汽轮机转子轴封汽封的修复改造技术研究

2022-08-24姜迎春孔令佳

现代制造技术与装备 2022年7期

姜迎春孔令佳

（新矿内蒙古能源有限责任公司，鄂尔多斯 016217）

1 汽轮机转子轴封汽封的作用

1.1 轴封的作用

轴封是轴端汽封的简称。在研究汽轮机转子轴封的过程中，研究人员发现它是汽轮机的大轴从汽缸两端穿出处的一种汽封，具体操作如图1所示。轴封的目的包括两部分：一是防止汽轮机在高压区段出现蒸汽外泄的问题，使得进入汽轮机的全部蒸汽都沿着汽轮机的叶珊通道做功，显著提高汽轮机的效率；二是防止真空区段中出现汽轮机外侧的空气流向汽轮机内部的问题，更好地确保汽轮机组具备优质的真空，以降低汽轮机的背压，提高汽轮机的做功效率[1]。

1.2 汽封的作用

汽轮机转子中心的运行轨迹呈椭圆形。当汽轮机的转速达到一定的临界情况时，转子的位移和振动值会出现超过转子密封间隙的现象，导致转子和汽封的

密封齿产生摩擦。这种现象会导致汽封齿被快速磨掉，出现密封间隙变大、汽轮机转子或者轴颈出现磨损等情况。另外，因转子局部摩擦导致大轴弯曲不能正常

做功，会引发汽轮机发生较为严重的安全事故。例如，电子厂在汽封时会扩大汽封间隙，以牺牲经济利益为代价确保机组的安全。

2 汽轮机转子轴封汽封的修复改造技术

2.1 传统的齿轮汽封

传统的齿轮汽封密封效果较差，受到严重的能量损失会存在大量的蒸汽外漏和级间内漏等问题。另外，当传统的齿轮汽封转速达到临界值时会产生剧烈的振动，导致已经调好的间隙被破坏，增大泄漏间隙。所以，设计齿轮汽封密封时经常会使用多加密封圈数或适量增大密封间隙等方式。但是，运行一段时间后，机组的启动和停机等操作会导致汽封出现严重的磨损、间隙和漏气量变大等问题，降低了机组效率，难以保证机组工作的安全[2]。

2.2 新式的齿轮汽封

2.2.1 蜂窝汽封

蜂窝汽封是在传统汽封的齿部基础上使用蜂窝带，主要成分是海斯特镍合金，其中芯格的尺寸越小，板材会越薄。蜂窝带具有质地较软的优点，不会损伤所接触的轴颈表面。通过实验和理论分析，借助蜂窝带的表面积大和水吸附能力较强等优点，将蜂窝带处于低压缸末级和次末级的叶顶部位进行动叶的水侵蚀，取得了显著效果。但是，这种方式并没有解决机组启动和停机过程中存在的振动较大问题，依旧会导致汽封和转子出现碰撞和磨损等现象。另外，机组启动和停机次数的增多还会不断增加磨损量。

2.2.2 布莱登汽封

布莱登汽封取消了传统汽封背部的板式弹簧，而在汽封端部加设4只螺旋弹簧，使得汽轮在停机时汽封在弹簧的作用下呈现张开状态，这时汽封和转子的间隙最大。当启动汽轮机时，蒸汽先进到缸中，受蒸汽进汽侧与出汽侧压力差的影响，汽封出汽侧的脖颈会和汽封槽道闭合，使得汽封背部和汽封槽道中出现封闭的“腔室”，导致蒸汽沿着气槽进入其中。汽轮机部分蒸汽进入量的增加会对汽封弧段背部的关闭力产生作用，进而作用于汽封齿侧的开启力和摩擦力，促使汽封弧块在关闭力作用下呈现逐级关闭的状态，以达到汽封块封闭的目的，这时汽封齿和转子的径向间隙值最小。当机组停机时，因蒸汽量的减少导致作用力减少。当蒸汽流量减少到3%～30%时，开启力的作用会使各个汽封块呈现张开状态，且距离转子较远，使得两者之间的径向间隙呈现最大值状态。这时的最大值是汽封退让和机组正常运行时的汽封径向间隙的综合，其中汽封退让的间隙为1.8～2.0 mm。因此，布莱登汽封可借助汽封弧段控制机组的开关。另外，机组在启动和停机过程中，布莱登汽封方式可调节转子和汽封径向间隙，减少汽封和转子之间的碰撞，使得汽封和转子的间隙在运行过程中保持最小值，有效提高了经济效益[3]。

