110MW改造機(jī)組汽輪機(jī)徑向通流間隙變化對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響及應(yīng)對(duì)措施

摘 要：文章介紹了110MW改造機(jī)組投入運(yùn)行后出現(xiàn)的汽輪機(jī)缸效和熱耗等經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)下降的異常現(xiàn)象；論述了在大修中發(fā)現(xiàn)的汽輪機(jī)通流部分“K”值定位位置、徑向間隙的異常變化；分析汽輪機(jī)缺陷導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)性下降的原因；制定出應(yīng)對(duì)措施并實(shí)施，取得良好效果；對(duì)同類型機(jī)組提高經(jīng)濟(jì)性方面有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：徑向通流間隙；汽封；軸向定位；熱效率

1 概述

本公司汽輪機(jī)是由北京全四維動(dòng)力科技有限公司基于我國(guó)自行設(shè)計(jì)制造的雙缸、沖動(dòng)、凝汽式汽輪機(jī)（N100-8.83/535型）改造而成，型號(hào)為C100/N110-8.83/0.245/535。本體部分主要由靜止部分和轉(zhuǎn)動(dòng)部分組成。低壓缸為分流式排汽，設(shè)兩個(gè)排汽口。高、低壓轉(zhuǎn)子用半撓性聯(lián)軸器相連，低壓轉(zhuǎn)子通過(guò)半撓性聯(lián)軸器直接帶動(dòng)配套的QFS-100-2型交流同步發(fā)電機(jī)。主蒸汽經(jīng)過(guò)主汽門(mén)后，由四根φ219×22mm高導(dǎo)管，分別引向?qū)?yīng)的調(diào)速汽門(mén)。主蒸汽在調(diào)速汽門(mén)的控制下進(jìn)入調(diào)速級(jí)，調(diào)速級(jí)是單列速度級(jí)，主蒸汽在調(diào)節(jié)級(jí)內(nèi)膨脹作功，汽壓降到6.25MPa，溫度降到492.08℃（額定工況），然后依次流過(guò)高壓缸內(nèi)各個(gè)壓力級(jí)膨脹做功，最后經(jīng)2個(gè)φ900mm排汽口，并通過(guò)兩根φ915×6mm的連通管自上部引入低壓缸，蒸汽在分流環(huán)作用下將蒸汽平均分成兩股，分別流經(jīng)前后各個(gè)壓力級(jí)，進(jìn)一步膨脹做功后，分別進(jìn)入兩個(gè)凝汽器中。本公司一共有兩臺(tái)型號(hào)為C100/N110-8.83/0.245/535汽輪機(jī)。

截止到2016年7月，兩臺(tái)機(jī)組分別完成了機(jī)組投運(yùn)1年半后的檢查性大修，#1機(jī)完成了一次A級(jí)檢修，在A級(jí)檢修前進(jìn)行了性能試驗(yàn)，出現(xiàn)汽輪機(jī)缸效以及熱耗等經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)明顯下降的異常現(xiàn)象（如表1）。

從表1數(shù)據(jù)可以知道，在改造后投入運(yùn)行7年時(shí)間里，汽輪機(jī)高中壓缸效率下降了8.13%，機(jī)組熱耗明顯升高，升高了203.02KJ/KWh。

2 影響汽輪機(jī)熱效率的因素

影響汽輪機(jī)熱效率的因素有很多，主要包括進(jìn)汽機(jī)構(gòu)的節(jié)流損失、排汽管的壓力損失、汽輪機(jī)的節(jié)內(nèi)損失、外部漏汽損失、機(jī)械損失及回?zé)嵯到y(tǒng)的影響等，對(duì)于設(shè)計(jì)早已成熟、正常運(yùn)行的110MW機(jī)組，影響其效率的主要因素是運(yùn)行工況變化以及漏汽損失。改造一個(gè)大修周期后，從機(jī)組運(yùn)行和大修揭缸檢查情況看，可排除運(yùn)行工況變化的影響，汽輪機(jī)內(nèi)通流間隙的變化是影響其效率的主要因素。

汽輪機(jī)的級(jí)是由靜葉片和動(dòng)葉片按順序配置而成，蒸汽在靜葉片汽道中膨脹加速后進(jìn)入旋轉(zhuǎn)的動(dòng)葉，在動(dòng)葉片汽道中轉(zhuǎn)向并補(bǔ)充膨脹做功；汽流在動(dòng)葉中的動(dòng)量發(fā)生一些變化，產(chǎn)生圓周方向推力并做功，做功后的蒸汽進(jìn)入下一級(jí)繼續(xù)膨脹做功。圖1是簡(jiǎn)單的級(jí)的結(jié)構(gòu)。

