125MW机组高中压缸汽封改造

李宝山

125MW机组高中压缸汽封改造

李宝山

针对大唐鸡西热电有限责任公司2号机组高中压缸端部及隔板汽封使用引进美国布莱登汽封的情况进行了介绍，对布莱登汽封与迷宫式高低齿汽封结构、特点进行对比，对布莱登可调汽封的安全性和经济性评价及分析。

汽轮机；布莱登汽封；普通梳齿汽封；经济；安全

大唐鸡西热电有限责任公司2号机于2002年末投产发电，为哈汽生产的200MW机组改型，超高压、一次中间再热、双缸、单轴、单排汽、高中低压缸轴封及隔板汽封全部采用迷宫式高低齿汽封，存在着漏汽量大，效率低，并容易与轴发生碰磨产生振动和大轴弯曲等缺陷，机组在2008年大修中，对汽缸汽封进行了改造，对高中压缸端部及隔板汽封更换了当前技术比较先进的美国进口可调式布莱登汽封，共更换40圈，并经修后运行及热力试验表明，效果明显，现将全过程介绍如下。

1 迷宫式高低齿汽封对汽轮机安全性、经济性的影响

汽封是密封蒸汽的一种装置，汽封根据安装部位的不同，可分为轴端汽封(轴封)、隔板汽封和通流部分汽封三大类。高压轴封用来防止高压蒸汽漏出汽缸，造成工质损失，恶化环境，或冲进轴承使润滑油乳化；低压轴端汽封则用来防止空气漏入汽缸影响凝汽器的正常工作。每圈汽封分为六个汽封弧块，每个汽封弧块的背部装有两片平板弹簧片，弹簧片将汽封弧块压向汽轮机转子，使得汽封齿与转子径向间隙保持最小值，通常为0.55-0.75mm。(图1)迷宫式高低齿汽封在运行时，由于汽封弧块、弹簧片长期工作在高温高压蒸汽中，加上制造工艺及材质等一系列因素存在，在检修时发现汽封弧块结垢后卡涩或卡死，弹簧片不能正常弹起；使汽封间隙偏大。特别是在机组启停时，由于汽缸内外受热不均匀而产生变形，或者通过临界转速时，转子振幅偏大等因素存在，都有可能造成汽轮机大轴与汽封发生局部摩擦，这种摩擦将使汽轮机大轴发生瞬时弯曲而加大动静摩擦。这样汽轮机启动后，就很难再保持按设计调整的数值来运行。最终导致蒸汽量漏泄增加。由于在高中压缸汽封和叶顶汽封严重碰摩，汽轮机级间漏泄量过大，使汽轮机的热耗率和供电煤耗增大。汽封间隙偏小，机组的安全性又降低。机组启动时异常因素发生而引起机组振动加大使机组不能正常启动，汽轮机大轴摩擦加剧，造成汽轮机大轴弯曲事故时有发生。因此在检修时，检修人员怕汽封间隙偏小而导致动静摩擦，使机组不能一次性启动成功，就采取牺牲经济性来保证安全性的办法。把高中压缸轴封和隔板汽封间隙按设计值中、上限值来调整。由于过大汽封间隙将会造成漏汽量增多。甚至将汽封间隙调整至超过设计值，这样虽然保证了机组的安全性，但极大地降低了机组运行的经济性，随着节能降耗意识地不断深入和创建节约型社会、节约型企业的要求，在检修中应在保证机组安全运行的前提下，不断摸索如何将汽封间隙调小，以提高机组运行的经济性，达到安全与经济和谐统一。