2.2.3 测齿汽封

测齿汽封的原理和传统的齿轮汽封一致，在齿根部设计F齿和测齿。这种密封方式的节流膨胀效果显著，具有较好的密封性。但是，机组启动和启动过临界转速时容易出现磨损以及磨损量不断增加等问题，降低了汽轮机的工作效率[4]。

2.2.4 刷式汽封

刷式汽封存在刷毛掉落的安全问题，所以国内厂家很少应用。

3 汽轮机转子轴封汽封的修复改造技术的解决措施

3.1 拆卸轴封壳体和汽轴封

机组吊开大盖后，需要使用没有固定的销饼和压板拆卸。拔出锥销，卸开制动垫圈，结合螺栓进行拆卸。吊出各个轴封壳体的上半部，检查平面有无漏气的痕迹、转子上汽封段的磨损情况、动静部分相对的轴向位置是否正确、下缸轴封壳体径轴是否松动等。吊出上下轴封壳体后，需要进行以下操作：首先，加固汽封块后，拆下固定的销饼和压板；其次，沿汽轴封套箍槽去除相应的汽封块，同时标记拆下的汽封块和弹簧片；再次，缠上白沙绑带柱后，将其放置于专用的汽轴封箱；最后，拆卸隔板汽封、前汽封和后汽封。如果在拆卸过程中遇到锈死难拆卸的情况，需要使用毛竹片和榔头拆卸，或者使用10～12 mm的细铜棒将其弯成圆弧形，顶着汽封块的断面，使用榔头将汽封块打出[5]。

3.2 拆卸清理检查的汽封块

在检查和拆卸汽封块的过程中，汽封块上垫铝板后，先使用小锤轻轻击打直至其自由停止，再用手拉出汽封块，借助沙皮、碎轮砂片以及钢丝刷等工具清理汽封块、外壳的窝槽以及其他零件，并检查弹簧片的弹性情况、变形情况以及断裂情况等。若压板螺栓出现回松，则需要配齐并检查压块的平头螺钉。为了提高调整效果，需要清理后再扳紧。检查各轴封壳体上轴向调整环、水平面中分面的螺栓、水平结合面的弥合情况，必要时进行修复，整理所有的汽封块，测量调整轴封壳体的洼窝中心。

3.3 检查、修复以及清理汽封轴封

检查汽封轴封是指检查汽封套、汽封套箍、隔板汽封凹槽、汽封块、弹簧片是否出现泥垢、锈蚀、裂纹、折断、弯曲以及变形与毛刺等问题，可防止汽封套箍出现松晃的情况，使其符合制造厂的相关规定。如果出现固定销钉的情况，需要确保位置的合理性，并检查弹簧片，减少弹簧片和卡槽出现卡涩的现象。研究人员首先需要纱布打磨存在污垢和锈蚀的汽封块、汽封套、汽封套箍、隔板汽封凹槽以及弹簧片等，其次上黑铅粉防止再次产生锈蚀，同时需要检查高压气缸和隔板套，测量并调整汽轴封的径向间隙，最后更换变形严重的磨损部件等。通过以上操作进行装复，以恢复机组的正常工作。

3.4 装复轴封汽封

完成所有检修清理工作后，需要擦拭轴封壳体各个洼窝凹槽和汽封块使用的干黑铅粉，安装原本的标记并进行组装。需要注意，要以保证汽封块和弹簧片的完整性为主，确保组装的方向正确。装复下半只后，需要使用压缩空气进行吹净，再检查吊汽缸和转子无误后将上半只装好，检查没有失误后盖上后盖，最后使用固定销饼和压板使其不高于水平结合面。汽封块需要用手自由地压入和自动的弹回。没有弹簧片固定的镶装式汽封块不能出现松动现象。全部装复后，需要检查盘动转子是否存在摩擦。

3.5 控制汽封轴封检修的质量标准

装复机组的过程中，需要严格按照季风检修的标准执行相关操作。首先，确保转子轴封段的阻汽凸缘和汽封块的长齿无轴向碰擦的痕迹，中分面压板上没有过度膨胀导致的硬印，轴封壳体不存在裂纹和变形、结合面密封泄露等问题。其次，螺栓紧固时不能塞进0.03 mm的塞尺，保证接触面在60%以上。再次，若想汽封块不存在裂纹和严重磨损、剥落齿尖锐利、毛刺倒状等问题，需要维持弹簧的性能，确保其不存在裂纹和异常变形、压板螺栓和调整块平头螺钉断裂滑牙等情况。最后，汽封的径向间隙需满足要求，前后轴封为0.4～0.6 mm，隔板汽封为0.4～0.7 mm，轴封壳体和气缸洼窝的配合轴向间隙为0.10～0.15 mm。