超臨界650 MW汽輪機采用DAS汽封的技術(shù)改造

徐傳堂，姜 濤

(1.華潤電力(常熟)有限公司，江蘇蘇州215536；2.廣西防城港核電有限公司，廣西防城港538000)

華潤電力（常熟）有限公司汽輪機為東方汽輪機廠引進日立技術(shù)生產(chǎn)制造的超臨界壓力機組，型號為CLN600-24.2/538/566，是典型的超臨界、一次中間再熱、單軸、三缸四排汽、雙背壓、純凝汽式汽輪機。該機組2005年6月投產(chǎn)運行，于2012年10月1日進行第二次大修。為提高機組運行經(jīng)濟性，根據(jù)機組實際運行情況，結(jié)合國內(nèi)機組汽封改造經(jīng)驗，將汽輪機高中、低壓缸隔板汽封由原來的梳齒式迷宮汽封改為DAS汽封。結(jié)果表明，改造后汽輪機汽耗損失減少，在額定工況下汽輪機汽耗率降低了125.82 kJ/（kW·h）。

1汽輪機通流部分與現(xiàn)狀

高中壓缸合缸、2個低壓缸都是雙層缸結(jié)構(gòu)，高壓缸共有8級，中壓缸共有6級，低壓缸共有4×7級，全機共有42級；高中壓缸采用單流程、雙層缸、水平中分結(jié)構(gòu)，外缸為上貓爪支撐形式，上下缸之間采用螺栓連接。高中壓內(nèi)缸之間設(shè)置有分缸隔板，在高中壓外缸兩端及高中壓內(nèi)缸之間設(shè)置有軸端密封裝置，在高中壓外缸和軸承座之間設(shè)置有擋油環(huán)；汽輪機的通流部分主要由各個級的通流部件和進、排汽部分組成，它包括調(diào)節(jié)閥、噴嘴汽室的噴嘴、隔板靜葉及動葉柵等部件，是汽輪機完成能量轉(zhuǎn)換的核心部件。

低壓缸的通流部分，共有2×2×7級，2個低壓缸完全相同，都是由內(nèi)缸、外缸、隔板（隔板套）和轉(zhuǎn)子等部件組成，蒸汽沿中心線方向引入，經(jīng)環(huán)形進汽室，均勻進入兩側(cè)的通流部分做功。為保證蒸汽在每一級中能自由膨脹，避免動靜部分的摩擦，動靜部分設(shè)置了一定的間隙，為了減少漏汽，在轉(zhuǎn)子圍帶和隔板之間，葉片圍帶和隔板之間均設(shè)置了汽封裝置。

大修前經(jīng)江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院測定，在額定工況下，修正后汽機汽耗為 8 071.68 kJ/（kW·h），與同等級汽輪機相比，機組汽耗損失較大。

高中、低壓缸隔板汽封和軸端汽封采用傳統(tǒng)的梳齒式迷宮汽封，又稱曲徑汽封。汽封背部有板彈簧，其工作原理：在合金鋼環(huán)體上車制出一連串較薄的薄片，每一個扼流圈后一個膨脹室，當蒸汽通過時，速度加快，在膨脹室蒸汽的動能變化為熱能，壓力降低，比容增大，依此類推，在蒸汽通過多個扼流圈時，其每個扼流圈的前后壓差就很小，汽封泄漏量就降低很多。梳齒式迷宮如圖1所示。

圖1梳齒式迷宮汽封

由于梳齒汽封的本身特點，汽封間隙設(shè)計偏大，梳齒密封要想密封效果好又要安全穩(wěn)定地運行，必須滿足3個條件：（1）汽封齒端部厚度盡可能小；（2）密封腔室盡可能多；（3）安裝間隙盡可能小。前2個條件因汽封材料、工藝和汽輪機設(shè)計等諸多因素的限制和影響，很難再有突破。一方面，若減小間隙，在機組啟、停過程中就會使轉(zhuǎn)子與汽封發(fā)生碰磨，導(dǎo)致汽封磨損，增大了轉(zhuǎn)子與汽封徑向間隙（縱使機組在檢修過程中將轉(zhuǎn)子與汽封的徑向間隙調(diào)整到了最佳值，但經(jīng)過幾次啟停后，汽封仍被磨損）；另一方面，為了機組的安全起見，專業(yè)人員常常把間隙人為地放大，導(dǎo)致梳齒汽封泄漏量較大，也是造成機組經(jīng)濟性差的原因。