一般情況下，級(jí)的通流部分是采用良好的葉片型線和高效的流道結(jié)構(gòu)，組成合理高效的流通汽道，汽輪機(jī)中上一級(jí)做完成功的蒸汽進(jìn)入下一級(jí)，直至從最末級(jí)動(dòng)葉排出，經(jīng)排汽管引至凝汽器。排汽在排汽管中流動(dòng)，會(huì)因摩擦和渦流造成壓力降。這部分壓力降用于克服排汽管的阻力，沒(méi)有做功，造成了排汽管的壓力損失。另外，高速轉(zhuǎn)動(dòng)的葉輪與其四周的蒸汽相互摩擦，帶動(dòng)這些蒸汽旋轉(zhuǎn)將消耗一部分葉輪的有用功，黏附在葉輪表面的蒸汽機(jī)受離心力的作用被甩向葉輪外緣，靠近噴嘴或隔板的汽流則向葉輪中心移動(dòng)，形成渦流，增加了葉輪有用功的消耗，形成了葉輪摩擦損失。

汽輪機(jī)的主軸在穿出汽缸兩端時(shí)，為了阻止動(dòng)靜部分摩擦，總是要留有一定的間隙，雖然裝端部汽封后這個(gè)間隙很小，但由于壓差的存在，在高壓端總有部分漏汽向外漏出，在汽輪機(jī)低壓汽封處，由于級(jí)內(nèi)壓力低于大氣壓力，為了防止空氣漏入汽輪機(jī)內(nèi)，向低壓汽封處通入蒸汽密封，這部分蒸汽大部分漏入汽缸，也有少部分漏向大氣，漏出的蒸汽不做功，造成了外部漏汽損失。

汽輪機(jī)軸向通流部分間隙主要控制葉片靠近頂部的軸向間隙、葉片根部軸向間隙和葉輪軸向間隙；汽輪機(jī)徑向通流部分間隙主要有隔板汽封間隙和葉頂汽封間隙。

3 本公司汽輪機(jī)大修發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

3.1 高中壓缸徑向通流間隙超標(biāo)

高中壓缸端部軸封以及高中壓隔板套徑向汽封齒磨損較嚴(yán)重；高中壓轉(zhuǎn)子速度級(jí)圍帶磨損有0.30mm左右的溝槽；速度級(jí)下隔板套阻汽片有兩處長(zhǎng)約200mm的汽封齒脫落。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓前軸徑向間隙磨損后最大達(dá)1.8mm（徑向間隙左右標(biāo)準(zhǔn)：0.4-0.6mm）；檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)高壓隔板套徑向汽封間隙最大達(dá)2mm（徑向間隙上下標(biāo)準(zhǔn)：0.0.6-0.9mm）；檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)葉頂阻汽片磨損后間隙最大達(dá)2.1mm（徑向間隙標(biāo)準(zhǔn)：1±0.05mm）。

3.2 低壓缸徑向通流間隙超標(biāo)

低壓缸部分隔板汽封存在不同程度的汽蝕現(xiàn)象，隔板阻汽片有脫落現(xiàn)象，徑向間隙與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值相差較大。

4 徑向通流間隙超標(biāo)原因分析

高壓前軸封磨損主要是因安裝時(shí)固定高壓缸的立銷(xiāo)左右配合間隙不準(zhǔn)確，各抽汽管道對(duì)高壓缸有一定的拉力，導(dǎo)致高壓缸發(fā)生偏移使汽封磨損。

機(jī)組有時(shí)會(huì)出現(xiàn)不良工況下運(yùn)行，部分結(jié)構(gòu)處汽封、動(dòng)靜葉會(huì)受到不良介質(zhì)沖刷、腐蝕，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行形成局部汽蝕損壞。

出廠時(shí)部分阻汽片鑲嵌不牢固，阻汽片定位后沖鉚不結(jié)實(shí)，汽輪機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后，蒸汽沖刷、汽蝕造成阻汽片脫落。

