关于300MW机组汽轮机汽封漏气量大的分析和处理

郝文强

摘要：汽轮机汽封漏汽量大是比较常见的问题，主要针对轴封漏汽量大进行深入分析并且提出合理的对策及可行性建议，确保发电厂稳定

运行。

关键词：汽轮机 汽封 漏汽 问题分析 改造建议

引言：在火力发电厂的日常生产过程中汽轮机是一个相当重要的设备，是发电机组的心脏，与电厂的运行的可靠性及经济性息息相关，汽轮机的主要作用就是将锅炉产生的热能转变为发电机所需要的机械能，对整个发电厂的生产起着至关重要的作用。而汽轮机的汽封又是对整个汽轮机安全稳定运行起着至关重要的作用，现在多数汽轮机采用梳齿型汽封，这一现象导致汽封间隙在现有的条件下，不能进一步优化，汽封漏汽得不到有效的调整和改善。汽轮机汽封常见的漏汽现象是普遍也是常见的问题，要想针对存在的问题进行改进，就必须从根本出发，对设备的结构重新梳理，对存在的典型问题进行分析，制定出相应的对策，确保电厂能够稳定生产，避免由于设备故障而导致的供电可靠性下降的情况发生。

1、汽轮机汽封的重要性

东汽300MW汽轮机汽封为梳齿型汽封，在机组正常运行当中汽封间隙过大会导致前轴封冒汽，中间级间漏汽过大会影响经济性，后轴封漏空气会掉真空。汽封间隙过小会动静摩擦，转子局部受热等等，易引起振动、差胀等一系列问题。

1.1 汽封改造：在传统刷封的基础上，增加滞后型刷式密封，在常规密封的基础上增加汽体减压仓和汽体滞后腔室。前挡板的高度改变并增加汽体减压仓，汽体经过前挡板前齿后产生折射，进入汽体减压仓形成汽体多方向流动，从而达到对汽体的降压效果;增加汽体滞后腔室使刷丝层的丛林效应加大，汽体在滞后腔室与刷丝的紊流效果更明显，减少了刷丝与挡板的摩擦力，增加刷丝的弹性，使刷丝密封更能适应转子的偏移或热变形，具有更好的密封特性和使用寿命。

1.2刷式汽封基本结构及原理：由前挡板、后挡板及二者之间有序紧密排列的刷丝层（刷丝的直径一般为0.08～0.16mm，周长方向排列密度为120～250根/mm;刷丝的径向长度一般为2.5～12mm）组成，采用电子束焊接方式的熔焊工艺，将前挡板、刷丝层、后挡板沿外径焊接一体。刷丝层排列时与转子半径方向成一定的角度（倾角30°～60°），每根刷丝就是一端为支点的梁，刷丝具有弹性可顺着转子的旋转方向顺着刷丝角度瞬间偏移。通过径向压力梯度引起的径向流动改变倾角来补偿间隙，刷丝的这种动态过程被称为压力闭合效应（blow dowm），该效应能使刷封具有较好的密封特性。

1.3 刷丝的选择：刷丝材料和转子涂层材料的合理组合是保证密封稳定、安全运行的关键。国内转子表面普遍未经表面喷涂处理，采用的刷丝材料不能完全搬照GE推荐参数设计，可采用GE推荐的镍基合金制造，避免钴基材料过高的高温温度对转子的损伤。参照GE公司推荐的镍基合金，结合国产转子表面状态和使用温度，推荐采用A-286镍基合金。A-286镍基合金500℃时拉伸强度为常温时的87%，使其具有很好的高温合金和抗氧化能力，如使用温度低于Ni-Ni3S2共晶645℃，其抗热腐蚀性能与钴基相似。

1.4 刷式汽封各部件材质选用

根据GE公司介绍，用于CrMoV合金转子密封的刷丝材料，根据使用温度的不同，推荐采用钴基合金和镍基合金。刷丝材料和转子涂层材料的合理组合是保证密封稳定、安全运行的关键。国内转子表面普遍未经表面喷涂处理，采用的刷丝材料不能完全搬照GE推荐参数设计，可采用GE推荐的镍基合金制造，避免钴基材料过高的高温温度对转子的损伤。参照GE公司推荐的镍基合金，结合国产转子表面状态和使用温度，推荐采用A-286镍基合金。A-286镍基合金500℃时拉伸强度为常温时的87%，使其具有很好的高温合金和抗氧化能力，如使用温度低于Ni-Ni3S2共晶645℃，其抗热腐蚀性能与钴基相似。

