接触式汽封在600 MW机组上的应用

蒲树晨，宋志杰，刘云富，孙德焰，吉如钢

(元宝山发电有限责任公司，内蒙古 赤峰 024070)

接触式汽封在600 MW机组上的应用

蒲树晨，宋志杰，刘云富，孙德焰，吉如钢

(元宝山发电有限责任公司，内蒙古 赤峰 024070)

分析了某发电公司汽轮机自投产以来经济性不高的原因，提出了采用铁素体汽封、接触式汽封及蜂窝汽封进行改造的方案并分析了相应汽封的技术特点，针对改造过程中存在的问题提出了解决方案，最后指出改造取得了良好的效果。

汽轮机；接触式汽封；经济性

1 设备概况

某发电公司4号汽轮机组为哈尔滨汽轮机有限公司制造的N600-16.7/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、四缸四排汽、凝汽式汽轮机。该机组自2007年投产以来，一直存在经济性不高、效益低下的问题。

2 原因分析

热力试验显示汽轮机缸效低于设计值，热耗率偏高，虽在大、小修期间进行了多次治理，但治理效果不明显。2011年，机组大修前委托西安热工研究院有限公司开展机组性能试验，试验报告显示：该机组在3VWO(valve whole opening，阀门全开)工况下修正后的热耗率为8 118.75 kJ/kWh，比设计值高出266.45 kJ/kWh；修正后的供电煤耗为329.4 g/kWh，比设计值高出10.8 g/kWh。

通过对4号机组性能试验数据(汽封改造前)的分析可得出：在3VWO工况下(大修前)，高压缸效率为83.68 %，较THA(turbine heat acceptance，汽轮机热耗保证)工况设计值88.00 %偏低4.32 %，影响热耗率为61.95 kJ/kWh；中压缸效率为91.27 %，较THA工况设计值93.00 %偏低1.73 %，影响热耗率为37.60 kJ/kWh。假定低压缸效率值与THA工况设计值的偏离值和中压缸效率值与THA工况设计值的偏离值相近，可计算出低压缸效率影响热耗率为68.40 kJ/kWh。

4号汽轮机高、中、低压通流部分采用了国际先进的全三维立体设计理念，所以设计缸效与热耗率均较为理想，但实际运行时却劣于设计值，主要原因是汽轮机各级汽封、轴封的密封效果差，通流漏气导致损失过大。因此，必须对汽封进行相关改造，以提高汽轮机的经济效益。

3 技术改造

为提高4号汽轮机的缸效，降低汽轮机的热耗率，提高机组运行的经济性，公司于2011年5-7月委托哈尔滨通能电气有限责任公司对4号汽轮机进行整机汽封改造，改造原则是不改变原汽封的相对位置及外形尺寸。

3.1 改造方案

针对汽轮机高、中压缸的不同位置，分别采用浮动齿接触式汽封、非金属密封齿接触式汽封及蜂窝汽封3种汽封组合改造型式，具体方案如下：

(1) 高、中、低压缸前后轴封采用接触式汽封；

(2) 高压喷嘴室汽封、高压平衡鼓汽封采用浮动齿接触式汽封；

(3) 高、中压隔板汽封改为浮动齿接触式汽封；(4) 高、中压叶顶汽封改为蜂窝汽封；

(5) 低压隔板及低压叶顶汽封改为蜂窝汽封；(6) 更换所有阻汽片汽封。

3.2 新型汽封的技术特点

3.2.1 铁素体汽封的特点

铁素体汽封具有难以淬硬的优点，即使发生动静摩擦，硬度也可基本保持在出厂时的较低值，从而减少转子振动及变形的可能性。

3.2.2 接触式汽封的特点

如图1所示，接触式汽封为小间隙接触齿(或浮动齿)汽封+铁素体汽封。当气流通过接触齿(或浮动齿)时将受到较大阻力，由于有铁素体齿的配合，在设计值内将最大限度地减少动静间隙，从而达到最合理的技术组合。接触齿能在700 ℃高温下长期运行不变形。

接触式汽封采用在汽封块中心部位嵌入与轴近似直接接触的密封齿，密封齿按圆周方向等分成若干偶数份，每一等份均能径向后退不小于3 mm的距离，灵敏度高，能紧随轴的位移做径向后退。因此，能确保转子在径向摆动的情况下稳定运行，使密封齿与转轴间磨损减少，并保证密封齿与转轴的间距永远保持在安装运行的间隙范围内。与转轴接触部分的材料是一种非金属多元高效复合材料，此种材料具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀等特性，并且具有自润滑功能。

