淺析非標60 MW供熱汽輪機組汽封環及油擋結構的改造

摘 要：山東華魯恒升化工股份有限公司雙抽60 MW機組系武漢汽輪機廠生產的第一臺帶較大抽汽量兩級調整抽汽汽輪機組，該機組自投入運行以來，因設計、安裝、設備及操作等眾多因素的影響，導致該機存在一些較大的設備缺陷，造成該機多次停機，嚴重的影響了該機組安全與經濟運行。后來本機組經過大修及局部改造后機組運行情況有了較大的改善。文章論述了此機組從投運后密封系統出現的主要缺陷及結構改造方法。

關鍵詞：汽輪機；結構；密封；改造

中圖分類號：TK264.11 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）20-0100-03

1 汽輪機的結構與性能

①CC60－8.83/3.82/0.9型汽輪機為高壓單缸、沖動、雙抽汽凝汽式汽輪機，具有兩級調節抽汽，通過剛性聯軸器（中間聯軸器）直接帶動發電機。

②工業中壓調整抽汽應力為3.82 MPa·a，在第二壓力級后抽出，由中壓提板式噴嘴組調節。中壓噴嘴組裝在中間蒸汽室中，由中壓油動機控制。中壓油動機的控制訊號由電液轉換器輸入。工業低壓調整抽汽壓力為0.9 MPa·a，在第八壓力級后抽出，由旋轉隔板控制。

③本汽輪機機組有七段抽汽口，抽汽口的位置分別在2、3、5、8、10、12、15級后。除第2、8級后的抽汽口為工業抽汽外，其余抽汽口均為回熱抽汽。

2 汽輪機發電機組運行中的缺陷及改造方法

2.1 高壓汽封漏汽管道改造

此機組運行中，高壓汽封漏汽嚴重，造成軸承箱內進汽嚴重，使油中帶水，造成油質乳化，調節部套銹蝕，影響了機組安全運行。一般情況下，汽封漏氣主要有兩方面原因，一是汽封間隙較大，二是汽封撤汽系統撤汽不通暢，此汽封系統前汽封撤汽為五段撤汽，第一段撤至＃2高加，第二段撤至＃2低加，第三段撤至＃3低加，第四段撤至均壓箱，第五段撤至軸封加熱器；因負脹差原因，撤至＃2＃3低加的蒸汽，改為撤至＃1＃2低加，因＃1低加汽側工作壓力較高，造成撤至＃1低加的汽封撤汽不通暢，為了減小汽封撤汽的阻力，我們對汽封管路進行了第二次修改，把撤至＃3低加的蒸汽通過主蒸汽管道的凝疏管道撤至凝結器，并且利用了凝結器喉部的減溫減壓裝置，以降低蒸汽的溫度和壓力，保證凝結器正常工作。

2.2 汽封結構改造

現代的火力發電廠汽輪機汽封普遍采用梳齒式迷宮汽封，其密封原理是齒與轉子間形成的一系列節流間隙，與膨脹空腔；使通過的工作介質產生節流與熱力學效應而達到密封的效果。大修中經過測量汽封間隙，發現間隙值沒有超標，（廠家規定間隙值為0.45～0.60 mm），測量的間隙值為0.55 mm左右。為了在汽封結構方面取得一些突破，經過考察我們采用了6圈由北京藍愛迪公司生產的蜂窩式汽封，高壓汽封第一級1、2、3、道，第三級第1道，低壓汽封1、3道，更換為可調式蜂窩汽封環。這種蜂窩汽封是源于航天密封工藝其密封效應是迷宮效應和蜂窩效應的綜合組成，蜂窩汽封是由內孔表面為蜂窩形狀的六邊形小蜂窩孔組成。其芯格尺寸為0.8～6 mm，板厚0.05～0.2 mm，蜂窩深度為1.6～6 mm，材料為鎳基高溫合金材質。芯格尺寸越小，板材越薄。蜂窩帶與汽封圈是利用高溫真空釬焊焊接在一起。主要設計思想是在原疏齒結構中，保留高齒，在低齒地方用蜂窩帶填滿，該結構有以下特點：

①高齒依然保留，起節流密封效果，而氣流經節流降壓后進入蜂窩區，進一步加大密封效果，兩種密封技術綜合應用，從而達到密封的效果。

②在設計中，蜂窩帶加工成比原來的低齒高出一部分，即軸先同蜂窩接觸而不同高齒接觸，從而保護軸不被磨損（如圖1、2、3所示）。

2.3 改造后效果

改造完畢，開機試運行，汽封漏汽問題有了較大的改善，一段汽封撤汽往＃2高加撤，二段往＃＃2低加撤，＃3段經凝疏管往凝結器撤，四五段分別撤至均壓箱及汽封加熱器。汽封漏汽得到了控制。

