《汽轮机低压缸轴封改造》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽轮机低压缸轴封改造（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、汽轮机低压缸轴封改造华电国际交流材料汽封是汽轮机关键零部件之一，其性能的优劣，不仅影响机组的经济性，而且影响机组 可靠性，已越来越受到人们的关注。近年来，随着汽轮机设计制造技术的不断提高以及国外 先进技术的引进，已出现了布莱登可调汽封、蜂窝汽封、接触式汽封、刷子汽封等新型的汽 封结构型式，改善了汽封的性能，为机组的安全经济运行提供了新的保障。从保证机组经济 性而言，要求汽封的漏汽量越少越好，也即汽封间隙越小越好；从保证机组运行安全而言， 要求汽封在各种状态下，不和转子发生摩擦导致转子产生弯曲造成振动。因此，在汽封选择 时，应对安全和经济性要求综合加以考虑，以满足机组启动（冷、温及热态）、运行及
2、停机（紧 急、正常）等各种工况的要求。长期以来，我公司#1、#2 机组真空严密性不合格的问题一直 困扰着我们，汽轮机凝汽器真空系统严密性的好坏影响着汽轮机凝汽器真空，从而影响汽轮 机的经济性。目前多数机组都达不到汽轮机严密性标准（小于 0.4KPa/min） 。造成真空系统 漏气的原因很多，主要有:系统管道、容器的焊缝开裂，系统阀门不严，高压缸前汽封、排 汽缸前后汽封漏气等。为保证有较好的严密性，在机组检修中都采用各种方法进行真空系统 查漏堵漏，如凝汽器及系统注水查漏,调整汽封间隙等。对于查漏堵漏工作，只要细心一般 都能消除漏点，达到设备及系统本身严密性的要求。而汽封的漏气问题还不能从根本上解
3、决， 为此我们决定在#2 机组大修工作中对低压缸汽封进行改造，采用新型的汽封形式对原结构 形式的汽封进行改进，已期消除汽封漏汽，提高机组的真空严密性。一、设备现状：我公司低压缸轴封应用的汽封形式为铜齿迷宫式平齿汽封，在实际应用 中我们发现如下不足：1、机组梳齿汽封圈与转子径向间隙偏大，而梳齿式汽封颈部轴向间隙较小，由于蒸汽 品质或运行时间久易造成汽封卡涩。从而使汽封在较大的径向间隙下运行，造成汽封泄漏量 加大。2、当按制造厂家设定的密封间隙进行汽封调整时，由于该密封间隙只是理想的状况， 转子启动后轴封间隙还要受到诸多因素的影响，例如：空扣和全扣缸紧螺栓后；预留张口后、 高低差联轴器联接完成后；
4、油膜厚度，轴心位置；排汽缸真空和凝汽器注水前后对汽封间隙 的影响；汽缸膨胀偏差对汽封间隙的影响；机组在启停通过临界转速时，转子的振动幅度较 大，汽封齿与轴发生动静干涉和磨损，对汽封间隙的变化影响。因此即使按照制造厂提供的数值在半实缸状态下找好了汽封间隙，也会由于上述的原因致使汽封间隙变大，从而造成泄 漏。3、由于原汽封圈没有在汽封环进汽侧中心部分加工进汽槽道，这样在机组启动中由于 蒸汽压差的作用，使高压蒸汽通过时汽封与转子轴压力大于汽封环背部弹簧压力，就会将汽 封圈顶起，使径向间隙远远大于设计值。4、机组经过一段时间运行以后，汽封块的铜齿与转轴之间的间隙变大，运行中为了维 持真空，必须增加低压
5、汽封的进汽量造成低缸漏汽增大，漏出的蒸汽顺转子进入轴承，使润 滑油油中带水，危及机组的安全运行。二、考虑采用的汽封形式：2.1蜂窝汽封 这种汽封是根据蜂窝状阻汽原理设计的，在结构上是由厚为0.05-0.10mm 的海斯特(Hasttelloy-X)高温合金制成正六边形的蜂窝状，由六边形小蜂窝孔组成，其中 六边形蜂窝孔的对边距离为0.8-6mm，蜂窝深度为1.6-6mm以取代梳齿式密封的梳齿，具有 耐磨损、不伤轴、寿命长、密封效果好等优点。其密封机理是这种蜂窝状结构能产生很强的 涡流和屏障，从而形成很大的阻尼而达到阻止工质泄漏的密封效果。由于轴系的高速旋转， 使气流成螺旋方式向前流动，在特殊气流
