浅析非标60 MW供热汽轮机组汽封环及油挡结构的改造

摘 要：山东华鲁恒升化工股份有限公司双抽60 MW机组系武汉汽轮机厂生产的第一台带较大抽汽量两级调整抽汽汽轮机组，该机组自投入运行以来，因设计、安装、设备及操作等众多因素的影响，导致该机存在一些较大的设备缺陷，造成该机多次停机，严重的影响了该机组安全与经济运行。后来本机组经过大修及局部改造后机组运行情况有了较大的改善。文章论述了此机组从投运后密封系统出现的主要缺陷及结构改造方法。

关键词：汽轮机；结构；密封；改造

中图分类号：TK264.11 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）20-0100-03

1 汽轮机的结构与性能

①CC60－8.83/3.82/0.9型汽轮机为高压单缸、冲动、双抽汽凝汽式汽轮机，具有两级调节抽汽，通过刚性联轴器（中间联轴器）直接带动发电机。

②工业中压调整抽汽应力为3.82 MPa·a，在第二压力级后抽出，由中压提板式喷嘴组调节。中压喷嘴组装在中间蒸汽室中，由中压油动机控制。中压油动机的控制讯号由电液转换器输入。工业低压调整抽汽压力为0.9 MPa·a，在第八压力级后抽出，由旋转隔板控制。

③本汽轮机机组有七段抽汽口，抽汽口的位置分别在2、3、5、8、10、12、15级后。除第2、8级后的抽汽口为工业抽汽外，其余抽汽口均为回热抽汽。

2 汽轮机发电机组运行中的缺陷及改造方法

2.1 高压汽封漏汽管道改造

此机组运行中，高压汽封漏汽严重，造成轴承箱内进汽严重，使油中带水，造成油质乳化，调节部套锈蚀，影响了机组安全运行。一般情况下，汽封漏气主要有两方面原因，一是汽封间隙较大，二是汽封撤汽系统撤汽不通畅，此汽封系统前汽封撤汽为五段撤汽，第一段撤至＃2高加，第二段撤至＃2低加，第三段撤至＃3低加，第四段撤至均压箱，第五段撤至轴封加热器；因负胀差原因，撤至＃2＃3低加的蒸汽，改为撤至＃1＃2低加，因＃1低加汽侧工作压力较高，造成撤至＃1低加的汽封撤汽不通畅，为了减小汽封撤汽的阻力，我们对汽封管路进行了第二次修改，把撤至＃3低加的蒸汽通过主蒸汽管道的凝疏管道撤至凝结器，并且利用了凝结器喉部的减温减压装置，以降低蒸汽的温度和压力，保证凝结器正常工作。

2.2 汽封结构改造

现代的火力发电厂汽轮机汽封普遍采用梳齿式迷宫汽封，其密封原理是齿与转子间形成的一系列节流间隙，与膨胀空腔；使通过的工作介质产生节流与热力学效应而达到密封的效果。大修中经过测量汽封间隙，发现间隙值没有超标，（厂家规定间隙值为0.45～0.60 mm），测量的间隙值为0.55 mm左右。为了在汽封结构方面取得一些突破，经过考察我们采用了6圈由北京蓝爱迪公司生产的蜂窝式汽封，高压汽封第一级1、2、3、道，第三级第1道，低压汽封1、3道，更换为可调式蜂窝汽封环。这种蜂窝汽封是源于航天密封工艺其密封效应是迷宫效应和蜂窝效应的综合组成，蜂窝汽封是由内孔表面为蜂窝形状的六边形小蜂窝孔组成。其芯格尺寸为0.8～6 mm，板厚0.05～0.2 mm，蜂窝深度为1.6～6 mm,材料为镍基高温合金材质。芯格尺寸越小，板材越薄。蜂窝带与汽封圈是利用高温真空钎焊焊接在一起。主要设计思想是在原疏齿结构中，保留高齿，在低齿地方用蜂窝带填满,该结构有以下特点：

①高齿依然保留，起节流密封效果，而气流经节流降压后进入蜂窝区,进一步加大密封效果，两种密封技术综合应用，从而达到密封的效果。

②在设计中，蜂窝带加工成比原来的低齿高出一部分，即轴先同蜂窝接触而不同高齿接触，从而保护轴不被磨损（如图1、2、3所示）。

2.3 改造后效果

改造完毕，开机试运行，汽封漏汽问题有了较大的改善，一段汽封撤汽往＃2高加撤，二段往＃＃2低加撤，＃3段经凝疏管往凝结器撤，四五段分别撤至均压箱及汽封加热器。汽封漏汽得到了控制。