2.4 ＃1＃2軸承油擋滲油現象分析

運行中，汽輪機#1#2軸承油擋有滲油現象，油擋采用四道銅齒結構密封，縮小了油擋間隙后，未起很大作用，經過考察采用了浮環式蜂窩油擋，效果較好，從根本上解決了滲油問題。

2.5 浮環式蜂窩油擋密封原理

①氣膜效應。由于軸系的高速旋轉，在軸的表面產生強烈氣流，氣流以螺旋方式向前竄動，在經過蜂窩帶時，在蜂窩帶無數的六角小網格中形成無數道氣旋，同時，軸系的高速旋轉表面垂直切割氣旋，在軸與內環蜂窩帶之間形成一層剛性氣膜，高效的阻止了潤滑油的外漏以及蒸汽的流入。另外，由于這些氣旋、氣膜的存在，使軸與軸承座之間形成軟性支撐，可有效提高轉軸的穩定性，使軸的振動進一步降低。

②吸附效應。蜂窩帶上有許多網格，對油有強烈的吸附作用，當漏出油經過蜂窩帶時，即使軸和蜂窩帶之間有一定的間隙，油在高速離心力作用下，落入一個個蜂窩帶的陷阱，這些“陷阱”使漏油有進無出，在蜂窩帶后設計了寬敞的空間，同時，強烈的氣旋以及渦流將吸附的流體導入后回油腔中，在流入油箱，達到了密封的效果。另外，蜂窩油擋的網格狀面整體的特點，使密封有效面積明顯增大，任何一個蜂窩孔就是一個密封陣地，密封效率大大提高。因此，蜂窩油擋集合是堵和疏兩項密封原理完美的結合，可以充分利用有效的面積對油進行全面吸收，進而起到無泄漏效果。

③摩阻效應。鑲在內環表面的蜂窩帶形如無數個迷宮，泄露流液在迷宮中流動時，因液體粘性而產生摩擦是流速減慢流量減小。

④渦流效應。流體經過軸與蜂窩帶之間的很小間隙時，在轉軸的高速旋轉下，流體在無數個六角小網格中形成渦流，摩擦阻尼加大，且將流體外漏的速度轉還為旋轉的速度，從而減小了流體流動能量，減小了泄露量，增強了密封效果。

⑤傳統梳式密封效應。在結構空間允許的情況下，設計內（外）齒片，形成梳式密封，80％的外漏流體讓內齒片擋回，少量外漏流體讓外齒片擋回，從而做到了零泄漏。

此油擋采用后效果很好，解決了油擋漏油的缺陷（如圖4）。

2.6 發電機#3#4軸承負壓側油擋改造

發電機#3#4軸承與發電機靜子為一體式結構，這樣發電機兩側軸承的外端為正壓運行，另一側由于發電機轉子風道的抽吸作用，為負壓運行；此油擋結構采用的為浮環油檔，由于油擋與軸之間有間隙，再加上轉子轉動中風的抽吸作用，轉子兩端表面漏滿了油，嚴重影響了轉子的絕緣。經過研究決定采用接觸式油擋，該類油檔安裝在發電機軸承外，油檔位置、外形尺寸均保持原端蓋外形基本不變。這種接觸式油擋的密封齒與轉軸表面接觸，形成無間隙運行；其密封齒沿圓周為多等分結構，每瓣均能與軸形成徑向跟蹤，徑向前進量1 mm，后退量2.5 mm，因此在轉軸偏心運行時，也可以自動跟蹤，實現無間隙運行；油檔與轉軸接觸材料采用特種復合材料，具有自潤滑特性；油擋在運行中不損傷轉軸，不引起轉軸振動及軸溫升高。

另外，在發電機鼓風通道正壓側對風道進行改造，在油擋間通入正壓風，抵消負壓風抽吸的影響，防止油外漏。改造后運行效果良好，消除了漏油現象。

3 結 語

雖然該機組自投入運行以來，出現了一些較大的設備缺陷，造成該機多次停機，嚴重的影響了該機組安全與經濟運行。但經過我公司廣大員工的共同努力，對該機組進行了大修及改造，基本使該機組達到穩定運行的狀態。

參考文獻：

[1] 翦天聰.汽輪機原理[M].北京:中國電力出版社，1998.

[2] 鄭體寬.熱力發電廠[M].北京:中國電力出版社，1998.

[3] 施維新.汽輪發電機組振動及事故[M].北京:中國電力出版社，1999.

[4] 山西省電力工業局.汽輪機設備檢修[M].北京:中國電力出版社，2000.