鴻雁池電廠軸封隔板汽封改造方案

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鴻雁池電廠軸端汽封、隔板改造方案

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藍愛迪香港企業(yè)

北京藍愛迪電力技術(shù)有限公司

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總則：

汽輪機在實際運行中各項技術(shù)指標(biāo)與同類型的進口機組相差較大，特別突出的是煤耗率普遍偏高，機組經(jīng)濟效益不能得到充分發(fā)揮。完善改進機組性能，提高機組經(jīng)濟指標(biāo)，在提高企業(yè)經(jīng)濟效益方面占有十分重要的地位。而泄漏則是機組的一個老大難問題。機組的泄漏主要包含有輸氣管道各接口泄漏、閥門的泄漏及汽缸的內(nèi)漏與外漏等。對于汽輪機本身來講，減少蒸汽泄漏和提高蒸汽做功質(zhì)量是其中的兩項重要目標(biāo)。背景介紹：

原機組為哈汽200MW，由于汽缸變形，啟、停過程中機組振動增大，發(fā)生動、靜碰磨等原因，很簡單造成汽封磨損，其次汽封處轉(zhuǎn)子的直徑較大，間隙稍增大一點，漏汽面積增大較多，使靜葉汽封的漏汽隨汽封磨損增大加快。徑向間隙增大造成蒸汽旁路高、中壓缸及低壓缸，作功減少，未作功的蒸汽排至凝汽器。汽封漏汽短路本級不作功，而且這股汽流插入主流時會造成干擾，擾亂下一級入口汽流的滾動方向，產(chǎn)生汽輪機級的汽封漏汽損失。對級效率的影響較大，通流部分汽封間隙增加導(dǎo)致的漏汽量增加，是機組通流效率降低的主要原因。不同電廠同類型機組大修前后試驗結(jié)果說明，調(diào)整是否合理，可影響缸效率3-5個百分點左右，是汽輪機本體大修的重點。

藍愛迪電力技術(shù)有限公司在治理泄漏方面積累了大量經(jīng)驗并取得了一系列可喜成績。其中蜂窩式汽封是治理汽缸泄漏的一項措施。

梳齒式迷宮汽封分析：

由于設(shè)計水平受當(dāng)時設(shè)計和工藝制造水平的限制，機組的經(jīng)濟性相對較差，熱耗值較高；汽封結(jié)構(gòu)除高壓缸隔板汽封為鑲嵌式結(jié)構(gòu)外其余汽封均為滑道式梳齒式迷宮密封結(jié)構(gòu)(見圖一)；

圖一

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梳齒式迷宮汽封密封機理：

?節(jié)流效應(yīng)蒸汽通過密封齒時產(chǎn)生收縮，流束截面變小，減少了蒸

汽滾動的能量。??

熱力學(xué)交換效應(yīng)蒸汽通過腔室時，與室壁進行熱交換，減少了蒸汽滾動的能量。

磨阻效應(yīng)蒸汽通過局部磨阻和沿程磨阻綜合降低能量。

理論分析與實踐證明，梳齒式汽封要達到最正確的密封效果，必需做到以下幾點：(1)汽封齒尖越尖越好；

（2）汽封齒數(shù)越多越好；

(3)汽封與轉(zhuǎn)子的間隙越小越好。

其中(1)、（2）由于空間位置及加工工藝等因素的影響現(xiàn)實中很難做到，其(3)隨著密封間隙的逐漸縮小，汽封對軸振的干擾與影響也會越來越大，特別在機組啟停過程中，轉(zhuǎn)子的振動隨隨轉(zhuǎn)速上升逐漸加大，在過臨界轉(zhuǎn)速時達到最大，此時轉(zhuǎn)子的振幅尋常都超過了汽封間隙值。汽封會與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，轉(zhuǎn)子因碰磨受熱產(chǎn)生膨脹變形，轉(zhuǎn)子會因此產(chǎn)生彎曲，進一步加大轉(zhuǎn)子振動。當(dāng)機組進入穩(wěn)定運行時，汽封間隙已經(jīng)很大了。另外當(dāng)蒸汽通過普通梳齒汽封的密封腔室時，不僅以很大的軸向速度通過各腔，而且還具有相當(dāng)大的周向速度分量，在各腔中形成螺旋形的滾動方式；轉(zhuǎn)子與密封體在周向上的間隙不一樣（轉(zhuǎn)子在工作時的渦動運動，使周向間隙隨時變化）。密封腔室中的氣流的旋轉(zhuǎn)，使周向壓力分布的變化與轉(zhuǎn)子和密封腔之間間隙變化不完全對應(yīng)，最高壓力點滯后于密封腔最小間隙一定角度。這樣，流體作用在轉(zhuǎn)子上的力可分解成一個與偏置方向相垂直的切向力，該切向力將鼓舞轉(zhuǎn)子產(chǎn)生渦動（見圖二）。

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當(dāng)激振力達到或超過一定值時，就會使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生振動。正是由于這個原因，故設(shè)計梳齒密封時往往采取多加密封圈數(shù)及加大密封間隙的方法。運行一段時間后汽封磨損嚴(yán)重.汽封間隙加大，導(dǎo)致泄汽（氣）量加大，機組效率降低。

