一種彈性可調式汽封徑向間隙調整方法的研究

閆磊

摘 要：結合彈性可調式汽封結構特點，利用一種新的方法對汽封徑向間隙進行測量，并得到準確數值，并對此種汽封間隙的調整進行了研究，可作為汽輪機檢修汽封間隙調整的參考。

關鍵詞：汽封間隙；可調式汽封；汽輪機

1 概述

神華寧煤集團煤化工分公司烯烴公司50MW發電機組，自2011年檢修后已運行四年，經研究于2015年7月對該發電機組汽輪機進行檢修。在檢修過程中發現，汽輪機各級汽封均發生嚴重銹蝕。該機組汽封圈為彈性可調式，由于銹蝕原因，汽封彈性失效，對機組運行帶來重大隱患，因此決定對該汽輪機各級汽封進行更換。本次檢修汽封徑向間隙的調整使用的是傳統的壓膠布方法，這種方法存在耗費時間長、測量精準度低等缺陷。根據對本次檢修中遇到的問題，探索一種新的汽封徑向間隙的測量方法，不僅縮短了汽封間隙調整的工期，而且得到了精確的汽封間隙數值，為機組檢修提供了指導作用。

2 汽封的作用及調整方法

汽輪機在運行過程中，為了防止動靜部分發生碰撞或摩擦，因此留有一定的間隙，但是由于間隙的存在，造成了高溫高壓蒸汽在間隙中泄漏，不僅降低了蒸汽的使用率，也影響了汽輪機內部的力學平衡。因此，在汽輪機動靜部分之間設置了蒸汽密封裝置，防止蒸汽泄漏，通常稱這種密封裝置為汽封。針對密封位置的不同，又分為軸端密封、圍帶密封和隔板密封。汽封的種類有很多，最常見的是梳齒形汽封。梳齒形密封是迷宮式密封的一種，常見的有平齒和高低齒汽封，對蒸汽的密封效果非常好，本次檢修的機組，采用的就是高低齒汽封。

本次檢修的發電機組汽封為彈性可調式，在汽封圈背部有彈簧片，在不受力狀態時，彈簧片利用自身彈性將汽封圈頂起，此時汽封間隙為該狀態下最小值。在汽封圈受到外力的作用時，汽封圈可以反彈力方向縮回，防止轉子對汽封齒的損壞。同時汽封背部有調整墊，通過加減調整墊，可以對汽封的徑向間隙（被彈簧片頂起時為在該狀態下的最小間隙）進行調整，調整最大范圍達1.5mm。

3 汽封間隙的測量方法

在此種彈性可調式汽封間隙的測量過程中，遇到了一些困難。一是由于汽封受力收縮，利用壓膠布方法測量時，與汽輪機實際工作狀態有差別；二是傳統的壓膠布的方法只能測量汽封間隙是否在合適范圍，不能測量準確的數值，因此在調整的過程中，不能一次性完成汽封間隙的調整，延長了不必要的勞動時間；三是由于轉子自身存在撓度，沒有準確的數值參考，無法在汽封調整過程中對撓度進行相應的補償計算；四是采用拉鋼絲測量的方法較為復雜，對測量人員的技術能力有較高的要求，測量時間也較長，影響檢修的進度。因此，針對以上問題，探索出一種汽封間隙測量的方法，在獲得精確數值的同時，也使測量方法簡單易行。

3.1 測量方法理論分析

汽封徑向間隙就是汽封齒頂與轉子之間的距離。在本次檢修中，汽封間隙在0.45-0.55mm范圍內，很難用常規測量工具測得，一般使用塞尺進行測量，但是每個人測量的手感有差別，測量存在較大的誤差。因此使用常規量具，并利用某種數學關系式間接的測量汽封間隙，成為探尋測量方法的關鍵。

