布萊登汽封在上都電廠的應用 改好

1、 分類號:學校代碼: 10128UDC:學 號:20082083 碩士學位論文類 別: 工程碩士題 目：布萊登汽封在上都電廠的應用 英文題目: Application of the Bladen steam sea in ShangDu Power研究生：馮潤富學科名稱：動力工程指導教師：田瑞 教授二一二年十二月內蒙古工業(yè)大學工程碩士專業(yè)學位論文原創(chuàng)性聲明本人聲明：所呈交的學位論文是本人在導師的指導下進行的研究工作及取得的研究成果。除文中已經注明引用的內容外，論文中不包含其他人已經發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得 內蒙古工業(yè)大學及其他教育機構的學位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志

2、對本研究所做的任何貢獻均已在論文中作了明確的說明并表示謝意。學位論文作者簽名： 指導教師簽名： 日 期： 日期： 摘 要由于國際能源價格的不斷上漲,國內的煤炭價格也大幅攀升,節(jié)約能源、降低企業(yè)成本成為各企業(yè)緊迫的任務。從電力行業(yè)自身的實際出發(fā)，通過設備改造，可以提高機組經濟性，起到節(jié)能降耗的目的。汽輪機動靜部件之間的汽封是直接影響汽輪機安全、經濟運行的重要部件，尋求更為合理的汽封結構和更佳的阻汽效果，一直是國內外汽輪機專家們探索追求的目標。本文針對內蒙古上都電廠#2汽輪機傳統(tǒng)背撐彈簧梳齒式汽封在運行中出現(xiàn)的磨損，造成漏汽量大使機組熱耗增大、汽封更換量大等影響機組安全、經濟運行的問題進行了分析。

3、論證了用布萊登汽封替換傳統(tǒng)汽封的可行性，并在此基礎上提出了上都電廠#2汽輪機布萊登汽封改造的方案，對改造方案實施后的運行安全、經濟性效果進行了計算及分析評價。關鍵詞：布萊登汽封 改造 經濟性比較AbstractDue to rising international energy prices, domestic coal prices have also risen to any significant extent, saving energy, Reducing Enterprise cost enterprises an urgent task. Proceeding from the

4、actual conditions in the power industry itself, through equipment improvement, you can improve unit economy, energy saving and consumption reduction goal. Turbine steam seal between dynamic and static parts are direct influence of Steam Turbine safety, an important part of economic operation and see

5、k more rational steam seal bus structure and better deterrent effect, has been at home and abroad turbine experts probe into the goal.This article for both Inner Mongolia ShangDu Power Plant No. 2 turbine traditional backstay spring comb - type steam seal gland and wear occurring in the operation, c

6、ausing leakage Ambassador units increased the heat and steam seal replacing a large amount of influence of unit safety and economic operation analysis of the problems. Demonstrates using Bladen steam seal feasibility of replacing the traditional seal, and on this basis raised on the power plant No.

7、2 turbine Bladen steam seal improvement scheme, after the implementation of the reconstruction plan of running safety, calculation and analysis of the economic effect evaluation.Key words: Bladen steam seal modification Economic Comparison目 錄第一章 緒論11.1研究的目的和意義11.2國內外現(xiàn)狀1第二章 汽輪機汽封簡介32.1汽封的定義32.2汽封的種類3

8、2.3迷宮式汽封漏汽量的計算72.4汽封間隙的選擇92.5布萊登汽封簡介10第三章 上都電廠原有汽封存在問題及原因分析163.1內蒙古上都電廠概況163.2存在問題分析17第四章 改進效果及分析224.1 #2機組布萊登汽封改造情況224.2 #2機組布萊登汽封改造后效果分析244.3布萊登汽封改造后的運行注意事項26第五章 結論與展望285.1結論285.2展望28參 考 文 獻30致 謝32個 人 簡 介33第一章 緒論第一章 緒論1.1研究的目的和意義汽輪機作為火力發(fā)電廠的三大主設備之一，汽輪機效率很大程度影響了電廠的經濟效益，通過設備技術改造和完善機組運行方式，來提高機組運行效率成為有

9、效途徑。汽輪機由于汽封間隙過大所引發(fā)的漏氣量增加，占整機組通流熱效率損失的80%以上，所以縮小汽封間隙，減少汽輪機通流漏氣損失，對提高機組運行效率至關重要。由于技術進步與發(fā)展，現(xiàn)代汽輪機通流葉型設計和制造技術已達日臻完善的程度。為進一步提高通流效率，世界各大制造部門在通流汽封結構設計方面作了大量的工作和改進，并取得明顯成效。機組啟、停或出現(xiàn)振動而汽封不受磨損，正常運行汽封間隙在最合適的狀態(tài)。使機組在整個大修期內運行不致因汽封磨損導致效率下降，能保持機組長期的高效率運行，甚至延長機組大修周期和縮短大修工期，提高企業(yè)效益等問題，已引起廣泛關注。布萊登汽封自1995年由美國布萊登工程公司引入我國以來

