俄供核電汽輪機端部密封面漏汽的分析與處理

薛彥春

（江蘇核電有限公司維修處，江蘇 連云港222042）

1 汽輪機高壓缸結構概述

K-1000-60/3000型汽輪機組是由俄羅斯列寧格勒金屬廠（簡稱：LMZ）生產制造。汽輪機總長51.8 m，總重2070 t，額定轉速n=3000 r/min。汽輪機型式為：單軸、五缸（2個低壓缸+1個高壓缸+2個低壓缸）、八排汽、中間去濕再熱、冷凝式機組。汽輪機各缸由10級（2×5級）組成。汽輪機每根轉子由位于聯軸器兩側的兩個橢圓形滑動軸承支撐，高壓缸前軸承為徑向—推力軸承。獨立落地式軸承座。汽輪機基礎平臺由98組彈簧隔振器支撐。

高壓缸為下貓爪支撐方式，四個貓爪落在前后軸承座上；高壓缸為水平中分面，由外缸和內缸組成，其中外缸中分面有60個M100×4的螺栓緊固連接，內缸中分面有24個M90×4的螺栓緊固連接，汽缸材質為06Cr12Ni3Cu，螺栓材質為25Cr1MoV，螺栓的緊固方式為熱緊，內缸螺栓熱緊弧長為122mm，外缸熱緊弧長為170mm，汽缸中分面采用汽缸密封脂密封；高壓缸為5級雙列（2×5級）對稱布置，其中前兩級（第1、2級）在內缸中，后三級（第3、4、5級）在外缸中，且設計有隔板套；高壓缸進汽口位于外下缸的底部，四個進汽口在缸內混合成一個汽室，高壓缸共有4級抽汽，分別從第2、3、4級及排汽口抽汽，通往6#高加、5#高加、除氧器及4#低加。

2 汽輪機高壓缸端部密封面漏汽情況

機組運行期間，發現高壓缸端部有漏汽跡象（有輕微蒸汽冒出）；在T103大修期間對高壓缸進行了解體檢查，中分面未見明顯異常，并將內軸封體的掛耳沉度（掛耳壓板的膨脹間隙）調整至下限（最大值），扣缸時對汽缸密封面進行了全面清潔檢查，并均勻涂抹汽缸密封脂，大修結束機組投入運行后，發現高壓缸端部仍有漏汽現象；在T105大修期間揭開高壓缸的外上缸檢查，發現汽缸前后端部密封面（內軸封體安裝位置）有漏汽痕跡，內軸封體外側與汽缸配合處的凸肩位置整圈有汽流沖刷痕跡，在T205大修高壓缸解體檢查時也發現與T105相同的情況（如圖1所示）。

綜合上述檢查情況分析，高壓缸端部密封面存在密封不嚴，導致蒸汽外漏。

高壓缸端部密封面漏汽問題，對于汽輪機組的安全、穩定運行存在如下風險：

（1）蒸汽外漏，機組存在安全隱患，有人員燙傷的風險。

（2）蒸汽外漏，汽流會對密封面形成沖刷，影響密封面的性能。

（3）蒸汽外漏，影響機組效率。

（4）蒸汽外漏，設備可靠性差，影響機組的安全、穩定、高效運行。

（注：T103/T105分別指1號機組的第3次/第5次大修，T205指2號機組的第5次大修）

圖1 高壓缸端部密封面漏汽痕跡

3 原因分析

高壓缸上、下半缸通過中分面的螺栓緊固連接，依靠螺栓緊力使上下半缸閉合，達到密封要求，由于K-1000-60/3000型汽輪機高壓缸端部渦殼結構特殊，端部位置的中分面螺栓跨距較大，末端螺栓離軸封體的安裝位置距離較遠（見圖2），螺栓對該部位汽缸約束力明顯較弱，導致該區域的汽缸面形成一段很長的懸臂梁，螺栓緊力無法對該區域的密封提供幫助，使得該區域的汽缸面不能有效貼合，蒸汽從內軸封體凸肩與汽缸槽道配合間隙漏出，該區域蒸汽存在壓差，由于汽缸密封不嚴造成蒸汽外漏。另外，在機組啟停時受到較大的熱交變應力，汽缸容易產生變形,也會造成汽缸結合面蒸汽泄漏。

1）汽輪機汽缸漏汽通?？赡芤蛩赜幸韵聨讉€方面：

【因素1】汽缸鑄造完成，“時效”處理時間（即存放時間）較短，使其在鑄造過程中所產生的內應力未完全消除，汽缸在以后的運行中會有變形，可能發生漏汽。

【因素2】汽缸運行時受力情況復雜，除了受汽缸內外汽體壓力差、缸內各零部件的靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時對靜葉的反作用力，以及各種連接管道（進汽、排汽、抽汽等管道）冷熱狀態下對汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸會發生塑性變形。

