蜂窝汽封在6MW抽凝式汽轮机轴端汽封上的应用

2010-06-11吴剑恒苏志祥

中国设备工程 2010年10期

关键词：轴端汽封梳齿

吴剑恒，苏志祥

（福建省石狮热电有限责任公司，福建石狮 362700）

汽轮机轴封系统可在转子轴端形成蒸汽密封，防止高压部分汽缸内的蒸汽外漏，可造成轴承油内进水和蒸汽能量损失，同时防止外界空气顺轴封漏进真空部分汽缸，影响机组的真空以及运行的安全性和经济性。

轴封漏汽造成的损失是汽轮机效率较低的第二大因素。蒸汽的泄漏不仅损失热能和介质，还会大大降低凝汽器真空，使汽轮机的热经济性下降。

一、梳齿式迷宫汽封的原理及其存在问题

1.梳齿式迷宫汽封的工作原理

某热电厂两台C6-35/8型抽凝式汽轮机轴端汽封设计采用非接触式的梳齿式迷宫汽封，其工作原理为：一定压力的蒸汽流经梳齿式迷宫汽封时，必须依次经过汽封蓖齿尖与轴凸肩所形成的狭小间隙，如图1所示。当经过第一个间隙时，蒸汽产生节流作用，压力由p1降到p2，汽流加速，随后高速进入小室，发生撞击和涡流等现象使速度消失，动能转变为热能。当蒸汽过第二个间隙时，又重复上述过程，压力由p2降到p3。就这样，蒸汽流经过最后一个汽封蓖齿时，压力降至p，已与大气压力相差很小。所以，在一定的压差下，汽封齿越多，每个蓖齿前后的压差就越小，漏汽量也越少，当汽封蓖齿数量足够多时，漏汽量为零。但是，由于齿间为环形腔室，环向流动大大减少了涡流降速的效果，因而泄漏量大，而且此结构不具有可磨性，蓖齿磨损后，间隙变大，漏汽损失增加，机组效率降低。

2.梳齿式迷宫汽封存在问题

由于汽轮机在启动过程中动静部分中心的相对位置发生变化，以及汽流进入蓖齿密封的密封腔室时发生轴的自激振动，轴封蓖齿磨损非常严重。在1号机组大修期间进行了测量，发现转子前轴封处的蓖齿高度已经磨短了0.55～0.85mm，后轴封处的蓖齿高度已磨短了0.65～0.75mm(蓖齿高度设计值为4.85mm)。轴封蓖齿的磨损导致高压侧轴端汽封处的高压高温蒸汽漏入到前轴承，恶化了轴承工作条件，并且造成润滑油乳化变质，危及机组安全运行；轴封蓖齿的磨损还导致低压侧轴端汽封严密性下降，大量气体漏入排汽缸，严重影响汽轮机真空严密性，使机组启动抽真空时间延长、凝汽器实际运行平均真空度偏低，降低了机组出力和热经济性。

图1 迷宫式汽封原理图

二、蜂窝汽封的原理及其特点

为彻底解决梳齿迷宫密封漏汽，消除机组的安全隐患，提高机组的效率，决定在保留原有的梳齿结构和汽密性基础上，采用目前比较先进的蜂窝汽封进行技术改造。这样不仅可保留梳齿密封节流降压的特点，还可以充分发挥蜂窝带多级密封和宽面密封的结构特性，提高密封性能，加强汽轮机轴端的阻漏效果。

1.蜂窝汽封的原理

蜂窝密封原理主要是利用热力学磨阻效应。当汽流进入蜂窝带，由于蜂窝网格的作用，气体在每个蜂窝网格内形成涡流，产生涡流阻尼，对转子和静子之间的汽流产生阻碍，使汽流方向发生改变，汽流的动能降低并因磨阻而转换为热能，气体在蜂窝内压力剧降到很小值，泄漏量减小，从而达到密封效果。