10、，迄今已有百余臺各式機組采用了布萊登汽封技術，歷經十年，先后有數臺機組經歷一次甚至兩次以上大修揭缸的檢驗，眾多實踐已充分證明了布萊登汽封具有良好的經濟性和運行的安全可靠性。哈汽135機組、聯(lián)合循環(huán)、上汽的超臨界600MW和超超臨界600MW機組均已整機配套采用布萊登汽封。由于該型汽輪機結構的特殊性，作為解決上述問題的重要技術措施之一，對能否采用布萊登汽封和該技術使用情況以及用戶所關注的問題進行探討。1.2國內外現(xiàn)狀布萊登汽封是1989年由美國布萊登工程公司創(chuàng)始人Ron.Brandon提出并完成技術設計，1995年引入我國，同年9月在河南首陽山電廠#2機組首次采用，機組大修后一次啟動成功，并于1

11、997年1月通過了由原國家電力部安生司組織的專家現(xiàn)場專項揭缸檢查，檢查結果表明：汽封無磨損，彈簧工作正常，完全達到技術設計要求。截止到2007年5月，國內共有190余臺60660MW機組成功地采用了布萊登汽封技術。在不同電廠決定是否采用該項技術的可行性研究分析時，所關注的首先是安全性問題，為檢驗使用效果，1997年1月11日由原電力部安生司組織十六個單位對其進行現(xiàn)場揭缸檢查，當時該機組大修后已運行9618h，完成發(fā)電量16.2億KW.h，共經歷啟、停6次，其中冷態(tài)2次，熱態(tài)4次，沒有發(fā)生汽封發(fā)面的故障和異常，汽輪機的振動、脹差、軸向位移等數據均正常。組織及參加單位，對于現(xiàn)場揭缸檢查結果和結論形

12、成了紀要。確定了該技術使用效果。隨后，首陽山電廠1號，焦作電廠16號200MW機組等電廠相繼采用該項技術進行了汽封改造。據不完全統(tǒng)計，截止2001年6月?，F(xiàn)國內已在6300MW不同類型及容量機組上使用該技術，改造臺數達65臺。這些機組中有的已進行過大修。經過12次大修的機組，如首陽山1、2號機，焦作電廠4、5號機，電廠反映，揭缸檢修未發(fā)現(xiàn)有汽封磨損情況，大修也可不對汽封間隙進行修刮和調整及更換。改后的機組中，如首陽山、新余、盤縣、焦作、南山等電廠進行過的熱力試驗結果表明，與以往大修后的結果相比較，高、中壓缸效率有不同程度提高，機組熱耗率確實下降不小，最大的熱耗率下降269.3kj/（KW.H）

13、。而且，南山電廠還專門在高壓缸前軸封漏汽管上設計、安裝了蒸汽流量孔板，測量軸封漏流量。由于沒有改前數據，只能與設計值比較。設計1.23t/h ，實測0.76t/h，相對下降38%，這在各電廠不同容量和類型機組的考核試驗結果中，還不多見。該機組為50MW燃氣蒸汽聯(lián)合循環(huán)機組，承擔調峰任務，頻繁啟停調峰運行，至今軸封漏汽量基本保持不變。3第二章 汽輪機汽封簡介第二章 汽輪機汽封簡介2.1汽封的定義汽輪機有靜子和轉子兩大部分。在工作時轉子高速旋轉，靜子固定，因此轉子和靜子之間必須保持一定的間隙，不使相互摩擦。蒸汽流過汽輪機各級工作時，壓力、溫度逐級下降，在隔板兩側存在著壓差。當動葉片有反動度時，動葉

14、片前后也存在著壓差。蒸汽除了絕大部分從導葉、動葉的通道中流過做功外，一小部分會從各種間隙中流過而不做功，成為一種損失，降低了機組的效率。 轉子還必須穿出汽缸，支撐在軸承上，此處也必然要留有間隙。對于高壓汽缸兩端和中壓汽缸的前端，汽缸內的蒸汽壓力大于外界大氣壓力，此處將有蒸汽漏出來，降低了機組效率，并造成部分凝結水損失。在中壓缸的排氣端和低壓缸的兩端因汽缸內的蒸汽壓力低于外界的大氣壓力，在主軸穿出汽缸的間隙中，將會有空氣漏入汽缸中。由于空氣在凝汽器中不能凝結，從而降低了真空度，減小了蒸汽做功能力。為了減小上述各處間隙中的漏氣，特安裝防止泄漏的裝置來提高汽輪機的工作效率，這種裝置通常稱為汽封。2.

15、2汽封的種類汽封封從結構原理上講，一般分為三種類型，即：迷宮式汽封、炭精環(huán)式密封和水環(huán)式汽封，炭精式密封和水環(huán)式密封屬于接觸式密封，僅在小功率機組上使用，而廣泛使用在大功率汽輪發(fā)電機組上的是非接觸式的迷宮式汽封。圖2-1幾種迷宮式汽封示意圖（a）平齒迷宮式汽封 （b）分級迷宮式汽封（c）雙分級迷宮式汽封迷宮式汽封又稱為拉別令汽封或曲徑汽封，上圖是幾種迷宮式汽封的示意圖，其工作原理是：迷宮汽封是由許多尖齒和兩齒之間的環(huán)形汽室組成的，汽封齒有高有低，正好和軸封套上的高低臺階相對應。漏過軸封的蒸汽就在這曲折的路徑上通過。蒸汽流過汽封齒尖的最小間隙處，通道面積變小，流速加快、壓力降低。蒸汽進入汽封齒后