6、流经蜂窝带时，被蜂窝带上的无数六角网格所分解， 被分解的气流在网格的微小空间形成一气柱，此气柱的“刚度”随着螺旋气流的强弱而强弱。 这样，在轴与蜂窝带形成若干道气帘，这些气帘可以高效地阻止蒸汽的向外流动。另外，正 是由于这些“气柱”的存在，使轴与气缸壳体之间架起了一道道软性的支撑，其可有效地提 高轴的稳定性，使轴的振动进一步降低。由于蜂窝的边很薄即使与转子发生擦碰，也不会损 坏转子和引起转子的弯曲，(现在东汽普遍采用的铁素体汽封也具备这一特点，铁素体汽封 齿采用日本进口的KT5314材料，经特殊热处理后，其金相组织为100%铁素体。这种材料 因具有即使淬火，也不会被淬硬的特点，所以用作汽封齿可
7、以采用较小的间隙。据我们了解， 东汽正在考虑用铁素体汽封实现接触式汽封的可能性)。在电力行业，蜂窝汽封主要安装在 汽轮机低压缸的末级叶片的顶部密封上，不仅可以提高效率，而且用蜂窝的网孔可以吸附水 滴，从而有效除湿、保护叶片。经我们了解部分上汽产超临界机组低压缸末两级叶顶汽封很 多已经改为蜂窝汽封，其不足之处是易于结垢。由于蜂窝汽封允许在高压降下应用且不增加 密封的尺寸，在最小的材料质量下能保证密封具有最大的强度，因此近几年出现了用蜂窝汽封将不可调的叶顶铁素体汽封改造为可以调整的蜂窝汽封。由于蜂窝汽封也是不可调整汽封 因此当安装间隙大于设计值时密封效果也会出现显著下降，即使在安装时达到设计值，由
8、于 运行中转子的位置、凝汽器真空、油膜的厚度以及和低压转子与发电机转子的相互位置、转 子过临界的影响，也会不可避免的造成密封效果的降低，所以说蜂窝汽封达到理想密封效果 的机率也比较低。2.2 布莱登汽封 布莱登汽封是利用机组内蒸汽压力实现汽封环闭合，他区别于迷宫式 密封，它是一种可调整密封。它取消了传统汽封弧块背部的板弹簧、弹簧，取而代之的是在 每圈汽封弧块端面处，加装了四只螺旋弹簧。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（可以达到3mm）。机组启动时，随着蒸汽流量的增加，作用在每圈汽 封弧块背部的蒸汽压力逐渐增大，当这一压力足以克服弹簧应力、摩擦阻力时，汽封弧块开 始
9、逐渐关闭，直至处于工作状态，并始终保持与转子的最小间隙值运行。停机时，随着蒸汽 流量的减小，在弹簧应力的作用下，汽封弧块远离转子保持最大值。从原理来看，布莱登汽 封可以避免开停机状态下与转子碰磨造成汽封间隙的增大。从实际应用情况来看，据我们了 解，上汽机组超临界60 万、66 万千瓦机组在高压缸平衡活塞处的汽封就是采用的布莱登汽 封。从布莱登汽封的密封原理来看，起停机及机组甩负荷或长时间低负荷运行、机组未并网 保持 3000转/分运行等蒸汽压力下降的情况下，其汽封间隙会自动加大，这样，如果低压缸 轴封采用布莱登汽封，开停机时由于间隙的增大，外在的冷气容易通过轴端进入汽缸影响机 组胀差，很难保证
10、密封效果。据我们了解河南三门峡电厂就曾发生过热态启动时和机组维持 3000r/min 消缺时，高压缸夹层进凉汽和低压缸漏空的现象。所以我们认为汽轮机轴端汽封 特别是最外面的三段汽封环不宜采用布莱登式可调汽封，由于此处的汽封压力已经很低，如 果采用布莱登汽封其闭合压力对应的机组负荷可能较高，这样会出现机组负荷较低时汽封不 闭合反而漏气更大。另外如果最外端的汽封环采用布莱登汽封那么在上述工况下，污物和油 将被吸人密封系统。如果轴端第二段汽封环改成可调汽封，将允许密封蒸汽被吸人汽封抽汽 系统。如果轴端第三段汽封采用可调式汽封，则很难保蒸汽密封联箱（均压箱）的压力。从布 莱登式可调汽封运行的经验来看，
11、目前布莱登式可调汽封确实可以不同程度地提高机组的热 率，最高可达1%2%,但是同时也存在两个方面的问题：一是布莱登式可调汽封经过长 时间的运行后，常常发生锈死，导致汽封不可调。二是布莱登式可调汽封经过长时间的运行 后其弹簧常常在蒸汽高温的作用下发生塑性变形，导致在汽轮机负荷减小后布莱登式可调汽 封不能够自动进人完全开启状态。但现在由于科技的进步，以上两个原因已经部分获得解决。2.3 接触式汽封 接触式汽封有下列特点：接触汽封属于可磨汽封：这种接触式汽封的前提条件是与转轴接触。接触式汽封的接触 齿按圆周方向等分成若干偶数等份，每一等份均能径向前进和后退，灵敏度高，前进量径向 单边为0.1-0.5