当接触式汽封用于轴封时，非金属接触齿可将径向间隙调整至0.05～0.10 mm，能有效防止高品质蒸汽的外漏及汽轮机外侧的空气向汽轮机内侧泄漏，确保汽轮机真空系统工作状态良好，即保证汽轮机的效率。

图1 接触式汽封结构

3.2.3 蜂窝汽封的特点

当蒸汽通过汽封时，蒸汽会沿着转轴与汽封环梳齿、蜂窝之间的间隙向外流动。由于蒸汽本身带有一定的压力，所以当它通过间隙时，就会强力挤入蜂窝巢穴内，使每个蜂窝巢穴形成气室，蒸汽会在这些气室的作用下改变方向并降低压力。

4 改造过程中存在的问题

4.1 高、中、低压缸轴封问题

轴封漏气是此次改造治理的重点，因为漏气量过大不但会降低机组运行的经济性，还会带来其他危害。高压轴封漏气量过大时，蒸汽会顺着轴进入轴承箱，直接加热轴承并且导致油质恶化，破坏轴承润滑，严重时会造成轴承钨金融化、脱胎等事故。低压轴封漏气量过大时，会造成汽轮机真空降低、排气温度升高、经济性显著下降、汽轮机振动加大和轴向推力增大等后果。因此，此次改造在汽轮机轴封部位全部选用接触式汽封。

为保证汽封的改造效果，通流调整时均以动静间隙设计安装值的下限值为准。但在进行高、中、低轴封的通流间隙调整时，由于轴封处发生动静摩擦会对轴系的振动产生较大影响，同时为了给机组回装后轴系中心调整时留有余地，轴封的动静安装值全部采用设计值上、下限的中间值。

4.2 喷嘴室静气封问题

在高压缸喷嘴室和高压隔板套之间有一道静汽封，其漏气量可以满足机组启动时高压内缸与喷嘴室之间的暖缸要求，故不做调整和更换。

4.3 浮动齿的选用

浮动齿与接触齿的结构略有不同，由于浮动齿与转轴的接触面积小于接触齿与转轴的接触面积，在同等条件下，浮动齿的密封效果略逊于接触齿，但在机组运行发生碰磨时其动静摩擦力要小得多。所以，在间隙要求小且易发生碰磨的高压喷嘴室、平衡鼓、前后内轴封和高中压隔板等部位应选用浮动齿，兼顾机组经济性和安全性。

5 改造效果分析

当机组转速升至600 r/min时，就地检查发现高压缸后轴封处有轻微摩擦声，保持转速4 h后摩擦声消失。在机组带负荷期间，汽轮机轴瓦振动值有较大波动，Y向超报警值，频谱曲线显示成不规则变化，与机组负荷大小无关。经分析为转子碰磨所致，机组连续运行45天后频谱曲线趋于稳定。

对4号机组性能试验数据(汽封改造后)的分析可得出：在3VWO工况下(修正后)。高压缸效率为85.20 %，较改造前提高了1.52 %；中压缸效率为91.69 %，较改造前提高了0.42 %；汽轮机热耗率为7 938.24 kJ/kWh，较改造前下降了180 kJ/kWh，折合发电煤耗率相应下降了7.3 g/ kWh，改造取得了良好的效果。

6 结束语

该发电公司针对4号汽轮机高压缸效率低和通流漏气量大的问题进行了技术改造，汽轮机缸效得到了显著提升，密封性得到显著改造。从改造效果看，在发电煤耗下降7.3 g/kWh的情况下，按4号汽轮机年发电量30亿度计算，每年可节约标准煤21 900 t；按目前市场价标准烧煤单价500元/t计算，每年可节约1 095万元。实践表明：在发电机组上进行汽封改造具有十分可观的经济效益，值得在同类型机组中进行推广。

2014-01-29。

蒲树晨(1973-)，男，高级工程师，主要从事火电厂汽轮机检修技术管理工作，email：ybspshch@126.com。

宋志杰(1962-)，男，工程师，主要从事火电厂检修管理工作。

刘云富(1967-)，男，技师，主要从事火电厂汽轮机检修工作。

孙德焰(1973-)，男，技师，主要从事火电厂汽轮机运行工作。

吉如钢(1968-)，男，技师，主要从事火电厂汽轮机检修工作。