16、邊的汽室，容積突然擴大，產生渦流和碰撞，動能全部消耗，轉為熱能，在此壓力下自行加熱，其焓沿等壓線又恢復到原來的數值。可見蒸汽通過汽封的過程是壓力逐漸降低、焓值保持不變的節(jié)流過程，如圖2-2所示。蒸汽在汽封前壓力為p0,溫度為t0。通過一道汽封齒后，壓力降至p1，然后在第一道汽封齒后的汽室里，蒸汽又在等壓下自行加熱到原來的焓值。每經一道汽封齒，就重復一次上述過程，直至蒸汽壓力降到汽封后邊的壓力pz。可見，每道汽封齒都分擔一部分壓降。因為各汽封齒尖間隙與齒尖對應的環(huán)形面積都大致相等，即：A1=d11 A2=d22 所以 1=2= A1=A2=A由連續(xù)方程可知，通過各汽封齒環(huán)形面積的流量qm都相等。

17、其表達式為 qm/A=c/v 式1隨著蒸汽在汽封內壓力降低，焓降、比容逐級增大，流速c必然越來越高。 由方程 qm=Ac/v可知，為減少漏汽量，可以減少漏汽面積A，既減少漏汽間隙。但太小，會發(fā)生汽封齒與軸之間的摩擦，引起事故，故一般在0.350.5mm之間。汽封齒越多（當然超過臨界值后就不行了），每個齒分擔的壓降就越小，這就是迷宮汽封能減少漏汽的原因。圖2-2 迷宮汽封熱力過程根據汽封裝設的位置不同，汽封又分為下列幾種： 葉柵汽封：主要密封的位置包括動葉片圍帶處和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向以及動葉片根部和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封。隔板汽封：隔板內圓面之間用來限制級與級之間漏氣的汽封。

18、軸端汽封：在轉子兩端穿過汽缸的部位設置合適的不同壓力降的成組汽封。由于裝設部位不同，密封方式不同，采用的汽封形式也不盡相同，通常葉片汽封和隔板汽封又稱為通流部分汽封。汽輪機的通流部分汽封主要作用是減少蒸汽從高壓區(qū)段通過非做功區(qū)段漏向低壓區(qū)斷，保證盡可能多的蒸汽在通道內做功。葉柵汽封相對于隔板汽封和軸端汽封，其汽封前后壓差較小，裝設部位狹小，因而結構簡單，一般情況葉頂徑向汽封梳齒嵌壓在靜止件上，它與圍帶維持著較小的間隙，構成簡單的葉頂軸向汽封。低壓長葉片的往往不裝設圍帶，采用減薄葉片的頂部厚度，縮小頂部間隙的辦法減小漏汽。葉根汽封一般有葉根直接車出齒尖與靜止件構成。對于大型汽輪發(fā)電機組，由于軸向

19、長度較長，設置動葉葉根軸向汽封已失去意義，就將動靜葉根汽封改為徑向汽封，保證了軸向膨脹不受影響，又起到汽封作用。隔板汽封相對與葉柵汽封，其前后的壓差大，汽封梳齒較多，結構較為復雜。最常見的汽封結構為，有裝在隔板內孔的汽封圈和轉子上的凸臺形成。其中汽封齒可直接和汽封圈一體車出，也可利用鑲嵌的辦法將梳齒固定在汽封圈上。汽封圈沿圓周分成幾段，有隔板水平結合面處裝入隔板T型槽內，并用彈簧板將其壓住，在T型槽的側面開有小孔，運行時，蒸汽進入槽內，對汽封圈產生附加力，是汽封圈始終向心。一般大型汽輪機組都采用彈性隔板汽封，梳齒呈現(xiàn)高低分布，蒸汽在汽封中流動成曲折形。隔板汽封的徑向間隙一般選用0.40.7mm

20、之間，軸向的間隙可依據通流部分的軸向間隙考慮原則選取。圖2-3汽輪機通流部分汽封的示意圖本汽輪機的葉柵汽封采用多齒汽封和橢圓汽封，在葉頂處安裝兩個高齒和兩個低齒，形成迷宮效果以減小漏汽，因汽缸熱變形主要在垂直方向上的。橢圓汽封間隙在上下方向的間隙較大，而兩 側間隙相對較小，這樣，由于磨擦引起的轉子振動發(fā)生的可能性就大大減小。汽輪機通流部分示意圖見圖212。隔板汽封裝在隔板內孔的汽封槽內，全周分六塊，每塊各用1片彈簧片向心頂住。高中壓缸、低壓A缸各級汽封采用高低齒結構，低壓B缸各級采用平齒汽封，上隔板兩側汽封塊用銷釘鉚死在隔板內，并用樣沖鉚死。隔板汽封有適當的退讓間隙，當轉子與汽缸偶有少許碰觸時

21、，可不致?lián)p傷轉子或導致大軸彎曲。 汽輪機軸端密封裝置有兩個方面的功能，一是在汽輪機壓力區(qū)段防止蒸汽外泄，確保進入汽輪機的全部蒸汽都沿汽輪機的葉柵通道前進做功，提高汽輪機的效率；二是在真空區(qū)段，防止汽輪機外側的空氣向汽輪機內泄，保證汽輪機組有良好的真空，降低汽輪機的背壓，提高汽輪機的做功能力。一般情況下每一個汽缸都有一組軸封，每組軸封有多段軸封組成，并配有相應的供汽系統(tǒng)。圖213是高低壓缸軸端密封的系統(tǒng)示意圖。圖214某東方機組汽封組結構圖。圖215是某東方機組高壓缸端部汽封組結構圖。圖24汽輪機軸封示意圖軸端密封的形式一般分成鑲片式汽封和梳齒式汽封兩種。鑲片式汽封主要是有鑲于轉子和汽封圈上的梳