如圖1所示，隔板內表面與轉子底部之間的距離為H，汽封齒頂與隔板內表面之間的距離為h，汽封間隙為齒頂到轉子底部的距離c，由此可以得到關系式：H=h+c。

可以得到汽封間隙的計算公式：

c=H-h

3.2 汽封間隙測量方法

由式一可知，測量汽封間隙c的關鍵就是測量隔板內表面與轉子底部之間的距離為H和汽封齒頂與隔板內表面之間的距離為h。

（1）H值的測量

將汽封從隔板汽封洼窩中拆卸出來，對隔板洼窩以及內表面圓周進行清理，在各級隔板內表面放置鉛塊，鉛塊厚度要大于汽封圈厚度，才能保證壓鉛成功。將轉子吊回汽缸中，此時轉子會對鉛塊產生壓迫，待轉子落穩后，將轉子起吊，取出各級鉛塊，測量每級鉛塊被壓后的厚度，編號并記錄，此時測量的即為隔板內表面與轉子底部之間的距離為H，如圖2所示。

（2）h值的測量

回裝各級汽封圈，使用深度尺測量汽封齒頂到隔板內表面的距離，可以得到h值。需要注意的是，汽封圈背部有彈簧片支撐，測量時不可過于用力，以防汽封回縮使h值比實際值偏小，導致測量誤差。

通過對H和h的測量，可以得到汽封間隙c的數值。用同樣的方法可以測量上部和左右汽封間隙的數值。

3.3 轉子撓度值δ的補償計算

理想狀態下轉子以兩側軸瓦為支點，形成一條水平直線，通過隔板內圓的中心。可是在實際中，轉子由于自身重力和各部分重量的分布差異，會產生不同程度的下沉現象，下沉的距離即為轉子的撓度。

在靜止情況下，轉子的撓度稱為靜撓度；在旋轉過程中，轉子的撓度稱為動撓度。一般情況下，靜撓度要略微大于動撓度，隨著轉子轉速的增大，動撓度會越來越小。在轉子找中心時，一般參考的是靜撓度，并假設轉子按額定轉速運轉時的撓度為0。如表1所示，為本次檢修50MW汽輪機轉子的部分靜撓度值。根據靜撓度表，可以繪制撓度曲線，方便查閱。

4 彈性可調式汽封間隙的調整

對于本次檢修的50MW汽輪機，更換新汽封圈時，所有的汽封間隙都不可知，需要進行一次試驗性回裝。為了防止間隙過小傷到汽封齒，選擇以汽封間隙最大值為初始狀態，并以此為基準進行調整，記為cmax。以下隔板汽封間隙調整為例，步驟如下：（1）對轉子與汽缸、隔板內表面圓以及汽封洼窩的同心度進行復查，在補償轉子靜撓度的情況下，轉子與汽缸、隔板內表面圓以及汽封洼窩的同心度不得超過0.05mm。如有較大偏差，需要進行調整。（2）拆除汽封圈背部墊片及定位塊，使汽封間隙為最大值。回裝下半部分汽封圈以及彈簧片，使汽封齒充分頂起。根據上述公式，計算得出的補償靜撓度后的汽封間隙標準范圍，在范圍內選擇需要調整的汽封間隙目標值c目標。（3）使用文章中提到的測量方法，測量下隔板汽封徑向間隙的數值（此時即為基準值cmax），記錄在相應表格內。汽封間隙需要調整的量△=cmax-c目標（為正值時，需要減小汽封間隙）。（4）根據△值，在汽封圈背部加減相應厚度的調整墊片，用定位塊鎖死，回裝汽封圈及彈簧片，此時汽封間隙一次性調整為標準值。可以使用相同測量方法，對汽封間隙進行復查，得出汽封間隙數值，并記錄。

5 結束語

通過文章中研究的測量方法，可以準確的測量出汽封間隙的數值，為汽封間隙的調整提供參考和依據。與傳統的壓膠布法相比，只需要進行兩次轉子的起吊和回裝，便可以對汽封間隙調整完畢，同時可以得到汽封間隙的準確數值，而不是一個大致的范圍值，使汽封間隙的調整更加精確，并很大程度上節省了勞動時間和勞動人力，提高了工作效率。該方法僅為理論研究，需要在實際檢修過程中進一步驗證和改進。

參考文獻

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