图1 迷宫式高低齿汽封

2 布莱登可调式汽封的结构及工作原理

2．1布莱登可调式汽封的结构。

布莱登可调式汽封结构与迷宫式高低齿汽封的主要区别，布莱登汽封取消了迷宫式高低齿汽封背部的平板汽封片，代之以在弧块端面间安装螺旋压缩圆柱弹簧，(一般在每圈6个汽封弧块中上下两块)的两个端面上钻有弹簧安装孔用来安装弹簧。弹黄的推力使得汽封弧块在没有蒸汽压力时呈开启状；汽封弧块与汽封体之间一般设计有1.5～2mm的退让间隙，故汽封齿与汽轮机轴就有1.5～2mm以上的间隙，在每一个汽封弧块的背后进汽侧中间位置铣出一个进汽槽，可以让上游来的蒸汽进入汽封弧块背面，对汽封弧块产生一个蒸汽作用力。(图2)

图2 自由状态下的布莱登汽封

2．2 布莱登汽封的工作原理。

布莱登汽封的工作原理，自由状态下，在弹簧力的作用下汽封弧块是处于张开状态而远离转子，当汽轮机尚未启动时，迷宫式高低齿汽封环是闭合状态(图1)，而布莱登可调式汽封是张开状态(图2)。汽轮机启动后，蒸汽流量不断增加，作用在布莱登汽封弧块背面的压力逐渐高于作用在正面的压力，产生一个压差(图4)。当此压差等于克服螺旋弹簧推力时，汽封环就闭合，(图3)，使布莱登汽封齿与汽轮机轴的径向间隙变小，达到检修中调整的设计值。停机时，进汽量不断减少，当蒸汽流量降到某一个数值时，也就是在2%时，螺旋弹簧推力大于压差、摩擦力、弧块重力时，能使汽封环全部张开。因此布莱登汽封通过汽封弧块的自动开启和关闭，实现了在机组启动过程中汽封径向间隙的可调。

图3 正常运行状态下布莱登汽封

3 布莱登可调式汽封在热电公司的应用

3.1 可调式布莱登汽封改造部位。高压缸隔板2～12级，共14圈，中压缸隔板14～19级，共6圈，高压缸轴端前汽封1-10级，共10圈，高压缸轴端后汽封1-5级，共5圈，中压缸轴端前汽封1-5级，共5圈，改为布莱登汽封；布莱登汽封改造共计40圈。在高中压缸前后两端轴封中最靠外面的三圈没有进行改造，因为这三圈，在最外面，正常运行时当蒸汽压力没有将汽封圈全部合拢时，会造成杂物、灰尘进入轴封系统。

3.2 改装布莱登可调式汽封技术要求。

根据该机组运行状况，在布莱登汽封技术范畴内，制定了布莱登可调式汽封改造技术要求：

3.2.1布莱登汽封退让间隙为1.5～2mm，高压缸前后、中压缸前汽封和隔板汽封工作(径向)间隙值为0.30～0.40mm。

3.2.2布莱登汽封弧块颈部与汽封槽部进汽侧应有0.60～0.70mm的间隙，以保证汽封块能够径向自由运动，以防产生氧化皮卡死，形成不了密封腔室。

3.2.3汽封弧块端面弹簧孔深公差为±0.13mm，垂直度为90°±3°

3.2.4汽封孤块上半左右应设计有止动片(压板)，以防汽封弧块脱落。

3.2.5汽封弧块颈部出汽侧与汽封体结合面，两面要求粗糙度为 3.2 。

3.2.6汽封弧块端面总间隙整圈为0.3～1.06mm。根据各级径向间隙及汽封体变形情况取范围值。

3.2.7汽封弧块止动片(压板)与上半两弧块端面间隙单侧0.25mm-～1.58m m 。

3.2.8布莱登汽封上半两个弧块间的间隙应在0.65mm和2.61mm间。

3.2.9汽封块材料应与原汽轮机厂材质一致，材质为：15CrMoA。汽封弧块加工质量标准应符合美国布莱登工程公司汽封加工制造的相关标准，汽封弧块要求整煅毛坯加工。