22、齒、汽封圈、汽封體組成，汽封圈分段裝設在水平中分面的汽封體的T形槽中。這種汽封結構。由于制造工藝和材質的原因運行中往往發(fā)生汽封被吹倒和局部脫落的現(xiàn)象，達不到預期的目的。梳齒形汽封的結構和隔板汽封的結構相同，根據汽封齒安裝的位置不同，分成了三類：1）、汽封齒安裝在轉子上；2）、汽封齒安裝在靜子上；3）、汽封齒在定、轉子上均安裝。主要優(yōu)點是結構簡單，便于加工，材質可以選用剛性較高的金屬。但這種汽封齒在摩擦時容易使轉子局部過熱而發(fā)生轉子彎曲的現(xiàn)象。2.3迷宮式汽封漏汽量的計算當一段軸封前的蒸汽狀態(tài)、軸封后壓力以及主要幾何參數（如漏汽面積、軸封齒數等都給定時，軸封漏汽量將有一確定的值。下面分別對蒸汽通

23、過軸封最后一片孔口時未達臨界速度和已達臨界速度兩種情況下的漏汽量進行討論。（1）最后一片軸封孔口處流速未達臨界速度。環(huán)形孔口前后的壓差用p表示，p=px-1-px。由于p很小，蒸汽通過孔口時比容變化不大，因此可近似地按不可壓縮流體來處理，這是氣流通過孔口的流速為：（21）式中，x為環(huán)形汽室x處的蒸汽密度。通過孔口的漏氣量Gl可根據連續(xù)方程求得（22）進一步演化后可得（23）式中，Al為軸封孔口漏汽面積；l為軸封孔口漏汽流量系數。考慮到通過每片軸封的Gl相等，環(huán)形孔口的面積Al相同，同時，環(huán)形汽室中的蒸汽狀態(tài)在一條等比焓線上，則px-1/x-1=p0/0=常數，所以（24）則（25）從式中可以看

24、出當Gl/l*Al和p0、0為定值時，孔口前的壓力px-1越低，壓差就越大，因而孔口中的比焓降h也越大，這與前面討論的基本原理是一致的。當有z片軸封時，可寫出z個方程，相加得（26）可用積分式近似地寫為 （27）則通過環(huán)形孔口的漏氣量為 （28）上述計算公式適用于環(huán)形孔口間隙出未達臨界速度的漏氣量計算。（2）最后一片軸封孔口處的流速已達臨界速度，根據前面分析知道，在軸封孔口處如果有達到臨界速度的地方，那么此地必在軸封最后一片孔口處。也就是說，當pz/p0很小而軸封片數z又不夠多時，最后一片孔口的壓力比可能等于或小于臨界壓力比。這是對最后一片孔口來說，通過的漏氣量應是臨界流量。下面近似確定曲徑軸

25、封最后一片孔口出現(xiàn)臨界速度的條件。根據噴嘴臨界流量公式，當最后一片軸封孔口流速達到臨界速度時，軸封漏氣量Glc為 （29）又因為p0/0= pz-1/z-1=常數，故有 （210）對于最后一片軸封孔口以前的各片孔口，流速都未達到臨界速度，因此，應按亞臨界條件下的漏汽公式計算，但應把軸封片數z改成（z-1）： （211）根據流量不變的條件，Gl=Glc，則有 （212）由于多片軸封孔口節(jié)流作用，蒸汽在曲徑軸封的出口處，一般總是過熱的，k=1.3得（213）若最后一片軸封孔口流速達到臨界速度，則其壓力比為（214）（215）該式就是確定臨界流速在最后一片軸封孔口中是否出現(xiàn)的判別式。當軸封片數z已知

26、時，若壓力比 ，則則軸封漏汽量Gl=Glc；若壓力比 ，則軸封漏汽量GlGlc。根據上述討論克制，當軸封前蒸汽狀態(tài)p0、0，軸封后壓力pz，軸封片數z，軸封環(huán)形孔口面積Al以及軸封流量系數l已知時，就可進行曲徑軸封漏汽量的計算。2.4汽封間隙的選擇2.4.1汽封徑向間隙 如果粗略選取徑向間隙，可用計算公式=0.001d+(0.10.2)mm(為間隙值，為考慮軸的直徑、汽封的結構及材料、汽封距支持軸承的支持軸承的形式及轉子轉動方向等諸多因素。設計時可按下列數值選取(中、低壓汽輪機取較小值)：軸端汽封和隔板汽封的徑向間隙：鑲嵌片式為0.250.70mm(用黃銅或德國銀作汽封片時取較小值)；整車式為

27、0.400.70mm；薄片式為0.400.65mm；樅樹形為0.250.50mm。當采用圓柱形或橢圓形支持軸承且轉動方向為順時針時，左側徑向間隙應比右側的大00.20mm，高壓前汽封及高壓級隔板汽封下部徑向間隙應比兩側的大0.20.3mm。圍帶汽封徑向間隙：1.52mm。圍帶鉚釘頭與汽封體的徑向間隙：2.53.5mm。2.4.2通流部分和軸向間隙 通流部分和汽封軸向間隙值的選取以正常和事故情況下動、靜部分不發(fā)生軸向摩擦為原則，這一間隙值可以根據運轉狀態(tài)下轉子和汽缸的熱膨脹計算、隔板撓曲計算和汽輪機啟停時最大溫差所引起的脹差估算求出，也可參照汽輪機運行經驗決定。一般，軸向間隙的布置趨勢由推力軸承