【因素3】在檢修過程中，如隔板、隔板套及汽封的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙（掛耳沉度）不合適，運行后產生巨大的膨脹力使汽缸變形，可能發生漏汽。

【因素4】若使用的汽缸密封脂存在質量不好、型號不對、超過有效期限、有堅硬雜質顆粒等問題，就會影響密封性能，可能發生漏汽。

【因素5】汽缸中分面的螺栓緊力不足，機組啟停和工況變化時，在汽缸及法蘭上會產生較大的熱應力和熱變形，使得汽缸密封不嚴，可能發生漏汽。

2）K-1000-60/3000型汽輪機高壓缸實際對應情況：

【實況1】汽缸在鑄造完成存放時間較長，且在現場安裝結束很長一段時間才投入運行，不存在時效處理時間短的問題，所以可以排除因素1。

【實況2】該因素屬于汽輪機的共性問題，不排除因素2。

【實況3】每次檢修時都對隔板、隔板套、汽封的膨脹間隙及其掛耳沉度進行檢查測量調整，使其滿足設計要求，所以可以排除因素3。

【實況4】一直使用國家正規廠家生產的汽缸密封脂，而且嚴格按照說明書使用，密封脂的有效期、型號、質量都不存在問題，而且回裝時對汽缸中分面后進行全面的清潔檢查，所以可以排除因素4。

【實況5】汽缸端部位置中分面螺栓跨距較大，末端螺栓離軸封體的安裝位置距離較遠，螺栓對該部位汽缸約束力明顯較弱，在受到較大的熱交變應力時，會造成汽缸端部密封不嚴，發生漏汽，所以因素5存在。

綜上分析，高壓缸端部密封面漏汽的原因為：螺栓緊力對汽缸端部的約束力較弱，汽缸在啟停、運行過程中會產生熱應力熱變形，使得汽缸端部密封不嚴，存在內外壓差時，就會造成蒸汽泄漏。

圖2 高壓缸端部結構

4 處理措施

由于汽輪機高壓缸端部結構特殊，成蝸殼形狀，該區域未設計緊固螺栓，而且內軸封體安裝位置的汽缸壁較薄，該區域汽缸結合面的壓緊力不足，受熱膨脹變形，容易發生漏汽。為了阻止蒸汽外漏，需提高該區域汽缸密封的可靠性，同時該區域受設備自身結構特征的限制，無法通過添加緊固螺栓的方法來增加結合面的壓緊力，束縛汽缸的變形，經過綜合分析，采取在汽缸中分面上增加密封條的技術方法，補償汽缸的變形量，阻止蒸汽外漏。

采取的技術處理措施：在汽缸中分面上垂直于漏汽方向的位置處開槽，在槽內安裝密封條，阻止蒸汽外漏。

密封條型號：E型密封鍵；密封條材質：鎳基材料ALLOY718，可耐700度高溫，具有良好的韌性、彈性，抗疲勞能力強，鎳基材料（ALLOY718）的線脹系數大于汽缸母材（06Cr12Ni3Cu），受熱膨脹后能起到良好的密封效果，E型密封鍵有彈性可伸縮，能夠補償該區域的結合面變形，E型密封鍵的開口側朝著汽流方向，阻止汽流漏出。

根據現場高壓缸的結構特征及漏汽情況，參照E型密封鍵的尺寸參數，選取E型密封鍵的尺寸為：厚度7.49±0.15mm、寬度6.78mm，對應的開槽尺寸為：槽深6.2-6.35mm、槽寬8-8.2mm，槽長131mm，密封鍵的壓縮量為0.99-1.44mm（見圖3、圖4）。

在2014年2月份T107大修期間，對1號高壓缸端部前后四個角位置的密封面進行了技術改造處理。

具體的處理工藝如下：

1）開槽區域采取防異物措施。

采用青稞紙在開槽區域的高壓缸排汽口位置粘貼防異物托盤，防

2）根據漏汽痕跡確定開槽位置。

根據汽缸中分面上的漏汽痕跡，確定開槽位置；開槽位置需垂直于漏汽方向，并盡量在汽缸面的縱向；并將開槽區域的汽缸面清理干凈，露出金屬光澤，確保汽缸面光潔、平整無高點。

3）開槽裝置就位，劃出加工線。

將開槽裝置吊裝到工作位置，根據開槽位置及定位螺紋孔等現場條件，使用工裝將開槽裝置固定，在開槽位置處劃出開槽加工線，開槽長度要比漏汽痕跡寬度尺寸大10mm左右，開槽長度大約為131mmm。調整開槽裝置底座，銑刀對準劃線，并用直角規測量銑刀與劃線的對準情況。

