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接觸式汽封— “ 王常春汽封 ” 在汽輪機低壓缸上的應用(刊登在《中國電力》2003年第4期上 )

發布時間:2011-01-08

接觸式汽封—“ 王常春汽封 ” 在汽輪機低壓缸上的應用

王常春 李五四

( 1. 哈爾濱通能電氣股份有限公司 黑龍江 哈爾濱 150090; 2. 霍州發電廠 山西 霍州 031413 )

摘要: 針對汽輪機采用的高低齒或斜平齒曲徑汽封,存在漏空漏汽的問題,首次在汽輪機低壓缸端部采用接觸式
無間隙汽封—— “ 王常春汽封 ” ,對提高汽輪機真空系統嚴密性起到了較好的作用。

關鍵詞:汽輪機;汽封結構改造;真空系統嚴密性;接觸式無間隙;王常春汽封;

Abstract:

    汽輪機凝結器真空系統嚴密性的好壞影響著汽輪機凝結器真空,從而影響汽輪機的經濟性。凝結器漏入
50Kg/h空氣時,凝結器真空下降 1KPa ,機組熱耗增加 0.6%-0.8% 。目前多數機組都達不到汽輪機嚴密性標準(
小于400Pa/min)。

    造成真空系統漏空的原因很多,主要有:系統管道、容器的焊縫開裂;系統閥門不嚴;以及高壓缸前汽封、
排汽缸前后汽封漏空等。為保證有較好的嚴密性,在機組檢修中都采用各種方法進行真空系統查漏堵漏工作,如
凝結器及系統注水查漏;調整汽封間隙;調整汽封供汽壓力等。對于查漏堵漏工作來說,只要反復細心地做,一
般都能夠消除系統的漏點,達到設備系統本身嚴密性的要求,唯獨對汽封裝置漏空問題還不能從根本上解決。

    為此,霍州發電廠與哈爾濱通能電氣股份有限公司合作,在霍州發電廠 3 號汽輪機低壓缸前后汽封上,首次
采用專利發明接觸式無間隙汽封——“王常春汽封”,對原汽封進行改造,投入運行后使真空系統嚴密性達 到

74.3Pa/min ,取得很好的效果。

1、傳統間隙汽封的結構特點

     汽輪機的汽封裝置,一般采用高低齒曲徑式結構或斜平齒結構,它是由許多依次排列的汽封齒和小汽室組成
。利用較多的汽封齒與軸之間較小的間隙,組成一個個的小汽室,使一定壓力的空氣(蒸氣),在這些汽室中逐
級降低壓力,阻止空氣漏入汽缸內。為了不使汽封齒與軸發生碰磨,這種結構的汽封間隙不可能做的很小,即為
間隙汽封,這就不可避免會泄漏。為此在設計時除了考慮汽封的結構外,還配置了汽封供汽系統,以達到減少漏
空量的目的。從供汽箱來的蒸汽進入汽封套的中段并分為 2 路,一路被吸入排汽缸;另一路溢出到汽封排氣系統
,即用蒸汽的漏入與漏出阻止空氣的漏入。但在實際運行中,這股汽封供汽壓力很難調得合適,供汽壓力大了蒸
汽漏到汽封體外,造成浪費或進入相鄰的軸承室內污染潤滑油,供汽壓力小時就會發生漏氣。雖然在汽封供汽系
統中,設置了壓力調節裝置,但其調節的依據只是以調節閥后的壓力為參考,不能滿足不同部位汽封的需要,所
以很難保證汽封不漏空。

2、接觸式無間隙汽封的結構特點

     根據傳統汽封存在間隙的結構特點,一直以來人們在試圖改變汽封齒的形式,增加齒數或縮小汽封與軸的徑
向間隙來阻止漏汽,但不論如何改進都不能從根本上解決間隙汽封的漏汽(空)問題。鑒于此種汽封不完善的結
構形式,設計一種無間隙汽封是非常必要的,即汽封齒與汽輪機軸(汽封套筒)保持接觸沒有間隙。這樣就能夠
在較小的供汽壓力下保證不向排汽缸內漏空,也不會向外漏汽。由于傳統的汽封齒為金屬材料,將其與軸摩擦勢
必發熱造成事故,同時也使汽封齒磨損,逐步又成為間隙汽封。所以在設計無間隙汽封時,選擇合適的汽封齒材
質及其結構形式、位置極為重要。要求汽封齒的材質既要耐磨又要較金屬軟一些,要求其結構能夠保證在與軸碰
磨時不發熱,且汽封齒可以彈性退讓,不至于與軸發生硬摩擦。根據這一要求設計出了接觸式無間隙汽封結構——“王常春汽封” 。