28、往后逐漸增大。目前，為了提高大容量汽輪機的啟停性能，縮短啟停時間，某些制造廠采用了放大通流部分和汽封軸向間隙，保持較小的汽封徑向間隙，葉根部位設置徑向式汽封等設計方案。2.5布萊登汽封簡介2.5.1 布萊登汽封的工作原理布萊登可調式汽封是美國布萊登工程公司專利產品，全世界以有500多臺大小容量汽輪機成功的采用了該技術。該技術經過運行幾年后開缸檢查，證明汽封確實在運行中伸縮自如，而且未被磨損。因此可以說這一技術的有效性和可靠性已經被實踐所證實了。布萊登汽封弧段結構與傳統(tǒng)汽封弧段基本相同，只是進汽面上銑出一道引汽槽，其目的是使汽封弧段背面壓力（汽封體溝槽內部壓力）等于進汽側壓力。而在必要汽封弧段的

29、端面上鉆孔裝入螺旋圓柱彈簧，其上下汽封環(huán)中間各有兩只螺旋圓柱彈簧，共四只。彈簧的推力使得汽封弧段在沒有蒸汽壓力時呈開啟狀；汽封弧段與汽封體之間一般設計有3mm的退讓距離，故汽封齒與軸就有3mm以上的間隙。因此，布萊登可調式汽封設計不同于原有的傳統(tǒng)汽封的設計，主要區(qū)別在于用四只螺旋圓柱彈簧，取代了十二片平板彈簧片。（圖2-5）圖2-5 啟機時的布萊登汽封當汽輪機尚未進汽時，傳統(tǒng)汽封環(huán)是閉合狀態(tài)，而布萊登汽封是張開狀態(tài)，汽輪機啟動后，蒸汽流量逐漸增加，作用于可調式汽封弧段背面的壓力會逐漸大于作用在正面的壓力，產生一個壓差（圖2-6）。圖2-6 壓力分布圖當這個壓差達到能克服螺旋彈簧的推力時，汽封環(huán)

30、就閉合，使汽封齒與軸的間隙變小，達到按設計值所調整的數值。圖2-7 正常工作時的布萊登汽封停機時，進汽量逐漸減少，當流量減到一個數值時，也就是2%時，螺旋彈簧的推力大于壓差、摩擦力、弧塊重力等，就使汽封環(huán)張開。因此，經過精密計算而設計的各級汽封螺旋彈簧可以使各級可調式汽封按照需要，在不同的蒸汽流量下，逐一關閉，使整個過程平穩(wěn)有序的進行。汽輪機進行汽封改造，并非所有的汽封都必須改造為布萊登汽封。在高中壓缸的前后兩端軸封中最靠外面的三擋汽封必須保持原結構。這是因為如果最外一擋完全張開，那么許多雜物和潤滑油會被吸入真空部分；第二擋如果完全張開，就會使引入的密封蒸汽被吸入主凝汽系統(tǒng)；而第三擋如果是完全

31、張開的話，那么在啟動前抽真空時就難以保持汽缸內的密封性。結合實際情況，因為軸兩端的汽封都十分靠近軸承，因此在這些部位的振幅比較小，汽封也不易于被軸所磨損，所以無須改為可調式汽封。2.5.2布萊登汽封特點2.5.2.1經濟性影響汽輪機本體運行經濟性有如下幾方面：化學沉積、葉片侵蝕、機械損傷、汽封間隙漏汽，其中汽封漏汽損失通常占整個通流效率損失的80左右（詳見下圖）；所以，減少通流漏汽損失，對提高機組運行經濟性至關重要。化學沉積 9.1%表面侵蝕 4.9%機械損傷 2%汽封(含葉頂汽封)漏汽84% 圖2-7 汽輪機本體運行經濟性(1)布萊登汽封提高機組運行效率，主要體現(xiàn)在： A. 級間汽封漏汽的減

32、少提高了級效率和整機效率。 B. 軸封漏汽的減少增加機組做功能力。 C. 汽封漏汽量的減少，減少了漏汽對主流場的擾動，從而提高機組的運行效率。（2）減少機組啟動次數，降低啟動成本 A.布萊登汽封較大的啟動間隙，能夠確保一次啟動成功，避免了因動靜碰磨造成的多次啟動所增加的直接燃料費用。 B.縮短大修周期和無須更換汽封備品費用2.5.2.2技術經濟效果持久性汽輪機在啟動和運行中，機組部分部件會發(fā)生復雜的熱應力變化，所以，汽輪機要預留有足夠的間隙，避免動靜碰磨發(fā)生惡性事故，而實際上，最大動靜間隙的要求是在機組啟停機過臨界尤其是熱態(tài)啟動時，這時機組是小蒸汽流量，布萊登汽封是處于張開張態(tài)，能夠最大限度的