檢修前，高中、低壓缸汽封徑向間隙值（設(shè)計值）均偏大,DAS汽封改造實施后，隔板汽封間隙相對減少，有利于減低汽輪機的汽耗損失，檢修前高中、低壓缸汽封徑向間隙值具體為：高壓第2～8級隔板汽封的上下、左右間隙均為1.3 mm；中壓第1～3級隔板汽封的上下間隙為1.3 mm，左右間隙為1.5 mm；中壓第4～6級隔板汽封的上下間隙為1.3 mm,左右間隙為1.5 mm；低壓所有隔板汽封上下最小間隙為1.6 mm,左右最小間隙為1.8 mm；低壓軸封（4號～7號）的上、下、左、右間隙分別為0.97 mm，0.57 mm，0.57 mm，0.97 mm。

2改造方案與DAS汽封工作原理

2.1 DAS汽封改造方案

2號機組高中壓缸全部隔板汽封、高中壓缸過橋汽封及低壓缸全部隔板汽封改為DAS汽封。此外動葉頂部阻汽片（葉頂汽封齒）因長時間運行發(fā)生磨損導(dǎo)致間隙偏大，利用此次大修機會全部更換并重新調(diào)整間隙，更換的汽封包括高壓2～8級隔板汽封、中壓1～6級隔板汽封、2號軸封的1～4段汽封、A，B低壓2～7級隔板汽封。總計41圈汽封改為東汽DAS汽封。

DAS汽封安裝方便，在原來的隔板和汽封槽道上安裝調(diào)整即可，不需加工槽道寬度，每一塊汽封塊后面用3個支柱型彈簧支撐，測量和調(diào)整汽封齒上下間隙同樣采用傳統(tǒng)的貼膠布或壓鉛絲法即可，左右間隙用塞尺。高、中壓缸以及低壓葉頂汽封，依據(jù)汽機解體后測量其間隙是否超標酌情更換。DAS汽封改造的高、中壓隔板及部分軸封汽封圈徑向汽封間隙記錄，A，B低壓隔板汽封徑向間隙值，A，B低壓軸封徑向間隙如表1—3所示。高中壓隔板、軸封汽封間隙如圖2所示。A，B低壓隔板汽封徑向間隙如圖3所示。

從表1—3可以看出：高壓第2～8級隔板汽封，在DAS汽封改造后，DAS汽封上下、左右設(shè)計間隙分別減少了0.43 mm和1.05 mm；中壓第1～3級隔板汽封，在DAS汽封改造后，DAS汽封上下、左右設(shè)計間隙分別減少了0.43 mm和1.25 mm；中壓第4～6級隔板汽封，在DAS汽封改造后，DAS汽封上下、左右設(shè)計間隙分別減少了0.43 mm和0.99 mm；低壓六級隔板汽封，在DAS汽封改造后，DAS汽封上下、左右設(shè)計間隙分別至少減少了0.53 mm和1.49 mm；低壓軸封（4號～7號）間隙，在DAS汽封改造后，DAS汽封上、下、左、右設(shè)計間隙分別至少均減少了0.26 mm。

2.2 DAS汽封工作原理

在汽輪機啟、停的過程中，由于過臨界轉(zhuǎn)速的影響，汽封齒有與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦的可能，因間隙B比間隙A小，所以汽封齒1應(yīng)最先與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生碰摩，汽封齒1推動汽封圈退讓，保護了汽封齒2，3不與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦。在汽輪機正常運行時，齒2，3的間隙A可達到設(shè)計值，從而保證了設(shè)計的密封效果。另一方面，由于間隙B比間隙A小，且齒1采用寬齒結(jié)構(gòu)，材料也耐磨，即使與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，其磨損量也非常小，運行時間隙B遠小于間隙A，整個汽封的泄漏量比傳統(tǒng)設(shè)計的汽封泄漏量小，這樣就可解決汽輪機各處汽封蒸汽泄漏量大的問題[1]。