2、汽封改造的必要性

2.1 高中压前轴封改造的必要性：高中压部分汽封工作压差大，温度高，蒸汽焓降大;加之高压缸本身的效率较低，高压前轴封离轴瓦近，汽封间隙可以调节到更小。高压轴封的改造还能杜绝轴承箱油中带水现象，相对来说改造是很有必要的。

2.2 高中压后轴封改造的必要性：该处压力较大，密封齿较少，泄漏比较明显。且离轴承近，振动小，改造成刷式汽封后可以把间隙放到设计值的下限，因此能较为完全地控制泄漏。

2.3 高压缸叶顶汽封改造的必要性：高压缸蒸汽压力比较大，由于叶顶汽封间隙较大，漏气将会影响到下一级的进气量，漏到下一级的蒸汽同时又改变了正常的进气方向，由于刷式汽封有别于传统汽封的优越性，在降低对转子伤害的同时，能有效的减小径向间隙和通流面积。从而可以達到减小漏气量，提高高压缸效率的目的。

2.4 中压缸隔板汽封改造的必要性：参照高压缸改造的结构，改造中压缸隔板汽封，能有效降低漏气量，提高中压缸效率。

2.5 高压进汽、排汽平衡盘汽封改造的必要性：两处工作压差均非常大，进汽平衡盘位置处于转子的中部，普通的梳齿汽封是不可能把间隙装小的，因此该处的间隙一般很大;又由于压差大，所以该处泄漏量非常大，经常造成蒸汽短路。改造进汽平衡盘位置对于高压缸的效率高低起着决定性的作用。

2.6 中压进汽平衡盘汽封改造的必要性：由于该处紧邻高压进汽平衡盘，温度高、压差大是泄漏的主要通道，所以此处的汽封改造十分有必要。

2.7 低压隔板汽封改造的必要性：根据汽轮机实际结构以及单肩汽封的固有特点，将低压隔板汽封每道迎汽侧第二道齿改为刷齿;低压部分转子直径大，蒸汽的温度和压力都比较低，蒸汽焓降小。总的来说就低压缸而言有以下的特点：

1）做功份额大。在额定工况条件下，功率占整机功率的43%以上;

2）每级做功的能力大;如末级和次末级叶片每级的功率约为12MW左右;

3）压差小，温度低。改造风险小;

4）设计径向间隙大。因低压缸采用钢结构焊接，变形大，检修时一般不调小间隙;

5）低压动叶长在离心力的作用下动叶会变长，无法准确估计正常运行时的间隙;

6）静叶根部汽封为单肩汽封。

综上所述，减小间隙对于提高低压缸效率作用明显，利用刷封的特性可以将间隙调小至设计值的1/2-1/3左右。低压隔板汽封刷式改造的基本思路就是将原汽封宽度适当加宽，在两齿之间镶入刷环，即在原来汽封上增加一道刷齿。改造成刷式汽封后，因刷丝优异的弹性和回弹性;在机组启动时，刷丝的弹性能躲避机组的振动，即使碰磨上，接触产生的力量也会很小，不会对机组的运行构成安全隐患。而机组稳定运行后，刷丝的回弹性能快速的跟上转子，恢复到原来的间隙，使得机组的效率得到保证。

2.8 低压缸前后轴封改造的必要性：低压轴封的主要作用是防止外界空气进入汽缸内，造成机组真空下降。汽轮机的真空问题一直是电厂的一个复杂的系统问题，往往真空度低找不到其真正的原因，而轴封是其中一个比较容易忽视的地方。低压轴封的改造还能有力的减少轴封供汽室的压力。

3、预期效果：汽轮机生产制造厂根据该汽轮机的热力平衡系统特点，应用费留格尔公式计算得出各部位的漏汽量。

G=3.6*π*D*δ*G为漏汽量（t/h）δ为汽封径向间隙（m）

汽轮机汽封漏汽对机组经济性影响，是根据对应于汽封两端蒸汽比焓降和汽封漏汽量的计算求得的。结合行业多年改造经验，换算成煤耗至少可降低3g/KW·h左右，折合煤耗6000吨左右，综合节能效果明显。

参考文献

[1]东方汽轮机有限公司 D300AE-B00001AZM（R02） 汽轮机主机证明书（R）德阳;东方汽轮机厂，2012

[2]东方汽轮机有限公司 D300AE-000100SM 汽轮机产品说明书（R）德阳;东方汽轮机厂，2012

[3]常悦.刷丝变形及摩擦热影响下刷式密封性能的数值分析[华东理工大学，2018.]