電廠汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)

1、一、汽封概念在汽輪機(jī)穿出汽缸的地方, 動(dòng)靜部分之間的間隙設(shè)置軸封, 以減少蒸汽泄漏, 也稱汽缸端部汽封。軸封一般分若干段, 每段內(nèi)有多道汽封圈, 各段間有個(gè)蒸汽腔室, 通過管道將漏到腔室中的蒸汽疏走或向腔室中送汽。汽輪機(jī)軸封種類有傳統(tǒng)齒形汽封、布萊登汽封、蜂窩式汽封, 這些汽封有較厚的汽封齒, 汽封間隙較大, 為了大幅度減少漏汽量, 近期還出現(xiàn)幾種小間隙汽封, 如刷子汽封、柔齒汽封、彈性齒汽封。 汽封系統(tǒng)主要是向主汽輪機(jī)和給水泵汽輪機(jī)的軸封提供密封蒸汽, 收集汽封和汽閥門桿軸封腔的漏汽, 防止漏汽溢流至大氣。汽輪機(jī)盤車運(yùn)行后才能啟動(dòng)汽封系統(tǒng), 否則將引起轉(zhuǎn)子彎曲。軸封蒸汽壓力高于大氣壓的設(shè)正壓

2、軸封, 低于大氣壓的設(shè)負(fù)壓軸封, 正壓軸封防止蒸汽外漏, 回收工質(zhì)與熱量,保證機(jī)組安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行, 負(fù)壓軸封防止空氣漏入汽缸, 降低機(jī)組排汽真空, 增加抽氣器負(fù)荷, 降低機(jī)組效率。軸封蒸汽的泄漏量直接影響汽輪機(jī)的效率, 但汽封間隙也不可能無窮小, 我國早期某600 MW 機(jī)組曾因汽封間隙過小, 轉(zhuǎn)子與汽封發(fā)生動(dòng)靜摩擦, 引起機(jī)組投運(yùn)初期及投運(yùn)后多次碰摩振動(dòng)。汽輪機(jī)軸封設(shè)計(jì)時(shí), 應(yīng)考慮合理的汽封長度和間隙, 汽輪機(jī)安裝或大修時(shí), 也應(yīng)考慮新機(jī)組制造應(yīng)力釋放, 運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)汽封間隙會(huì)變化的因素, 應(yīng)按汽機(jī)廠設(shè)計(jì)值安裝軸封間隙。 二、汽封系統(tǒng)分類汽封系統(tǒng)主要有兩大類: 自密封系統(tǒng)和利用外部汽源供給密封用汽的

3、汽封系統(tǒng)。125 1 000 MW等級(jí)的汽輪機(jī)組多數(shù)采用自密封系統(tǒng), 100 MW 以下等級(jí)的汽輪機(jī)組有的采用外部供汽的汽封系統(tǒng),也有的采用自密封系統(tǒng), 當(dāng)高壓端軸封漏汽量能滿足低壓端軸封供汽時(shí), 可做到自密封。自密封汽封系統(tǒng)工作原理: 機(jī)組正常運(yùn)行時(shí), 低壓(缸) 軸封由高中壓( 缸) 第二段軸封漏出的蒸汽供給, 達(dá)到自密封, 多余的蒸汽溢流至凝汽器或低壓加熱器。大中型汽輪機(jī)組典型的自密封汽封系統(tǒng), 由軸封冷卻器、兩臺(tái)互為備用的風(fēng)機(jī)、汽封蒸汽供汽站、減溫器、Y 型蒸汽過濾器及管道組成。自密封汽封系統(tǒng)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)安全可靠, 工況適應(yīng)性較好。小型機(jī)組汽封系統(tǒng), 由均壓箱、壓力控制器、軸封冷卻器及管道

4、組成, 軸封冷卻器微真空的維持有的采用射水抽氣器, 也有的采用射汽抽氣器, 還有的采用軸封風(fēng)機(jī)。外部供汽汽封系統(tǒng)熱耗較大, 但管路簡單, 以小型汽輪機(jī)為主的生物質(zhì)發(fā)電廠仍有采用。小型背壓式汽輪機(jī)的汽封系統(tǒng), 無外部供汽汽源。 三、實(shí)例分析下面結(jié)合工程實(shí)例, 對(duì)不同等級(jí)和不同機(jī)型的汽封系統(tǒng)進(jìn)行分析。圖1為欽州燃煤電廠一期工程汽封系統(tǒng)圖。欽州燃煤電廠1、2 號(hào)機(jī)組均采用東方汽輪機(jī)廠N600- 24. 2/ 566/ 566 型凝汽式汽輪機(jī), 兩臺(tái)機(jī)組于2007年7月、1 1 月相續(xù)并網(wǎng)發(fā)電。自密封汽封系統(tǒng)的三個(gè)汽封蒸汽供汽站分別來自主蒸汽、輔助蒸汽和低溫再熱蒸汽。機(jī)組抽真空階段由輔助蒸汽供汽, 壓