東方DAS汽封通過在各汽封弧段中用2個磨損保護汽封齒（DAS齒）替代2個常規(guī)汽封齒來減少汽封磨損。汽封磨損齒原理如圖4所示。

DSA汽封在東汽600 MW超臨界機組上應(yīng)用是可行和成功的，常規(guī)汽封在一個大修期內(nèi)可能會產(chǎn)生一定磨損，從而引起漏汽量的增加；而DAS汽封則將能夠在一個大修期內(nèi)完全保證汽封間隙始終為設(shè)計值，從而保證漏汽量始終為設(shè)計值。改造后不但提高了機組的安全性，更重要的是提高了機組的經(jīng)濟性，使機組的發(fā)電煤耗有了較大程度的降低，為電廠帶來了可觀的經(jīng)濟性，節(jié)能減排效果明顯。

表1高中壓隔板及部分軸封汽封圈徑向汽封間隙記錄 mm

表2 A，B低壓隔板汽封徑向間隙值 mm

表3 A，B低壓軸封徑向間隙 mm

圖2高中壓隔板、軸封汽封間隙圖示

圖3 A，B低壓隔板汽封徑向間隙值圖示

3改造實施及其注意問題

3.1改造實施

在高中、低壓缸轉(zhuǎn)子中心和洼窩中心確定合格且具備安裝條件的情況下，進行汽封的安裝、間隙測量和調(diào)整工作。即以油檔洼窩作為假軸找中心的依據(jù)，利用假軸調(diào)整低壓內(nèi)、外缸洼窩中心，調(diào)整隔板、軸封套洼窩中心；利用假軸調(diào)整汽封、軸封徑向間隙（用特制的內(nèi)徑千分尺測量汽封至假軸的徑向距離，再與真軸在該處的直徑比較，對照汽封間隙標準計算出調(diào)整量），最后用滾膠布方法測量、調(diào)整汽封、軸封徑向間隙。

圖4汽封磨損齒原理圖

滾膠布方法測量、調(diào)整汽封、軸封徑向間隙時，按規(guī)定的間隙要求，在每塊汽封兩端近15 mm處，貼、并壓緊相應(yīng)層數(shù)的膠帶（常用醫(yī)用膠布，做成7～10 mm寬的帶子，每層一般按0.25 mm計算），在貼膠布前，汽封表面要清理干凈，不能有灰、銹、油，這樣膠布才會貼實，不會翹起，不會出現(xiàn)假間隙，切記要順著轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向粘貼，以免膠布被轉(zhuǎn)子刮掉。當所有汽封塊的膠布都貼好后，吊入轉(zhuǎn)子并在轉(zhuǎn)子上涂少許紅丹粉,通過全實缸滾膠布驗收的方法，在全實缸、低壓內(nèi)外缸汽缸中分面間隙小于0.10 mm的情況下，盤車一周,滾膠布檢查徑向間隙，根據(jù)膠布與轉(zhuǎn)子的接觸情況，分析汽封的實際間隙，在調(diào)整塊和汽封圈之間加減調(diào)整墊片，或修磨汽封圈與調(diào)整塊的結(jié)合面，若阻汽片擋板過高，可在擋板和刷絲之間用插片隔開，再修磨擋板，直至間隙符合要求為止，并做好每次間隙調(diào)整的尺寸記錄。在全實缸條件下，經(jīng)過幾次汽封調(diào)整后（最后少許調(diào)整時，可對汽封背板內(nèi)緣采取“小削大沖”的調(diào)整方法），隔板汽封、軸封徑向間隙合格，待全部汽封裝復(fù)后，打入銷釘，緊固上下隔板螺栓，扣內(nèi)外缸，盤動轉(zhuǎn)子，檢查汽封內(nèi)有無動靜摩擦聲，低壓缸刷式汽封隔板改造位置示例見圖4。最后正式扣缸時，仔細檢查確無工具或其它雜物遺留，用壓縮空氣吹掃隔板、汽封，拆除孔洞封堵，內(nèi)窺鏡檢查，確認夾層、孔洞內(nèi)無雜物遺留后，對刷式汽封進行正式安裝，進行低壓內(nèi)、外缸的正式扣缸。

