下缸温差不能超过 50℃的规定,势必发生汽封磨损。因此,制造厂把汽封间隙规定为单一值是值得商榷的。使用单位若完全依赖于制造厂的规定值,不从机组的实际运行(如启动频繁的机组)情况出发,对制造厂的规定值不采取必要的修订措施是不科学的。

5 解决问题的思路与方法

调整汽封间隙要以理论为依据、以实际为依托,制订出科学有效的措施,以避免扩大汽封间隙而造成漏汽量增加,而减少汽封间隙会出现动、静部分之间磨损的不利局面。因此,既要保证漏汽量减少而使汽封间隙越小越好,又要避免动、静部分之间磨损而使汽封间隙保证最大值;同时,对于启动频繁的汽轮机更要考虑在转子发生热弯曲时,各段汽封间隙存在不同差异的实际情况。只有将这三者有机地结合起来,才能最终解决汽封磨损的最有效的方法和途径。

从汽封的磨损现象来看,其磨损是从汽轮机的轴端由外向里逐渐增加的,呈现出一种逐渐递增的趋势,那么,为什么不可以将汽封调整间隙也从汽轮机的轴端由外向里逐渐增加呢?或者将容易发生磨损部位的间隙调整到最大值,不容易发生磨损部位的间隙调整到最小值,这样就能顺应机组的实际运行情况,最大限度地避免机组动、静部分之间的摩擦。

汽封径向间隙的确定首先要以制造厂的规定值为基础,以上、下缸温差不超过 50℃时转子不发生动、静部分之间摩擦为原则,确定汽封在热态启动时的最小和最大允许值。当转子发生热弯曲时,第 1组、第 7组汽封其弯曲值最小,不容易造成动、静部分摩擦,可以将此处的径向间隙按照制造厂规定值的下限(0.25mm)进行调整。基于开机时上、下缸温差不得超过 50℃,上、下缸温差每增加 1℃,汽封间隙减少 0.01mm来推断,汽封在热态启动时最大允许值应为 0.50mm,而不是制造厂规定的 0.35 mm,因此,第 4组汽封间隙应调整到 0.50mm。

确定最小和最大允许值后,汽封间隙的调整方法有以下 3种:

(1)当第 1组汽封间隙调整到 0.25mm、第 4组汽封间隙调整到 0.50mm后,测量出第 1组、第 2组、第 3组、第 4组之间的长度,并将第 1组和第 4组间隙值连成一条线,从而计算出第 2组、第 3组的间隙并进行调整。后汽封第 5组、第 6组、第 7组相对于前汽封磨损情况较轻,可分别按制造厂规定值的上限 (0.35mm)、中限 (0.30mm)、下限 (0.25 mm)进行调整。复速级处的隔板汽封径向间隙也可按照制造厂规定值的上限 +0.20mm进行调整。

(2)将第 1组按照制造厂的规定值下限(0.25 mm)进行调整,第 2组按中限(0.30mm)进行调整,第 3组按上限(0.35mm)进行调整,第 4组按上限 +0.15mm(即最高限到 0.50mm)进行调整。后汽封 3组可按制造厂的规定值上限、中限、下限进行调整。

(3)以机组大修时测量的汽封实际磨损值为参考依据,对制造厂的规定值进行修定,主要是对第 3组、第 4组间隙值进行放大修订。

以上方法简单易行,汽封间隙调整幅度不大,仅在最容易发生磨损的部位增加 0.15mm,其他均采取上限、中限、下限进行调整。改变了原有的要放大尺寸都放大尺寸,要减少都减少的单一模式,极大地丰富了不同机组采取不同方法的工艺要求,为调整汽封间隙提供了新的方法。

增大汽封间隙会造成漏汽量增大,但以上调整方法仅是在第 4组按上限 +0.15mm进行调整,其漏汽量不会太大,而第 1组汽封的径向间隙又按照制造厂规定值的下限进行调整,从而减少蒸汽的漏出,2组轴封套之间均设有汽室并将漏汽抽走。增大汽封间隙,会造成机组的内效率减少,但减少值是微不足道的,更无法与汽封磨损发生设备事故而造成的损失相提并论。

6 结论

汽封磨损是中小型汽轮机最常见的故障之一,它对汽轮机的经济性和安全性有着重大的影响。本文对调整汽封间隙在检修工艺上所存在的问题进行分析,采取制造厂的规定值与汽轮机热态启动时最大允许值相结合的调整方法,改变了过去单一的调整模式。实践证明,对于中小型汽轮机组的安全经济运行具有很好的效果,尤其对新型中小型电厂的安全生产有借鉴意义。

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