船用汽轮机汽封系统改进研究

朱 蕾

● （中国船舶重工集团公司第704研究所，上海 200031）

船用汽轮机汽封系统改进研究

朱 蕾

● （中国船舶重工集团公司第704研究所，上海 200031）

针对船用汽轮机常用的汽封系统结构的缺点，设计并应用了汽封压力调整器，能将轴封、主汽门及调节汽阀的漏汽一体化集成处理，合理利用了高压漏汽源，并具有根据压力自动调节汽封补汽的优点，既提高了设备的自动化程度，又减小了安装空间。经实船的运行检验，证明了该系统的可靠性及实用性。

汽轮机；汽封

0 引言

汽封系统是汽轮机的一个重要系统，采用自密封原理，主要作用是防止在转子穿出汽缸处有蒸汽通过动静部件间的间隙向外泄漏，或防止空气进入低压缸内影响真度空。此外，汽封系统还要回收主汽门及调节汽阀泄漏出的蒸汽。汽轮机汽封系统的效果不仅直接影响汽轮机效率，而且蒸汽泄漏将导致舱室内空气环境变差，严重时甚至影响汽轮机的安全运行。

1 普通汽封系统结构

汽轮机汽封系统的原则是尽量减少漏汽损失，并回收漏汽的能量，目前在汽封系统中，用于稳定汽封压力所采用的较多的方式是利用平衡箱，并配以蒸汽源、抽气装置及其相应的阀门、管路等构成。图1为常见的船用汽封系统结构。

其中，汽轮机的前后轴封分为三段式，有两个漏汽孔，如图2所示。

前后轴封的第一漏汽孔均与汽封平衡箱相连，汽封平衡箱与系统平衡汽相连（压力略高于大气压）。前汽缸的高压蒸汽经汽封齿不断的节流减压过程，起到了密封效果，在第一漏汽口处只有较少量的蒸汽。正常情况下，该处的蒸汽经过汽封平衡箱引至后汽封第一漏汽口处，由于压差因素自动流入到后汽缸内，因此可以起到自密封作用，不需补汽。但在设备启动及低工况时，由于前汽封压力较低，无法保证后汽封的供汽，需由系统提供的平衡汽给予补充。

图1 汽封系统图

图2 前后汽封结构图

前后轴封的第二漏汽孔均与系统抽气总管相连（压力略低于大气压），可以将经过第一段泄漏过来的蒸汽与漏入的少量空气的混合物吸入抽气系统中，从而保证既没有蒸汽漏入舱内，也没有空气漏入排汽缸内。

调节阀杆和主汽门阀杆的漏汽同样被接入系统抽气管中，保证没有高温高压的蒸汽泄漏入舱室内。

上述系统的结构较简单，在设定的工况可以起到密封作用。但存在三个缺点：

1）主汽门及阀杆漏汽均属高温高压汽源，未经合理利用，直接排入抽气系统，不利于节能；

2）与汽封平衡箱连接的系统平衡汽的压力较难确定。当大于前轴封压力时，平衡汽的汽耗量较大，将使前后轴封漏汽量增大，有可能导致抽气量不足，从而使蒸汽漏入舱室。而当小于前轴封压力时，两者在汽封平衡箱内混合后，又降低了到对后汽封的密封能力，从而可能使空气漏入后汽缸，影响真空度；

3）由于船用汽轮机经常处于变工况，因此前后轴封处的压力也是处于变化状态，为了保证不泄漏蒸汽，不吸入空气，系统平衡汽的压力也需要经常手动调整，费工费时。

2 汽封压力调整器设计

为了解决上述问题，设计了汽封压力调整器，其主要工作原理如图3所示。

引入一路油系统，通过比较蒸汽腔室与油压腔室的压力，带动滑阀上下移动，从而引起汽封平衡腔室内的流量变化，达到自动控制汽封压力的目的。主要由五部分组成：蒸汽腔室、平衡板、油压腔室、滑阀及汽封平衡腔室。该汽封压力调整器具有以下特点：

1）结构紧凑，功能集成，可利用主汽门及调节阀杆的高温高压漏汽源；

2）可根据蒸汽腔室及油压的范围，调整平衡板的位置，适用范围较广；

3）可根据蒸汽腔室的压力（即工况），自动调整汽封压力。

图3 汽封压力调整器原理图

为了提高汽封压力调节器的使用安全性，该装置同时装有手动装置，可以实现自动控制和手动控制的切换。当有故障时，油传动装置断开，将汽封调节器转到手动控制。

3 汽封系统改进结构

根据汽封压力调整器的特性，对汽封系统进行了改进，如下图4所示。

通过改进后的系统图可以看出，取消了原汽封平衡箱，代之以汽封压力调整器。主汽门及调节阀漏汽属高温高压汽源，与前后轴封第一段漏汽孔彼此相连，这样就保证了无空气混入，可利用高温高压汽源作为轴端密封汽源，起到了合理利用能量的效果。然后再接到汽封调节器的上下两端，上端作为蒸汽压力判断源，下端作为蒸汽压力反馈源。