隨著生產(chǎn)實踐的證明與現(xiàn)代科學(xué)研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)梳齒密封有其自身無法戰(zhàn)勝的缺陷。主要存在的問題:

a)密封效果不佳。由于保存間隙過大及梳齒汽封本身設(shè)計特點,使內(nèi)耗

過大,能量損耗嚴(yán)重汽缸效率低。

b)蒸汽外漏,造成透平油乳化,危急機組安全運行。

c)梳齒汽封經(jīng)常性遭到破壞、碰磨,使振動加劇,加重了汽封的損傷。d)外漏造成軸承箱內(nèi)進汽，使油中帶水，破壞油質(zhì)，一些調(diào)理部套銹

蝕，影響機組安全。綜上所述，運用現(xiàn)代先進的密封技術(shù)對以上幾個關(guān)鍵地方進行全面系統(tǒng)的改造已勢在必行。

藍愛迪萊德蜂窩汽封：

蜂窩汽封的結(jié)構(gòu)特點是，將傳統(tǒng)汽封低齒車削，由蜂窩狀取代，蜂窩是由六邊形孔連片組成，六邊形單邊尺寸為1.6~3.2mm。由于具有較寬的密封帶，改變了傳統(tǒng)直形汽封低齒齒數(shù)由于受結(jié)構(gòu)限制（只能布置1~2齒）的缺點，仍保存汽封高齒。相當(dāng)于增加了汽封齒數(shù)量，加大了汽流阻力，提高了密封效果。蜂窩汽封退讓仍采用傳統(tǒng)汽封的背部板彈簧結(jié)構(gòu)，所以

安裝間隙一般取傳統(tǒng)汽封徑向間隙設(shè)計值的上限。與現(xiàn)傳統(tǒng)高、低齒結(jié)構(gòu)汽封相比，由于齒數(shù)量相對增加好多，從而密封效果大大提高，在啟動過程中可能會產(chǎn)生碰磨，但由于蜂窩材質(zhì)較軟，不會產(chǎn)生大的影響，如航空渦輪機(轉(zhuǎn)速40000r/min，工作溫度1000～1500℃)上采用，由于渦輪機結(jié)構(gòu)尺寸較短，無法設(shè)計退讓汽封，而采用固定的結(jié)構(gòu)，碰磨時損傷的是蜂窩汽封.國外在燃

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氣輪機、汽輪機、空氣壓縮機、小透平機、飛機發(fā)動機等多項領(lǐng)域已成功應(yīng)用證明：蜂窩密封有以下幾大密封優(yōu)勢：

1)雙向的高效阻尼效應(yīng)在梳齒迷宮中氣流周向旋轉(zhuǎn)運動是誘發(fā)機組軸系自激振動的原因之一，蜂窩密封的軸向網(wǎng)格可以有效阻止這股氣流的滾動，可以使自激振動減小到最小。另外沿軸向向外滾動的氣流在流經(jīng)蜂窩帶時亦受到蜂窩帶上的徑向網(wǎng)格的阻尼，泄漏阻力增大，泄漏減少。

2)高效熱力學(xué)效率此效應(yīng)原理同梳齒迷宮的類似，只是氣流在進入各個小蜂窩格內(nèi)時，增大了氣流與汽封圈的熱交換面積，使氣流的滾動能量大量減小。同時由于氣流在進入各個小蜂窩格內(nèi)時會形成渦旋，把氣流向前的速度轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)的速度，從而減少向前的動能，所以蜂窩汽封在同等軸向長度的密封范圍內(nèi)，泄漏量自然最小。

3)高效收縮效應(yīng)流體流經(jīng)蜂窩帶中的每個小網(wǎng)格與軸之間的微小間隙時由于制造蜂窩格子板材厚度只有0.05mm，流體產(chǎn)生收縮，流束截面變小，引起蒸汽的渦流和摩擦等局部阻力損失，使流過網(wǎng)格的蒸汽壓力低于網(wǎng)格進汽壓力，減小了蒸汽滾動的勢能。

4)高效阻透氣效應(yīng)在一般直通迷宮中，由于通過縫口后的氣流只能向一側(cè)擴散，在膨脹室內(nèi)不能充分地進行這種速度能向熱能的轉(zhuǎn)換，而靠光滑壁一側(cè)有一部分氣流速度不見小或者只略為減小，直接越過各個齒頂流向低壓側(cè)，這種一掠而過的現(xiàn)象稱之為透氣效應(yīng)。試驗證明，蜂窩密封可以使氣流的動能充分向熱能之轉(zhuǎn)換，可有效地減小透氣效應(yīng)所帶來的泄漏。

5)氣旋效應(yīng)由于軸系的高速旋轉(zhuǎn)，使氣流成螺旋方式向前滾動，在特別氣流流經(jīng)蜂窩帶時，被蜂窩帶上的無數(shù)六角網(wǎng)格所分解，被分解的氣流在網(wǎng)格的微小空間形成一氣柱，（見下圖）此氣柱的“剛度〞隨著螺旋氣流的強弱而強弱。這樣，在軸與蜂窩帶形成若干道氣簾，這些氣簾可以高效地阻止蒸汽的向外滾動。另外，正是由于這些“氣柱〞的存在，使軸與氣缸殼體之間架起了一道道軟性的支撐，其可有效地提高軸的穩(wěn)定性，使軸的振動進一步降低。

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主汽溫度修正系數(shù)再熱汽溫修正系數(shù)再熱器壓損修正系數(shù)汽輪機背壓修正系數(shù)參數(shù)修正后熱耗℃℃%kPakJ/kW.h544.930.9980535.321.000457.600.99787.051.0158235545.890.9976536.461.000257.650.997855.181.00168207542.670.9986539.660.999727.600.99784.961.00048182541.04545.17