12、mm或预留设计间隙，后退量径向单边为2.5mm，灵敏度高，能够有效补偿在 运行中的磨损量，使汽封与转轴之间连续不间断地接触，保证接触式汽封的接触齿和转轴之 间在任何工况下零间隙运行。精确的限位能有效地限制接触齿的进给量，使接触齿有效的与 转轴之间减少摩损保持预定间隙运行。由于接触齿自动跟踪转轴摆动，自动补偿及可退让功能，一旦发生碰磨其灵活的退让结 构可使碰磨消失后自动恢复安装间隙。由于接触齿的材料特殊性即使和转轴碰磨也不会引起 转轴发热，磨轴现象。接触齿的复位采用特殊的弹簧结构及弹簧材料，弹簧选用进口高温高 弹合金，耐温可达750C。另外由于接触齿汽封是一种可与任何传统汽封相结合的汽封形式,
13、它可以将传统汽封、蜂窝汽封稍加改动后进行安装，因此它的应用广泛。据我们了解目前接 触式汽封在小机组上已经大量应用，而在东汽产30万千瓦机组上云南宣威电厂改造的比较 多也比较早，他们除了将轴封改造为接触式轴封外，还将低压侧叶顶汽封改造为接触式轴封， 改造效果不错。除了接触式汽封外，目前一些机组还进行了接触式油档的改进。从目前我们掌握的情况看接触式汽封由于接触齿和转轴接触，因此它对开机的要求相对 高一些，开机时间比正常汽封时间稍长，但这可以通过合理的设计接触齿的间隙来减少开机 的时间。2.4刷子汽封刷式汽封主要有两种专利密封结构，一种将鬃毛组件与侧板焊接在一起，另一种将鬃毛 包裹在一根金属丝上，然
14、后夹紧固定在前后板之间的一个环形管内。刷式汽封的鬃毛径向向 内伸展，将其末端加工以适合转子表面，为了适应转子的径向运动，鬃毛沿轴旋转方向布置 成 450。当受热时，鬃毛与转子表面轻微软接触，其弹性使其追踪转子的径向偏移，在下游 侧，后板限制鬃毛因压力导致的挠曲；当冷态时，鬃毛的尖端刚离开转子并且其间隙恰好适合在运行中通过热膨胀压力闭合。转子与后板之间的间隙是确定刷式汽封承压能力的一个关 键参数，此间隙需要尽量减小，但又以在任何运行条件下避免接触转子为准。文献表明，刷 式汽封可有效地减少蒸汽的泄漏量，提高机组的热效率，大幅减小汽轮机径向支持轴承间的 轴向长度；汽封的轴向长度和重量远小于迷宫汽封，
15、结构紧凑、泄漏量小、可靠性高、寿命 长、改造变动小和维护费用低。但从目前的应用情况来看，山东有的电厂应用过刷式汽封， 但应用的部位为高中压间汽封，没有达到改造的效果。有资料表明，刷式汽封间隙为 0.5-1.2mm 时能够保证汽轮机的安全稳定运行，由于此间隙已经落在了传统汽封间隙的范围 内，因此对它的密封效果还有不少人持怀疑态度，另外有资料表明现在刷式汽封还没有彻底 解决掉毛问题。三、改造方案：在改造前我们到国电大同电厂进行了收资，大同电厂改造的#1 机组为东方汽轮机厂产N200-12.7/535/535超高压中间再热三缸三排汽湿冷凝汽式汽轮发电机组，在2006年4月 份进行了接触式轴封改造工作
16、，改造范围为：高压缸前后汽封套29 圈改造18 圈，中压前后 汽封套改造10圈。低压前后汽封套6圈改造4圈。在汽封圈改造时，他们针对每一级设计 不同的接触齿间隙标准，最大的调整紧力标准为0.200.05mm，最小的调整为接触。由于他 们在#2机组的轴封改造中将接触齿调整为0.30mm的间隙，现场看密封效果较差。因此他们 吸取经验在#1 机组改造中将轴封间隙调整为紧力状态。机组启动后一切正常，没有发生启 动困难的现象。2006年5月16大同二电厂热试组对#1机组大修后进行了热力特性试验，汽 机效率较大修提高1.2%，真空严密性由修前的0.49kpa/min,提高为修后0.18kpa/min。通过接触式汽封改造的收资，对采用接触式轴封所造成的开机困难我们有充分的了解和 认识，因此我们认为低压缸改接触式轴封可以满足我们的改造要求。3.1 改造方案在不改变原汽封相对位置及外形尺寸的基础上进行，采用接触式斜平齿汽 封进行改造。3.2 根据机组特点，有针对性的将轴封沿气流方向开有压力平