5、力維持在約0. 122 MPa, 溫度為250; 機(jī)組沖轉(zhuǎn)到低負(fù)荷階段, 由輔助蒸汽和低溫再熱蒸汽聯(lián)合供汽,維持供汽母管壓力維持在約0. 122 MPa; 機(jī)組在25% 60% 負(fù)荷時(shí), 由主蒸汽和低溫再熱蒸汽聯(lián)合供汽, 維持供汽母管壓力約在0. 123 0. 127 MPa;負(fù)荷增加至大約60%時(shí), 高中壓缸軸封第二段漏汽量與低壓缸軸封需要的供汽量達(dá)到平衡, 形成自密封狀態(tài); 當(dāng)汽封供汽母管壓力升至0. 129 MPa 時(shí),溢流閥自動(dòng)打開, 多余蒸汽溢流去8 號(hào)低壓加熱器,當(dāng)8 號(hào)低加因滿水、抽汽管溫度超高或其他原因停運(yùn)時(shí), 蒸汽溢流去凝汽器, 低負(fù)荷下, 汽封排汽溫度超過低加允許值時(shí), 也

6、溢流去凝汽器。考慮轉(zhuǎn)子的材料承溫能力及壽命,冷態(tài)啟動(dòng)時(shí)防止轉(zhuǎn)子反復(fù)受大溫差引起熱疲勞裂紋, 供汽溫度應(yīng)控制在150260, 熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)轉(zhuǎn)子溫度較高,為了防止軸端冷卻, 出現(xiàn)較大負(fù)脹差, 供汽溫度要高一些, 一般在208 375, 極熱態(tài)啟動(dòng)時(shí), 可采用主汽供汽。若輔汽溫度超汽機(jī)廠的汽封供汽允許值, 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意在輔汽站前加減溫器。為了靈活可靠的控制供汽母管壓力并維持壓力穩(wěn)定, 供汽站及溢流站調(diào)門采用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu), 隔斷門采用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu), 并納入自動(dòng)化控制系統(tǒng)。 運(yùn)行中, 各供汽站調(diào)閥前的電動(dòng)隔斷門處于開啟狀態(tài), 供汽管道處于熱備用狀態(tài), 因此, 供汽站設(shè)有帶節(jié)流孔板的小管徑旁路。若供汽管道壓

7、力太低, 必要時(shí)開供汽站旁通門, 壓力太高, 必要時(shí)開溢流站旁通門。甩負(fù)荷時(shí),溢流調(diào)閥關(guān)閉, 由輔汽站供汽, 汽機(jī)廠要求凝汽器沒獲零真空前, 不得停運(yùn)汽封系統(tǒng), 以免冷空氣從軸封端吸入熱汽缸及轉(zhuǎn)子, 如果短時(shí)間停機(jī), 可不破壞凝汽器真空, 但需保持盤車和汽封系統(tǒng)運(yùn)作。供汽母管設(shè)安全閥和報(bào)警裝置, 以防調(diào)門失靈, 引起供汽母管超壓。漏汽母管95 kPa的微負(fù)壓由軸封冷卻器維持, 為了保證排汽順暢,風(fēng)機(jī)必須布置于封冷卻器上方, 并可遙控操作。如果供汽母管壓力過高, 或漏汽母管真空度不夠, 蒸汽會(huì)噴射入油環(huán), 使?jié)櫥桶樗榛?。?dāng)然, 汽封間隙過大也可能引起油進(jìn)水。 軸封各汽源及支管母管, 包括低壓

8、軸封均需要設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)。低壓缸轉(zhuǎn)子溫度低于高中壓缸轉(zhuǎn)子,所以引向低壓汽封的供汽母管上設(shè)噴水減溫器, 將汽溫降到160 210, 低壓汽封供汽管由凝汽器喉部內(nèi)部穿過, 得到低壓缸排汽及喉部噴水的冷卻, 經(jīng)內(nèi)置汽水分離器, 最終送入低壓缸軸封的汽溫不超過150。噴水減溫器噴水點(diǎn)后應(yīng)設(shè)計(jì)5 m 以上的直管段, 使噴水充分霧化, 疏水點(diǎn)應(yīng)設(shè)在噴水后2.5m 處, 噴水部位與低壓缸軸封間宜設(shè)計(jì)1315 m的管道, 防止噴水進(jìn)入軸封, 使轉(zhuǎn)子軸頸受到嚴(yán)重激冷。合山電廠改擴(kuò)建2330 MW 機(jī)組工程, 采用北京汽輪電機(jī)廠N330- 17. 75/ 540/ 540 型機(jī)組, 汽封供汽母管噴水減溫器后設(shè)外置立式