图4 改进汽封系统图

当汽轮机启动及在低负载工况运行时，由于前轴封处压力较低，无法保证后轴封密封的需要（有可能低于大气压），因此需由系统提供的平衡汽（略高于大气压）给予补充，这一路也接入汽封压力调整器中。当上端轴封蒸汽压力较低时，汽封压力调整器中的滑阀向上移动，下端腔室中的系统平衡汽的开孔增大，使较多的新蒸汽可以补充到轴封中，保证了轴封内空气不漏入后汽缸的情况。当上端轴封蒸汽压力较高时，汽封压力调整器中的滑阀向下移动，下端腔室中的系统平衡汽的开孔减小直至关闭，使新蒸汽进入到轴封中的汽量减少，且多余的蒸汽可直接排入排汽缸中，保证了轴封不出现蒸汽漏汽情况。

前后轴封第二段的空气与蒸汽漏汽的混合物与汽封压力调整器的系统平衡汽的抽气三者相连，接入系统的抽气管路中。

该汽封系统结构在某型船用汽轮机已成功应用，经过长时间的带载运行考验，结果表明该系统的安全可靠性，实用性高。

4 结论

通过将普遍采用的汽轮机汽封系统结构和采用汽封压力调节器后改进的自动调节系统的分析和比较之后，可以看到：

1）汽封压力调节器结构紧凑，功能集成，可大幅提高设备的自动化程度；

2）汽封压力调节器手动装置和自动装置之间可以相互切换，提高了该系统的可操作性和方便性；

3）该汽封系统合理的使用高压高温汽源，达到了能量梯度利用的效果；

4）该汽封系统较适用于变工况频繁的运行条件，且可根据蒸汽及油压的范围，调整平衡板的位置，适用范围较广。

[1]王东升,张巍,谢涛.汽轮机汽封蒸汽压力调节系统的探讨及优化[J].工业仪表与自动化装置, 2010,(4):83～87.

[2]余永明.基地式气控汽封压力调整器的新设计[J].上海汽轮机, 1995, (1):35～39.

[3]中国动力工程学会.火力发电设备技术手册[M].北京：机械工业出版社, 2007.

[4]蔡颐年.蒸汽轮机装置[M].北京：机械工业出版社,1988.

[5]祁卫民.DG385-185给水泵轴封系统的改造及效益探讨[J].四川电力技术 2003年,26(2):15～16.

中集来福士交付“新胜利一号”钻井平台

近日，由烟台中集来福士海洋工程有限公司建造的“新胜利一号”自升式钻井平台在烟台交付中国石油化工集团公司胜利石油工程有限公司。这是中集来福士交付的第七座自升式钻井平台。该平台由胜利石油钻井工艺研究院完成基础设计及详细设计，中集来福士完成施工设计及建造，设备国产化率达90%以上。

“新胜利一号”自升式钻井平台总长56米，型宽54米，型深5.5米，最大作业水深50米，最大钻井深度7000米，一次就位最多可钻30口井，定员100人，入级中国船级社。“新胜利一号”在其姊妹平台“胜利十号”基础上进行了优化和升级，舱室布局更加合理，同时增加了DCS+ESD系统，可实现设备远程诊断与应急控制。

“新胜利一号”在建造过程中大量采用新工艺、新技术，使平台施工质量符合和优于设计标准。该平台桩腿、悬臂梁及分段围井等主要结构，外观报验一次通过率达100%，无损检测（NDT）一次合格率达98%以上。在项目建造过程中，胜利油田现场团队与中集来福士项目建造团队一起攻坚克难，保证了平台建造施工的安全、质量和进度。

（作者：刘志良）

Improvement of Marine Turbine Seal System

ZHU Lei
(No.704 Research Institute, CSIC, Shanghai 200031, China)

In order to improve the architecture of commonly used steam seal system in marine turbine, steam seal pressure regulator is designed and applied.The integrated treatment of steam valve leak in shaft seal, main steam valve and regulator is achieved.The high-pressure leak source is rationally used, and the steam seal can be automatically adjusted according to the pressure, which achieve the higher automation degree and smaller installation space.The test on real ship proves the reliability and practical usage of the system.

marine turbine; steam seal

TK263.2

A

朱蕾（1983-），女，本科。研究方向：汽轮辅机设计研究。