33、滿足機組對間隙的要求，過臨界后汽封開始逐級關閉，并始終保持最小工作間隙運行。布萊登汽封原理優(yōu)勢是任何傳統(tǒng)結構型式汽封無法比擬的，而且技術經濟效果持久。改裝布萊登汽封的機組大修揭缸時，汽封是否磨損就能斷定，汽封無磨損，汽封間隙就不會增大，機組就有較好的經濟效果。很多布萊登汽封改造的機組都已經歷過大修，最為明顯的特點是不用再更換汽封弧塊。也就是說采用布萊登汽封將一勞永逸。2.5.2.3有效提高機組運行的安全性眾所周知，90%以上大軸彎曲是由于摩擦振動引起的，且基本上發(fā)生在啟停機過程中。因為汽輪機在啟動過程中，由于轉子受熱不均引起彈性彎曲，或者由于轉子自身不平衡而產生異常振動，以及因汽缸受熱不均，上

34、下缸溫差過大，引起汽缸變形或拱背彎曲，都可能導致動靜部位間隙消失而造成摩擦，使得大軸彎曲。在停機過程中，汽缸、轉子溫度較高，因任何意外原因，汽缸內進入冷水而產生變形，軸封間隙消失，無法進行盤車，也會造成轉子彎曲事故。從布萊登可調式汽封的設計思路及工作原理可知，它是通過改變汽輪機啟停及運行時的汽封狀態(tài)，來維持汽封齒與軸的徑向間隙。在定速以前，布萊登可調式汽封為全開狀態(tài)單側間隙達到3mm以上，換句話說，如果轉子振動或熱彎曲超過3mm以上，才可能會造成動靜間隙消失產生磨損。因此，可以講布萊登可調式汽封具有避免動靜碰磨造成大軸彎曲事故發(fā)生的比較先進的汽封。布萊登汽封通過在機組啟、停機過程中的自動關閉與

35、張開，有效地避免了汽封與轉子的碰磨，因此，對提高機組運行安全性方面具有如下特點：（1）主動安全性特點。這主要體現(xiàn)在機組在啟機過程中，在彈簧張力的作用下汽封主動遠離轉子，使機組啟動更加平穩(wěn)順暢。（2）被動安全性特點。這主要體現(xiàn)在機組在機組在事故狀態(tài)下可有效避免事故擴大化。布萊登汽封是靠作用在汽封背部的蒸汽壓力克服彈簧的張力而處于關閉狀態(tài)的，當機組突發(fā)事故時，機組自動切斷蒸汽，此時，通流部分蒸汽壓力驟減，布萊登汽封失去了作用在汽封背部的蒸汽壓力，汽封在彈簧張力的作用下迅速張開，避免了轉子惰走時與汽封發(fā)生碰磨，從而有效的防止轉子彎曲、“抱死”等惡性事故的發(fā)生。（3）減少軸封漏汽，避免油中含水現(xiàn)象，減

36、少機組運行安全隱患。（4）轉子運行更加平穩(wěn)。（5）對于國產引進型300MW機組，可減少或避免上、下缸溫差大及缸體變形大所帶來的機組安全隱患2.5.2.4有效提高機組運行的經濟性汽封工作間隙的減小，無疑能夠提高機組運行的經濟性。布萊登汽封經濟性主要體現(xiàn)在：（1）減少級汽封的泄漏量汽輪機高中壓缸的級間漏汽減少,就能顯著提高機組熱耗率.（2）減少葉頂阻汽片的泄露量因為可調式汽封在汽機啟動階段不至于發(fā)生由于汽封齒摩擦而產生的瞬時彎曲現(xiàn)象,所以葉頂阻汽片不會被圍帶磨損,從而減低了級間泄漏.汽輪機這部分損失比汽封損失要大得多.（3）減少高中壓缸之間中部汽封的泄漏對于高中壓合缸的汽機而言,高品質的新蒸汽通過

37、中間汽封漏入低壓再熱蒸汽區(qū)是一種損失.以為漏過去的蒸汽并沒有在高壓缸的各級作功,減少其至阻擋中間汽封的泄漏能顯著增加高壓缸的效率.(4)增加調節(jié)級后的壓力 經常發(fā)現(xiàn)汽輪機調節(jié)級后壓力會比設計值低,這是因為一部分蒸汽從級后區(qū)通過葉輪和軸封間隙泄漏了出去,以至高壓第一級的效率進一步下降?？烧{式汽封能減少此種泄漏而使調節(jié)級后壓力接近設計值。(5) 減少汽輪機的過分通流量由于泄漏太大，汽機在一定功率的蒸汽流量也會超過設計需要量。這就會引起由于節(jié)流過大而引起高壓缸效率有所損失。(6) 汽輪機內效率有所穩(wěn)定從歷次汽輪機大修中可看出，傳統(tǒng)汽封在啟停機過程中都會存在汽封磨損，即使大修中經過精心調整，汽封間隙調

38、得再理想，也只能保持較短時間的高效率。而可調式汽封避免了啟停過程中汽封齒與軸的摩擦，因此，能使汽輪機長期達到高效穩(wěn)定運行。由于上述效果，一臺汽輪機進行布萊登可調式汽封改造后，可提高汽輪機效率12%。布萊登汽封改造均是在機組大修過程中完成的，通過布萊登汽封改造所產生的機組效率提高效果往往包含在大修整體效果之中，難以從中定量的分離出來。近年來，許多電廠（尤其是國產引進型300MW機組的電廠）為進一步確定布萊登汽封的改造效果，采用大修前、后做對比實驗的方法，針對國產引進型300MW機組，測試高中壓間漏汽量，確定布萊登汽封改造的技術經濟效果。數據表明，這些機組高中壓間的漏汽量有了明顯的降低，達到或接近