3.2.10由厂家自己安装调整工作。

3.3 改造后的经济性。

为了检验布莱登可调式汽封的经济性，2008年10月2～7日，黑龙江省电力监督检测中心对2号机组大修后首次启动带负荷阶段完成了性能考核试验工作，各项测试数据和计算结果显示，机组的能耗指标明显优于大修前的指标；2号机组在考核工况下125MW时的热耗率为

8242.63 kJ/kWh，接近设计保证值8196 kJ/kWh，较修前的8417.54 kJ/kWh降低了174.91kJ/kWh，节省煤耗5.59g/kwh。显然，此次2号机布莱登可调式汽封改造使热耗率和供电煤耗得到降低。

4 可调式布莱登汽封安全性和经济性的评价及分析

4．1 安全性的评价及分析。

汽轮机大轴的弯曲90%以上是由于摩擦振动因素引起的，且大多数发生在启停机。汽轮机在启动过程中，汽轮机大轴受热不均而引起弹性弯曲，或由于汽轮机大轴自身不平衡而发生振动，或者汽缸受热不均匀，上下缸温差偏大，而引起汽缸的变形，再加上汽轮机大轴通过临界转速产生振动偏大，最终导致动静部位间隙消失而产生的碰摩，造成汽轮机大轴弯曲事故。在停机时，汽缸、转子温度较高，或由于意外的原因，汽缸内进入冷水或冷空气而产生变形，轴端或隔板汽封间隙消失，盘车不能投入运行，将造成汽轮机大轴弯曲事故的发生。布莱登可调式汽封是通过改变汽轮机启停及运行时的汽封状态，保证汽封齿与汽轮机轴径向间隙。在冲转过程中，布莱登可调式汽封为全开状态，单侧间隙达到3mm以上。也就是说，如果汽轮机大轴振动或热弯曲超过3mm以上，就会造成动静间隙消失发生碰磨，而这种情况发生的机会是很少见的。因此，布莱登可调式汽封具有避免动静碰磨造成大轴弯曲事故发生的比较先进的汽封，从而保证了机组安全稳定运行。

4.2 经济性的评价及分析。

由试验可知，改造后，机组在额定负荷125MW时，煤耗降低了5.259g/kWh，若按单台机年发电量6亿kWh，标煤单价330元/t，则全年节约发电成本为：

330×6×108×5.59×10-6=1106820(元)=110．68(万元)这次布莱登汽封改造费用为70万元，如果从节约煤计算收益，则7个月即可收回投资。

其他效果有：

a 可以减少级间汽封的漏汽量

b 减少叶顶阻汽片的泄漏量

c 减少高中压缸之间中部汽封的泄漏

d 增加调节级后的压力

e 减少汽轮机的过分通流量

f 汽轮机内效率稳定

g 减省机组启动次数，降低启动成本

5 结论

实践证明，汽轮机汽封改造对降低机组的煤耗，防止径向汽封的碰磨，避免转子产生弯曲，提高机组的效率和性能有重要意义,采用布莱登可调式汽封是提高汽轮机效率的有效途径。

[1]ROBERT SMOC．新技术用于改进现役汽轮机[J]．Power Engineering，1989，(5)．

[2]国家电力公司热工研究院，等．关于布莱登汽封使用情况调查报告，2001，3．

125MWHigh-MediumPressureSteamCylinderSealUnit

Li Baoshan

based on the datang jixi thermal power Co., LTD. 2 sets of high pressure cylinder and steam seal used partition introduce bracken steam seal, introduces the situation of bracken gland and labyrinth seal structure, low gear cavitation characteristics compared to bracken adjustable steam seal safety and efficiency evaluation and analysis.

turbine；Bracken steam seal；Ordinary comb tenoning steam seal；Economy；safety

ClassNo.:TK263.1DocumentMark:A

王 军 蔡雪岚)

李宝山，工程师，大唐鸡西第二热电有限公司，黑龙江·鸡西。邮政编码：158100

1672-6758(2010)05-0056-2

TK263.1

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