2.蜂窝汽封的优点

与梳齿式迷宫密封比较，蜂窝汽封具有以下优点：①蜂窝封严面是材质柔软的正六角形蜂窝网格，具有可磨耗的特点，如发生动静碰撞也不会损伤叶片或转子轴，因而安全性好。②蜂窝的特性决定其耐磨，使用寿命长。③蜂窝封严的阻尼特性决定其封严效果好，在相同的汽封间隙下，泄漏量比传统的梳齿迷宫密封降低30%～70%。④产生的蒸汽阻尼相当于一层汽垫，可避免气流激振和其他引起系统不稳定的振动。⑤具有除湿等特殊功能。

三、蜂窝汽封的技术要点

1.轴端汽封改造的原则和方案

轴端汽封的改造原则：不拆除轴上的蓖齿，在保留原有梳齿结构和汽密性的基础上，在汽封环上配以蜂窝汽封。汽封环座与齿为同体加工，蜂窝与篦齿的间隙为0.20～0.25mm。

轴端汽封的改造方案：①高压端轴封采用高低蜂窝与梳齿迷宫封严相结合的方法，保留原轴端汽封环两端上插入齿与蓖齿，汽封环用高低蜂窝相结合，3.2mm高的低蜂窝镶入汽封环座部分，原汽封环上的齿用宽1.6mm的高蜂窝代替，见图2。这种复式结构保留汽封环的两端插入齿与蓖齿，使汽封具有梳齿迷宫封严结构，而且加入蜂窝封严结构，使得汽封效果优于单一结构。②低压端轴封采用高蓖齿低蜂窝汽封，见图3。保留原有的梳齿结构，在汽封环上配以低蜂窝。这样，不拆除轴和汽封环上的蓖齿，在保留原有气密性的条件下，增加了蜂窝汽封，使得气密性在原有基础上提高。汽封环座与蓖齿为同体加工，蓖齿的根部宽度为1.0mm，顶部宽度不小于0.60mm，最顶端宽度为0.3mm。

2．蜂窝汽封的设计和制造

（1）图纸尺寸。依据原汽轮机的轴端汽封图纸尺寸以及所确定的技术方案，设计蜂窝汽封环图纸，并根据图纸加工制造蜂窝汽封代替原有的梳齿式汽封。

（2）材料。蜂窝汽封环分为汽封环座及蜂窝带两部分，环座材料选用15CrMo，蜂窝带材料选用进口的镍基高温合金海斯特 (HASTELLOYX，δ=0.076mm)箔材，蓖齿则选用硬度低、耐磨损的铁素体。

（3）蜂窝芯格形状及规格：蜂窝的形状为正六角形。蜂窝的名义尺寸为内切圆直径1.6mm，蜂窝带高度为3.2mm左右。

（4）环座加工。根据原汽封环图纸设计蜂窝汽封环，环座的相关尺寸应与原汽封环尺寸完全一致 (如外径、环座宽度、调整块安装位置等)。

（5）蜂窝带的钎焊。蜂窝带与环座之间运用专用焊接设备，采用特殊焊接工艺进行钎焊，焊合率应在85%以上。

（6）焊后加工：蜂窝钎焊后，按要求利用线切割将汽封环进行分断。

由于改造重点是根据转子上篦齿的磨损情况配做蜂窝汽封，并且不清楚篦齿的磨损情况，厂家先对汽封环座进行粗加工，待利用机组大修期间技术人员现场测得准确数据后，再进行精加工，根据篦齿磨损量配车蜂窝钎焊面，见图4。

为方便蜂窝与篦齿间隙过大时的间隙调整，在汽封环座的定位面根部加工一个R0.3mm的圆弧槽，见图5。

3．蜂窝汽封的安装

改造时，高压端轴封安装六圈高低蜂窝汽封 (见图6)，其中外侧两圈汽封与内侧汽封之间形成充汽和抽汽密封两个腔室，目的是防止蒸汽外漏、保护油质以及阻止封汽气体进入抽汽侧；其余四圈发挥节流降压作用和保证抽汽压力，达到更好的密封效果。低压端轴封安装三圈高篦齿低蜂窝汽封，目的是有效地阻止轴封供汽漏入汽缸，维持轴封供汽腔的汽压平稳，防止外界空气进入抽汽腔和轴封供汽进入抽汽腔，并避免轴向位移所造成的摩擦。