汽轮机通流部分采用可调式汽封实用效果评价

赵伟光，王莺歌，王 辉，王政先

(1.辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006;2.华能大连电厂，辽宁 大连 116100;3.大连泰山热电有限公司，辽宁 大连 116021)

近年来，火电厂为了降低能耗、提高机组效率，对汽轮机高、中、低压通流汽封及高、中、低压缸端部原有汽封进行技术改造。老机组原有汽封形式均为曲径 (疏齿)式，其特点是利用依次排列的汽封齿与轴之间的间隙形成多个小汽室，使高压蒸汽在这些汽室中的压力逐级递减，来达到减少蒸汽泄漏的目的;一般每圈汽封环分成6～8块，每个汽封块的背部装有平板弹簧片，弹簧片将汽封块压向汽轮机转子，使汽封齿与转子轴向间隙保持较小的距离，且在运行中汽封间隙不可调整。缺点是对于轴系稳定性较差的汽轮机，启停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，若汽封径向安装间隙较小，汽封齿很容易磨损;汽封齿与轴发生碰磨时，轴的加热段长度有所增加、局部过热，且温度升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成局部漏汽量增加，甚至可能导致大轴弯曲;轴封径向间隙因磨损较大，导致外漏蒸汽进入轴承箱使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量变差，破坏动态润滑效果;疏齿式汽封环形腔室存在不均匀性也是产生汽流激振的重要原因，汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组的安全运行。在机组检修时，电厂只能把汽封径向间隙调大，以确保机组的安全性。由此可见，汽封性能的优劣，不仅影响机组的经济性，而且影响机组的可靠性。由图1汽轮机级间损失分布图可见，叶顶及轴封 (隔板)漏汽损失占级间损失的48%。近年来一些电厂将疏齿汽封分别改为侧齿式、可调式 (布莱登)、蜂窝式、刷式、接触式及接触—蜂窝综合式等汽封，这些汽封在高压侧的叶顶、隔板、过桥汽封及低压侧端部汽封应用中各有所长，节能效果也各不相同，在现已投产的135～660 MW亚临界和超临界汽轮机中，应用较多是可调式 (布莱登)汽封。

1 可调式汽封基本原理

图1 汽轮机级间损失分布图

可调式汽封齿仍采用传统的疏齿式，将螺旋弹簧安装在2个相邻汽封块的垂直断面，并在汽封块上加工蒸汽槽，以便在汽封块背部通入蒸汽，在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开，径向间隙达1.75～2 mm，大于传统汽封的间隙值 (0.75 mm)，避免或减轻了机组启停过程中过临界转速时，由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。随着负荷增大，汽封块背部所承受的蒸汽压力逐渐增大并克服弹簧张力，使汽封块逐渐合拢，径向间隙逐步减小，一般设计为20%额定负荷，各级汽封块完全合拢，达到设计最小径向间隙 (0.25～0.5 mm)，小于传统曲径汽封的间隙值，如图2所示。

图2 可调式汽封工作示意图

汽封漏汽量计算公式[1]为

式中 Gf——汽封漏汽量，kg/h;

ξ——漏汽系数;

F——汽封环形漏汽面积，m2;

Z——汽封齿数;

p1——汽封入口处蒸汽压力，MPa;

p2——汽封出口处蒸汽压力，MPa;

V1——汽封入口处蒸汽比容，m3/kg。

2 可调式汽封应用效果评价

近年来，先后有300多台135～660 MW亚临界和超临界汽轮机的高压缸、高中压缸过桥汽封及中压缸的叶顶、隔板和端部轴封内侧部分均采用可调式汽封。根据“影响系数法”试验[2]，列举了华能大连电厂、华能沁北电厂、抚顺热电厂、大连泰山热电厂7台机组改造前、后得到的结果[3－7]，如表1所示。

由表1可见，华能大连电厂4台350 MW机组均已投产20多年，高压缸效率下降幅度较大、高中压缸过桥汽封漏汽量明显增加、热耗率升高。4台机在最近的一次大修中，对动静通流部分进行“喷丸”粗糙度处理，将原有疏齿式汽封改为可调式汽封，将动静间隙调整在0.2～0.35 mm(闭合状态)和1.9～2.2 mm(张口状态)范围内，使高压缸效率提高4%～5%，中压缸效率略有提高，低压缸效率有不同程度提高，高中压缸过桥汽封漏汽量明显下降，机组热耗率下降，达190 kJ/kWh以上。经计算，采用可调式汽封机组热耗率下降70 kJ/kWh左右。

表1 7台机组改造前、后试验结果汇总表

华能沁北电厂2号机投产时间较短，运行状态较好，改造后汽封对机组经济性影响较小，如高压缸效率提高1%、过桥汽封漏汽量减小6 t/h。

抚顺热电厂1号机利用中修对高中压缸解体，并对高中压缸过桥汽封进行可调式改造，通过表1试验结果可见，其效果不明显，过桥汽封漏汽量减小12.4 t/h，高压缸效率下降1.76%。

大连泰山热电厂2号机的高中压缸通流及过桥汽封均进行了可调式改造，中压缸效率提高1.44%，高压缸效率基本没有变化，过桥汽封漏汽量减小约6 t/h。

3 结论

通过7台机可调汽封改造前、后试验结果比较和对改造安装过程调查表明，华能大连电厂4台汽轮机通流部分老化严重，原汽封磨损严重，缸效率偏离设计值较大，经大修“喷丸”粗糙度处理、动静间隙按0.2～0.35 mm调整、汽封改为可调式汽封，使运行中水质合格，大修后机组整体效果较明显。华能沁北电厂2号机投产仅4年，缸效率下降不明显、热耗率升高幅度较小、通流汽封损坏程度不高，所以改造后机组经济性提高不明显。抚顺热电厂经回装测量表明，高压缸原内张口问题没有利用检修予以解决，高中压转子凹窝中心没有按要求调整，直接造成过桥汽封两侧间隙不均，使改造后漏汽量下降幅度不明显。没有进行任何改造的高、中压缸经检修后效率下降，这表明高中压通流部分没有按正常检修要求进行，使其原有状态没有得到改善。大连泰山热电厂2号机高、中压缸汽封改为可调式汽封，中压缸效率提高、过桥汽封漏汽量减小6 t/h，由高压缸各段抽汽压力、温度测量分析，主要是由于高压缸内可调汽封闭合状态不佳，动静间隙没有达到安装设定值，使高压缸效率没有较明显变化。

[1]王乃宁，张志刚.汽轮机热力设计[M].北京:水利电力出版社，1987.

[2]赵伟光，樊庆林，陈显辉，等.高中压合缸汽轮机的冷却蒸汽确定方法试验研究[J].汽轮机技术，2011，53(3):187－189，208.

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