2.4 ＃1＃2轴承油挡渗油现象分析

运行中，汽轮机#1#2轴承油挡有渗油现象，油挡采用四道铜齿结构密封，缩小了油挡间隙后，未起很大作用，经过考察采用了浮环式蜂窝油挡，效果较好，从根本上解决了渗油问题。

2.5 浮环式蜂窝油挡密封原理

①气膜效应。由于轴系的高速旋转，在轴的表面产生强烈气流，气流以螺旋方式向前窜动，在经过蜂窝带时，在蜂窝带无数的六角小网格中形成无数道气旋，同时，轴系的高速旋转表面垂直切割气旋，在轴与内环蜂窝带之间形成一层刚性气膜，高效的阻止了油的外漏以及蒸汽的流入。另外，由于这些气旋、气膜的存在，使轴与轴承座之间形成软性支撑，可有效提高转轴的稳定性，使轴的振动进一步降低。

②吸附效应。蜂窝带上有许多网格，对油有强烈的吸附作用，当漏出油经过蜂窝带时，即使轴和蜂窝带之间有一定的间隙，油在高速离心力作用下，落入一个个蜂窝带的陷阱，这些“陷阱”使漏油有进无出，在蜂窝带后设计了宽敞的空间，同时，强烈的气旋以及涡流将吸附的流体导入后回油腔中，在流入油箱，达到了密封的效果。另外，蜂窝油挡的网格状面整体的特点，使密封有效面积明显增大，任何一个蜂窝孔就是一个密封阵地，密封效率大大提高。因此，蜂窝油挡集合是堵和疏两项密封原理完美的结合，可以充分利用有效的面积对油进行全面吸收，进而起到无泄漏效果。

③摩阻效应。镶在内环表面的蜂窝带形如无数个迷宫，泄露流液在迷宫中流动时，因液体粘性而产生摩擦是流速减慢流量减小。

④涡流效应。流体经过轴与蜂窝带之间的很小间隙时，在转轴的高速旋转下，流体在无数个六角小网格中形成涡流，摩擦阻尼加大，且将流体外漏的速度转还为旋转的速度，从而减小了流体流动能量，减小了泄露量，增强了密封效果。

⑤传统梳式密封效应。在结构空间允许的情况下，设计内（外）齿片，形成梳式密封，80％的外漏流体让内齿片挡回，少量外漏流体让外齿片挡回，从而做到了零泄漏。

此油挡采用后效果很好，解决了油挡漏油的缺陷（如图4）。

2.6 发电机#3#4轴承负压侧油挡改造

发电机#3#4轴承与发电机静子为一体式结构，这样发电机两侧轴承的外端为正压运行，另一侧由于发电机转子风道的抽吸作用，为负压运行；此油挡结构采用的为浮环油档，由于油挡与轴之间有间隙，再加上转子转动中风的抽吸作用，转子两端表面漏满了油，严重影响了转子的绝缘。经过研究决定采用接触式油挡，该类油档安装在发电机轴承外，油档位置、外形尺寸均保持原端盖外形基本不变。这种接触式油挡的密封齿与转轴表面接触，形成无间隙运行；其密封齿沿圆周为多等分结构，每瓣均能与轴形成径向跟踪，径向前进量1 mm，后退量2.5 mm，因此在转轴偏心运行时，也可以自动跟踪，实现无间隙运行；油档与转轴接触材料采用特种复合材料，具有自特性；油挡在运行中不损伤转轴，不引起转轴振动及轴温升高。

另外，在发电机鼓风通道正压侧对风道进行改造，在油挡间通入正压风，抵消负压风抽吸的影响，防止油外漏。改造后运行效果良好，消除了漏油现象。

3 结 语

虽然该机组自投入运行以来，出现了一些较大的设备缺陷，造成该机多次停机，严重的影响了该机组安全与经济运行。但经过我公司广大员工的共同努力，对该机组进行了大修及改造，基本使该机组达到稳定运行的状态。

参考文献：

[1] 翦天聪.汽轮机原理[M].北京:中国电力出版社,1998.

[2] 郑体宽.热力发电厂[M].北京:中国电力出版社,1998.

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