    接觸式無間隙汽封的汽封齒材料為非金屬材料,它可以耐溫 700 ℃,耐磨性好且具有自潤滑性能。它是裝在
原有的汽封套的槽道中,利用原來的汽封環彈簧片,將接觸式汽封環(體)向內推,保持在向心位置。接觸式汽
封齒裝在汽封環(體)的槽內也用一個彈簧將其向內推。定位螺釘安裝在汽封環的孔中,用來限制汽封環的壓出
量,設計限制壓出量為 0.5mm ,向后退讓量為 2.5mm ,即汽封環始終對軸有一個壓緊力,并且當汽封環磨損達
到 0.5mm 時,定位螺釘就限制汽封環繼續與軸摩擦。當汽輪機軸運行中產生振動或偏心時,汽封齒將隨著軸心位
置的變化向內壓出或向外退讓,使汽封齒始終與軸接觸保持無間隙。即使汽封齒磨損到一定程度時,軸與汽封齒
即達到似接觸非接觸,仍可保持無間隙狀態。

     接觸式汽封環的位置設置的不同所起的作用也不盡相同,若布置在外側(第四道),可以阻止外界空氣漏入
及內側蒸氣漏出,但當供汽壓力不足時會將抽汽器側的空氣倒吸回排汽缸內,仍然會影響真空。若布置在中間(
第三道),可以在供汽不足時阻止外界或抽汽器側的空氣被吸入,但不能阻止供汽的蒸汽被吸入排汽缸。高溫蒸
汽進入會增加凝結器的熱負荷,使排汽溫度升高,影響凝結器真空。而將接觸式汽封環布置在里側(第一道),
可以阻斷排汽缸與外界的聯系,既可以阻止外界空氣的漏入,又可以減少供入蒸汽的吸入量。這里說的減少吸入
蒸汽量,是指從接觸式汽封環接口,及與軸之間可能存在的不均勻間隙漏入的蒸汽。

3、汽封改造

     霍州發電廠3號汽輪機為哈爾濱汽輪機廠生產的 N100-90/535型,2002年6月由東方汽輪機廠對低壓缸進行改
造。在低壓缸改造過程中,霍州發電廠與哈爾濱通能電氣股份有限公司合作,利用他們的專利技術接觸式無間隙
汽封——“王常春汽封”,對汽輪機低壓缸端部斜平齒汽封改造,并結合該機汽封體實際結構尺寸和可靠性,將
接觸式汽封環布置在低壓缸前后汽封套的里側 ( 第一道 ) 汽封槽內,同時保持原汽封環的基本形狀,在其中間
裝置接觸式汽封環??悸塹皆杓頻?0.5mm 預壓緊量,對軸的摩擦力可能產生的不利影響,對原設計的結構進行
了改動,取消預壓緊量,即使汽封塊與軸保持零壓緊量。

     在原汽封環的中間加工一個“T”形槽,接觸式汽封環裝入“T”形槽中,其肩膀與“T”形槽接觸,裝配時以
“T”形槽限制接觸式汽封環的位置,以此配制接觸式汽封環與軸達到零間隙配合。保持原汽封環上的斜平齒的目
的是使其起到一定的阻汽的作用,假如接觸式汽封環出現磨損,原汽封環仍可保持間隙汽封的作用,進一步提高
了汽封結構的可靠性。

4、改造效果

•汽封改造前真空系統嚴密性為 1000Pa/min。經過對汽封環改造,機組啟動后進行了真空系統嚴密性試驗。試驗
時機組運行工況,負荷100MW,凝結器真空85.8KPa,前后汽封供汽壓力為12KPa。停止射水泵運行 6 分鐘,凝結
器真空下降到 85.4KPa ,即嚴密性為 66Pa/min在運行參數相同的工況下(射水泵運行),分別關閉低壓缸前后
汽封供汽門,直到汽封供汽壓力到零,凝結器真空沒有變化(實際運行中保持汽封供汽壓力為 3KPa 左右)。由

山西電力科學研究院進行的嚴密性試驗結果為 74.3Pa/min,達到優的標準(<133Pa/min )。

•改造前汽封供汽壓力為40KPa,汽封供汽流量為2900Kg/h,改造后汽封供汽壓力為3Kpa左右,汽封供汽流量為
1339.6Kg/h,減少1560.4 Kg/h。

•改造前須兩臺射水泵運行,改造后一臺射水泵即可保證凝結器真空達到****值。

5、結束語

    通過對霍州發電廠3號汽輪機低壓缸端部汽封改造及試驗,證明新型接觸式汽封起到了防止漏空漏汽的作用,
并且效果十分明顯,達到了預期的目的。為提高汽輪機真空系統嚴密性,找到了一種有效的解決途徑。是汽輪機
汽封結構的一項突破性技術創新,值得推廣應用。

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