5 通流間隙變化對(duì)汽輪機(jī)效率的影響

5.1 汽輪機(jī)軸向通流部分間隙對(duì)熱效率的影響

動(dòng)、靜葉片的軸向頂部、根部間隙對(duì)級(jí)效率產(chǎn)生兩種作用相反的影響。當(dāng)葉片的軸向頂部、根部間隙增大時(shí)，靜葉出汽邊尾跡的影響減少，使動(dòng)葉出汽汽流趨于均勻，可以提高級(jí)的效率；但同時(shí)增加了磨擦損失，對(duì)級(jí)效率又產(chǎn)生影響。因此在級(jí)的熱力性能設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分考慮級(jí)效率變化，結(jié)合材料消耗、汽缸與轉(zhuǎn)子的相對(duì)膨脹、機(jī)組長(zhǎng)度和加工工藝等綜合因素，確定軸向通流間隙的最佳范圍，并通過(guò)轉(zhuǎn)子上的推力盤(pán)與汽缸的推力瓦精確定位來(lái)保證。本公司汽輪機(jī)大修時(shí)，高低壓軸向通流間隙基本未發(fā)生改變，軸向通流間隙對(duì)原設(shè)計(jì)熱效率基本沒(méi)有影響。

5.2 汽輪機(jī)徑向通流間隙對(duì)熱效率的影響

汽輪機(jī)級(jí)間的漏汽量與通流徑向間隙的面積和兩側(cè)的壓差成正比，汽輪機(jī)在級(jí)內(nèi)全部設(shè)計(jì)安裝了汽封裝置，以減少隔板與軸之間、動(dòng)葉頂部與隔板之間的漏汽。級(jí)間的漏汽對(duì)汽輪機(jī)的熱效率影響很大，根據(jù)計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)的安裝、試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，高壓汽輪機(jī)汽封的徑向間隙每增加0.05毫米，級(jí)效率將下降約0.4%-0.6%。

6 應(yīng)對(duì)措施及實(shí)施

6.1 高中壓缸徑向通流間隙超標(biāo)

用拉鋼絲法重新找高壓缸凹窩中心，調(diào)整高壓缸立銷(xiāo)兩側(cè)墊板厚度，找正高壓缸中心；高壓前軸封、隔板汽封全部更換，并將汽封間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。

6.2 低壓缸徑向通流間隙超標(biāo)

汽蝕損壞的汽封及間隙超標(biāo)的汽封全部更換，并將汽封間隙調(diào)整至標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，對(duì)脫落的隔板（隔板套）阻汽片，重新鑲嵌固定，并在原沖斂縫處沖鉚牢固。

6.3 汽輪機(jī)徑向通流間隙調(diào)整的原則

6.3.1 汽輪機(jī)汽封間隙的測(cè)量和調(diào)整是一項(xiàng)非常重要的工作，隔板汽封徑向間隙增大，汽輪機(jī)軸向推力將增大，在一定程度上會(huì)影響汽輪機(jī)的安全運(yùn)行。

6.3.2 汽輪機(jī)低壓缸標(biāo)高在機(jī)組正常運(yùn)行中受凝汽器真空、排汽溫度、凝汽器自重和循環(huán)水重量等因素的影響會(huì)有一定的變化，在調(diào)整通流間隙及軸系統(tǒng)找中心時(shí)，要根據(jù)半缸、全缸中心的變化量，結(jié)合實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)考慮汽封間隙的預(yù)留量。

6.3.3 轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向，以本廠110MW機(jī)組為例，油膜會(huì)將轉(zhuǎn)子向左上方推移，引起的動(dòng)靜間隙變化量，汽封間隙調(diào)整時(shí)應(yīng)考慮在內(nèi)。

6.3.4 本廠要求高壓汽封上下間隙按標(biāo)準(zhǔn)范圍的中間值調(diào)整，左右間隙按標(biāo)準(zhǔn)范圍的下限調(diào)整，以減少漏汽量，提高效率。

7 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述應(yīng)對(duì)措施在機(jī)組大修中的落實(shí)，機(jī)組檢修后汽輪機(jī)高中壓缸效率及熱耗率均有所提升，趨于設(shè)計(jì)值，效果良好。對(duì)于同類型機(jī)組，如何保證汽輪機(jī)軸向“K”值的精確定位；如何對(duì)汽輪機(jī)通流間隙全、半缸的變化量進(jìn)行精確分析判斷；如何在保證機(jī)組能安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，將汽輪機(jī)通流部分軸向、徑向間隙調(diào)整到最佳狀態(tài)，以達(dá)到有效提高缸效的目的，意義重大，更值得大家去深入思考和研究。

參考文獻(xiàn)

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