4）開槽裝置軸向方向（Y方向）對刀調整。

首先對開槽裝置的Y方向對刀調整：調整好燈光，根據開槽線位置，將主軸移動至開槽裝置的端部，通過調整導軌底座位置使刀具對準待開槽線的端頭，并且使導軌要平行于開槽線，確保在Y方向移動時刀具的走向要與開槽線重合。在拖板上的刀架周圍架設百分表，百分表的指針垂直指向汽缸面，手輪操作開槽裝置在Y方向移動，讓刀架在待加工線方向手動走刀，監視百分表的讀數變化情況，通過調整導軌底座的四腳高度，確保在走刀行程內百分表的讀數變化不超過0.02mm，也就是刀頭跳動不超過0.02mm（見圖5）。止鐵屑等異物落入缸內，在開槽的缸面上固定一塊500×400mm規格尺寸的吸油氈，在吸油氈中間開一個200×50mm矩形口，開槽線位于吸油氈開口矩形的中心，吸油氈開口矩形四周用膠帶粘好，防止鐵屑、冷卻液等異物從吸油氈的下方漏出，確保所有的加工鐵屑都收集在吸油氈上方。

圖3 E型密封鍵參數

表1

圖4 開槽尺寸及密封鍵安裝簡圖

圖5 開槽裝置軸向Y方向對刀調整

5）開槽裝置垂直方向（Z方向）對刀調整。

根據加工方案，開槽尺寸為：槽寬8-8.2mm、槽深6.2-6.35mm、槽長131mmm。為了確保開槽深度的準確性，開槽分兩次進刀加工，第一次進刀深度5.9mmm左右，第二次進刀后，總深度要達到8-8.2mm的尺寸要求。

刀具規格：硬質合金直柄槽鍵銑刀，刀刃直徑8.0mm，刀尖刃磨R1.5圓角。

開槽裝置Z方向調整：將刀具安裝到刀架上，并固定好，在刀頭下方的汽缸面上方放置一張薄紙，手動向下進給主軸，通過主軸箱上的數顯標尺，可以監控銑刀在Z方向上的位移量，當銑刀正好接觸到中分面時，停止進給并將標尺清零，完成Z方向找基準。在床臺上架設百分表，表針指在主軸箱上，表座架在進給箱上，用于監測進刀量，開動主軸向下進刀，并監控數顯表尺與百分表讀數，待進刀深度達到要求尺寸時，停止進刀，鎖緊主軸，即Z方向對刀完成（見圖6）。

圖6 開槽裝置垂直Z方向對刀調整

6）開始車削加工。

在Z方向對刀完成后，啟動Y方向走刀按鈕，開始第一刀車削加工，車削過程要用冷卻液對刀頭進行冷卻，車削過程及時清理刀頭位置的鐵屑，第一刀加工完成后，要進行退刀，將主軸升起，Y方向退回到起始加工位置并將槽道附近的鐵屑及冷卻液清理干凈，測量槽道尺寸，用深度尺測量實際的開槽深度，用卡尺測量槽寬、槽長的尺寸數據，按照上述工序方法，接著對剩余量進行第二刀車削加工，加工過程同樣做好在線監測，加工完成后按照同樣方法升起主軸，Y方向退刀，鐵屑清理，尺寸測量。

7）開槽尺寸、槽道表面光潔度檢驗。

開槽完成后，用磁棒、毛刷、吸油氈等清理槽道內的鐵屑和冷卻液，并測量槽道尺寸（槽寬、槽深、槽長），確保各加工尺寸都在要求范圍內；檢查槽道表面光潔度，并用什錦銼、細紗布等對槽道表面進行打磨處理，確保槽道表面平整、光潔、無毛刺（見圖7）。

8）根據加工的槽道尺寸，配置合適長度的E型密封鍵。

根據槽道的實際加工長度尺寸，切割合適長度的密封鍵，密封鍵與槽之間需留有一定量的熱膨脹間隙，密封鍵切割后，需對兩端頭進行修磨，確保端頭圓滑無毛刺，對槽道及密封鍵進行清潔檢查后，將密封鍵安裝到槽內。

圖7 槽道尺寸檢驗

在2014年02月份T107大修期間，對1號高壓缸端部前后的四個角位置各增加1個密封條，共增加了4個密封條。

5 處理效果及后續行動

2014年2月份T107大修期間，對1號汽輪機高壓缸的端部密封面采取了上述技術處理措施，處理完成后，機組啟動并網運行，高壓缸漏汽問題的技術難題得以解決，說明該技術方案合理可行，取得了預期的效果。

該工程技術方案，具有很好的現場生產實用性，既解決了高壓缸端部密封面的漏汽問題的技術難題，消除了機組的安全隱患，提高了設備的可靠性，確保了機組的安全、穩定、高效運行，積累了寶貴的工程經驗，又為同行業、同類型機組今后處理類似問題起到了很好的借鑒作用。

后期將繼續觀察高壓缸的運行情況，加強日?，F場巡檢；在高壓缸下次大修時，將檢查密封鍵的完好性以及汽缸面有無漏汽痕跡。

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