3.2注意問題

（1）用塞尺測量間隙時，不可用力過大，以免因彈性變形造成測量誤差。（2）貼膠布時，一定要貼的平整、均勻，不可有重疊成翹起現(xiàn)象，膠布的每織間應(yīng)剪斷，以免碰磨時互相影響。（3）轉(zhuǎn)子涂紅丹時，不可太多，以免影響測量精度。（4）測量上半只汽封的徑向間隙時，要注意防止壓板壓出汽封塊，使間隙變大。裝復(fù)時同樣注意，壓板一定要裝好，防止汽封塊轉(zhuǎn)動。（5）測量間隙和裝復(fù)時，均應(yīng)先把汽封塊撬松，以免卡住。（6）汽封塊的墊片要平整，不起皺、卷邊，螺釘要擰緊，墊片不能比汽封塊的調(diào)整塊寬，并且墊片不能過多。（7）加減墊片必須注意螺釘要有一定的擰緊深度 （至少旋入5 mm）。（8）在進行最后一次調(diào)整時，必須將螺釘?shù)捻敳坑脴記_封好，以免松動。（9）挫削汽封塊端面時，要保持平整，不要偏斜。（10）合缸時，應(yīng)注意掛耳接觸面要清潔無雜物。（11）用扁嘴鉗將歪齒夾直，并整理刷毛，直至外觀平直。

4改造效果與分析

大修兩周后，江蘇省電力公司電力科學(xué)研究院做性能試驗。620 MW工況下，修正后機組熱耗率為7 945.86 kJ/（kW·h），相比大修前，降低 125.82 kJ/（kW·h）；高壓缸通流效率（包括門損）較設(shè)計值偏低約5.3%（絕對值），中壓缸效率（試驗值）較設(shè)計值偏低約3.93%（絕對值）。試驗中，高壓缸效率偏低的一個原因是順序閥控制方式下，調(diào)門開度偏小，節(jié)流損失偏大。由于大修前后試驗高調(diào)門開度不同，故高壓缸效率不便于直接比較;中壓缸效率低于修前的原因是，高中壓缸過橋汽封漏汽量減少，造成名義的中壓缸效率下降。另外三抽溫度較修前有大幅度上升從另一個角度反映了過橋汽封漏汽量的減少。因大修前后兩次試驗高調(diào)門開度不同，高壓缸效率不便于直接比較。大修后試驗620 MW工況時的調(diào)門開度較修前試驗更小，故節(jié)流損失更大，這將影響到高壓缸效率。從數(shù)值上看一抽、高排溫度較修前有所下降，如一抽下降達到10.6℃，這反應(yīng)了高壓缸性能與修前相比是有提升的；三抽溫度較修前有大幅度上升，同時名義中壓缸效率也低于修前，從另一個角度反映了過橋汽封漏汽量的減少；監(jiān)視段溫度依然高于設(shè)計值，這主要與級間漏汽量偏大、葉片工作工況偏離設(shè)計工況、葉片型線變形等相關(guān)。

5結(jié)束語

DAS汽封用在超臨界600 MW機組，國內(nèi)國內(nèi)已有多例，目前該汽封用于汽輪機，確實能產(chǎn)生一定的節(jié)能效果，但要注意首先在決定采用DAS汽封時，在機組調(diào)試階段要有啟動或打閘幾次的準備，不要指望機組一次啟動成功，因為在安裝過程中DAS汽封的徑向安裝間隙較原設(shè)計值要小 （與轉(zhuǎn)子間的間隙較常規(guī)汽封小0.1～0.13 mm），使在機組啟動初始階段，在沒有充分暖機的情況下、在汽缸和轉(zhuǎn)子沒有充分膨脹的情況下DAS汽封的長齒會與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，導(dǎo)致震動過大而需打閘；另外，DAS汽封長齒較原來梳齒汽封的齒頂要寬的多，故“碰磨”的效果并不好，需在經(jīng)過幾次機組的啟動、打閘后，多次利用機組真空的升降及機組轉(zhuǎn)速的變化來保證機組的持續(xù)運行、暖缸，使得機組得以充分暖機，轉(zhuǎn)子、汽缸膨脹充分到位，避免汽封長齒碰磨的發(fā)生，機組才能夠正常運行。

[1]郭振宇，劉 凱.汽輪機汽封型式及其應(yīng)用效果評價方法[J].江蘇電機工程，2010，29（3）：10-15.