39、設計值，并持久保持此效果。實踐證明，通過布萊登汽封的改造，機組的經濟性有了明顯的提高。2.5.3布萊登汽封對機組性能影響的計算汽封漏氣量計算公式是 （216）其中：-流量系數；與汽封結構形式有關。 F-間隙面積；F=D 其中：D-汽封直徑； 汽封間隙； Z-汽封齒數； P1,V1-進口壓力，比容； P2-出口壓力；影響漏氣量的各項參數中的熱力參數僅與工況有關，而更換布萊登汽封不改變結構形式和直徑，只改變間隙。更換汽封后漏氣量僅與間隙的改變有關。所以這里計算主要汽封間隙每減少0.1mm的影響。額定工況下，假定每一處汽封間隙比設計之減少0.1mm，對整個機組進行全面詳細計算，得出機組效率、功率和熱

40、耗相對于設計值的變化。當汽封間隙比設計值大得不太多時，可以用下面的計算結果來估算間隙變化的影響。當汽封間隙比設計值大一倍以上時，其影響要比估算值大2030%。15第三章 上都電廠原有汽封存在問題及原因分析第三章 上都電廠原有汽封存在問題及原因分析3.1內蒙古上都電廠概況上都電廠位于內蒙古自治區(qū)錫林郭勒盟正藍旗政府所在地上都音高勒鎮(zhèn)東南約2.5千米處，南距北京市的250千米，西距集寧市250千米，北距錫林浩特市210千米。一期2X600MW直接空冷機組已于2006年9月投產發(fā)電，二期2X600MW直接空冷機組，于2007年8月投產發(fā)電。上都發(fā)電廠#2機為東汽產600MW汽輪發(fā)電機組，型號為NZK

41、600-16.67/538/538,亞臨界、一次中間再熱、單軸三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽輪機。設計額定功率為600MW，最大連續(xù)出力（T-MCR）664.83MW。汽輪機總級數為38級，高壓轉子有9級，其中第一級為調速級，中壓轉子有5級，低壓轉子有2*2*6級。汽輪機采用高中壓缸合缸結構，兩個低壓缸為對稱雙流反向布置。隔板汽封采用橢圓汽封，見圖3-1所示。圖 3-1 橢圓汽封結構示意圖動葉采用自帶冠結構，葉冠頂部設置了徑向汽封，動葉根部設置了根部汽封，見圖3-2。所有隔板的中分面都設置有密封鍵并用螺栓緊固，以利于提高隔板整體剛性和中分面的汽密性。高中壓及A低壓隔板汽封采用高低齒迷宮式汽封，B

42、低壓部分由于機組脹差較大，采用平齒汽封。所有汽封圈均為彈簧分段式汽封圈，固定在相應隔板的環(huán)槽內。汽封圈分成幾個弧段，每段由板彈簧片支承汽封弧段重量，汽封結構示意圖見圖3-3。圖 3-2 徑向汽封和根部汽封圖3-3 高中、低壓隔板汽封結構簡圖上都電廠汽輪機原有汽封為梳齒型汽封，汽封間隙設計就比較大，設計間隙上 1.10.3mm、下0.9mm、左0.38mm、右0.38mm，機組安裝時施工隊伍安裝一般取設計值上限，便于機組啟動試運交接。在實際運行中，由于汽封弧塊、彈簧片長期處于高溫高壓的蒸汽中，工作環(huán)境惡劣、本身的材質等一系列問題的存在，在檢修中發(fā)現(xiàn)汽封弧段被結垢卡死，彈簧片彈性不良；造成汽封間隙

43、發(fā)生變化。特別是汽輪機在啟停過程中，由于汽缸內外不均勻受熱而產生的變形，會導致轉子與汽封齒發(fā)生局部摩擦，這種摩擦使轉子發(fā)生瞬時彎曲現(xiàn)象而進一步加劇了動靜摩擦，尤其是過臨界轉速時，轉子必然有較大的振幅。這些原因都會使得汽輪機一經啟動，就不能保持汽封設計中所規(guī)定并在安裝時以調整好的汽封間隙。使汽輪機汽道不正常，汽道不正常泄露所造成的損失，可高達汽道全部熱效率損失的80%，在高壓和中壓缸中，由于汽封和葉頂汽片的過度磨損，間隙過大而引起的損失，竟大于所有其它汽道損失的總和。因此汽輪機級間漏汽量大，會使汽輪機的效率降低。3.2存在問題分析3.2.1機組運行狀況分析：3.2.1.1啟動中轉子振動，特別是過

44、臨界轉速時振動加大，從而造成動、靜摩擦。有的機組，汽封退讓間隙設計偏小，造成汽封嚴重磨損。汽封弧塊外徑側的干板彈簧片運行一段時間后，性能惡化，起不到應有的作用。3.2.1.2局部摩擦的熱不均勻性造成轉子暫時性彎曲，這樣，勢必使振動進一步加大，從而造成動、靜摩擦。3.2.1.3靜子部件(內缸、隔板及汽封體)受熱不均勻，造成變形，使汽封弧塊安裝槽不圓度增大，導致局部間隙減小，引起摩擦。 基于上述原因，汽輪機在啟動和停機過程中由于振動和變形等原因，致使傳統(tǒng)結構汽封摩擦，動、靜部分間隙增大，從而導致汽輪機運行效率下降。3.2.2改造前各監(jiān)視段參數分析：改造前#2機組各監(jiān)視段參數（壓力、溫度）均高于同負