9、汽水分離罐( 布置于6.5 m 中間層) , 分離罐頂部排出的蒸汽送至低壓軸封, 底部排出的疏水接至疏水?dāng)U容器, 能夠較好地進(jìn)行汽水分離。欽州電廠一期, 主汽高壓調(diào)節(jié)閥、中壓聯(lián)合汽閥、BDV 閥和VV 通風(fēng)閥一段門桿漏汽接入汽封供汽母管, 高壓調(diào)節(jié)閥二段軸封漏汽去四段抽汽管道,三段軸封漏汽去低溫再熱蒸汽管道。不同機(jī)型的主汽高壓調(diào)節(jié)閥的門桿漏汽去處不同, 主要根據(jù)門桿漏汽壓力選擇, 如來賓電廠二期300 MW 亞臨界機(jī)組, 主汽高壓調(diào)節(jié)閥的二段門桿漏汽去低溫再熱蒸汽管道, 一段門桿漏汽接入軸封冷卻器, 廣東國華惠州大亞灣熱電一期300 MW 亞臨界機(jī)組, 主汽高壓調(diào)節(jié)閥的二段門桿漏汽去三段抽汽管

10、道。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照汽輪機(jī)廠要求, 選擇壓力稍微低的能夠讓門桿漏汽進(jìn)入的管道。 給水泵汽輪機(jī)要求的汽封供汽溫度較低, 由減溫器后引出供汽管路。若給水泵汽輪機(jī)要求的汽封供汽壓力、溫度與主汽輪機(jī)的低壓汽封母管參數(shù)不同, 引出的供汽支管應(yīng)另外設(shè)調(diào)節(jié)閥或減溫器, 不提倡設(shè)節(jié)流孔板, 其前后壓差是不穩(wěn)定的, 不能靈活地調(diào)節(jié)汽壓。合肥二電廠350 MW 機(jī)組給水泵汽輪機(jī), 要求的汽封供汽壓力較低, 由主汽輪機(jī)汽封引來的較高壓力的蒸汽只經(jīng)過一道節(jié)流孔板便接入軸封, 而實(shí)際上供汽壓力并沒有減低到要求值, 高壓的蒸汽沿轉(zhuǎn)子軸向穿透油封擋進(jìn)入前后軸承座中, 污染潤滑油。來賓電廠二期, 試運(yùn)行時(shí)也曾有潤滑油進(jìn)水的事

11、例, 因?yàn)楣艿赖牟贾脹]能做到十分順暢, 去高中壓缸軸封的供汽支管有1 個(gè)下凹段, 去低壓缸兩側(cè)軸封的供汽支管又有下凹段, 低壓缸兩側(cè)軸封漏汽支管仍然有下凹段, 監(jiān)理及調(diào)試單位對(duì)我院設(shè)計(jì)的汽封管道提出質(zhì)疑, 要求核算汽封系統(tǒng)的壓力,最后經(jīng)檢查, 發(fā)現(xiàn)發(fā)電機(jī)密封油控制裝置的真空抽氣裝置使用了水環(huán)式真空泵, 抽氣裝置跳閘后, 水環(huán)式真空泵的冷卻水倒吸入真空油箱, 使?jié)櫥瓦M(jìn)水。雖然此次油進(jìn)水主要原因不是汽封系統(tǒng)的問題, 但也給我們拉響了警鐘, 汽封系統(tǒng)的供汽漏汽母管、各級(jí)供汽漏汽支管的布置應(yīng)免出現(xiàn)袋形管段。 圖1:欽州燃煤電廠一期工程汽封系統(tǒng)圖四、汽封系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)小結(jié)(1) 汽封蒸汽管道布置坡度很大

12、, 在PDMS 中應(yīng)按放坡后的安裝態(tài)建模, 才能夠真正的檢查避免碰撞。(2) 盡量避免管道出現(xiàn)袋形布置, 管道疏水坡向汽源, 低位點(diǎn)及死端必需設(shè)疏水點(diǎn)。供汽管道減溫器下游設(shè)疏水罐。(3) 汽封系統(tǒng)疏水獨(dú)占一根疏水集管。(4) Y 型蒸汽過濾器的正確安裝方式。(5) 給水泵汽輪機(jī)汽封供汽管道從汽封供汽母管垂直段或水平管段頂部接出。(6) 注意轉(zhuǎn)子材料的溫度承受能力, 正常運(yùn)行時(shí)低壓軸封及給水泵汽輪機(jī)軸封的供汽參數(shù)匹配,冷熱態(tài)啟動(dòng)時(shí)軸封供汽的溫度不能超汽機(jī)廠允許最高溫度。(7) 汽封各管道設(shè)溫度測(cè)點(diǎn)。(8) 高壓軸封漏汽去抽汽管道時(shí), 插入點(diǎn)應(yīng)遠(yuǎn)離汽缸接口。(9) 要接入其他管道的主汽調(diào)節(jié)閥閥桿漏汽、高中壓缸前汽封漏汽管道應(yīng)加逆止門, 應(yīng)核對(duì)接納管道的壓力, 保證汽封漏汽能進(jìn)入接納管道。(10) 采用母管制的小機(jī)組, 前汽封一腔漏汽,應(yīng)避免接到除氧器加熱