45、荷下設計值，尤其汽輪機第126段抽汽溫度比設計值高出較多。充分說明高中低壓缸效率明顯低于設計值。如下表：表3-1 #2機組各監(jiān)視段參數對照表#2機組461MW各監(jiān)視段參數（滑壓14.4Mpa）實際值設計值壓力MPa溫度壓力MPa溫度一抽5.063914.51377.9二抽3.113292.85316.5三抽1.834151.69474.9四抽0.913630.88377.8五抽0.302440.32252.6六抽0.152200.176187.4#2機組506MW各監(jiān)視段參數（滑壓15.4Mpa）實際值設計值壓力MPa溫度壓力MPa溫度一抽5.534075.08375二抽3.413433.21

46、314三抽2.04841.9474四抽0.993700.98377五抽0.332500.35251六抽0.162250.198186從機組熱耗試驗結果也可以看出各段抽汽壓力均比設計值高，1-3段抽汽溫度也高出設計值10以上，高排溫度比設計值高出20以上，說明缸體內部存在內漏現(xiàn)象，如下表：表3-2 #2機組熱耗試驗結果：試驗工況/510MW試驗時間/08.12.26主汽壓力MPa(A)15.77主汽溫度536.56高排壓力MPa(A)3.55高排溫度338.42再熱壓力MPa(A)3.37再熱溫度527.67排汽壓力kPa(A)15.75一段抽汽流量t/h105.26二段抽汽流量t/h79.56

47、三段抽汽流量t/h78.17四段抽汽流量t/h99.25主凝結水流量t/h1441.74最終給水流量t/h1552.51給水流量(CRT)t/h1359.08主汽流量t/h1759.7主汽流量(CRT)t/h1640.92不明漏率%0.64試驗熱耗kJ/kwh9191.47因為間隙大，汽輪機熱耗增加，汽輪機缸效率降低，發(fā)電煤耗升高，效益降低。為減少軸封漏汽損失，降低機組熱耗，提高機組內效率，保證改造經濟效益的持久，以及提高機組啟停過程中的安全性，將高中壓缸汽封整體改造為布萊登汽封。3.2.3預期經濟效益分析3.2.3.1計算方法布萊登汽封改造經濟性計算分為端軸封和隔板汽封兩大部分，具體計算原理

48、、依據如下：汽輪機軸封漏汽對機組經濟性影響，是根據對應于汽封兩端蒸汽比焓降和汽封漏汽量的計算求得的。 汽封經濟性計算中，各處汽封間隙值大修前預估為1.0mm和0.8mm，布萊登汽封改造后的間隙值取至0.30-0.40mm 比焓降見熱平衡圖。汽封漏汽公式為： （31）其中：F汽封漏汽面積，為流量系數。嚴格的隔板汽封漏汽量計算需較多基礎數據，如葉型、通流結構尺寸、各部分的熱力參數等，本次改造方案關于隔板計算是對比300MW機組和經驗數據，所做出的估算。表3-3 隔板汽封漏汽量計算部 位熱耗降低kJ / (kW.h)折合標準煤g/（kW.h）高壓前軸封10.460.35高壓后軸封9.210.29高中

49、壓間汽封15.220.52高壓隔板汽封11.880.38中壓隔板汽封6.560.23高中壓葉頂汽封21.500.68合計74.832.45 布萊登汽封改造最優(yōu)方案（高中壓缸含葉頂 汽封），改造后的預期效果可以使熱耗下降74.83 kJ/kw.h，發(fā)電煤耗下降2.45g/kW.h, 按等效年利用小時數6000、標煤價格250元計算，年節(jié)約煤量8820噸，直接效益為220萬元。如果只改造27圈布萊登可調式汽封的預期效果：熱耗降低 53.33 kJ / (kW.h),折合煤耗 1.77 g/（kW.h）上述只是一種比較保守的估算方式。3.2.3.2綜合評定經濟性所獲得的收益可分為兩個方面：3.2.3

50、.2.1布萊登汽封改造經濟性主要體現(xiàn)：A機組發(fā)電煤耗率的降低。B機組帶負荷能力增強，相同閥位及參數下運行，機組功率增大。C備品配件所節(jié)省的費用。3.2.3.2.2間接收益：A機組啟停順暢，減少啟動次數，有效避免機組運行安全隱患。B機組在大修后普遍存在的內效率下降快的問題得到改善，可長時間保持較高的運行效率。31第四章 改進效果分析第四章 改進效果及分析4.1 #2機組布萊登汽封改造情況4.1.1 #2機組布萊登汽封改造具體方案為減少漏汽損失，降低熱耗，提高機組內效率，保持改造經濟效益的持久，以及提高機組啟停過程中的安全性，將高中壓缸汽封整體改造為布萊登汽封。汽封改造方案中對隔板及端部汽封進行優(yōu)化的同時，對于高、中、低壓所有隔板（除低壓末級外）葉頂汽封也同時要求進行改造，大修時復測各級隔板葉頂徑向間隙，對于實際間隙超出設計間隙范圍中值以上者，通過更換葉頂汽封片后重新加工，使其徑