50MW汽轮机轴端汽封改造.pdfVIP

莱钢科技 2 0 1 1年 4月 5 0 MW 汽轮机轴端汽封改造 曹志军，曹西忠，高洪军， 王 站， 冯慧平 ( 能源动力厂 ) 摘 要 ： 针对 5 0 MW 汽轮机轴端汽封 漏汽( 气) 严重的问题 ， 首次在汽轮机 高压、 低 压端部轴 封中采用新型蜂 窝式汽封 ， 对消除漏汽( 气) ， 提 高汽轮机真 空系统严密性 以及提 高机 组运行 安全性 起 到 了较 好 的作 用 。 关键词 ： 汽轮机梳齿汽封真空系统蜂窝式汽封 0 前言 莱钢能 源动力 厂 5 0 MV 高温 高压 汽轮机 于 2 0 0 7年投产发 电， 为青汽生产的第 4台 5 0 MW 机 组 ， 其高、 低压轴封以及隔板 、 叶顶汽封全部采用梳 齿式汽封 ， 由于机组设计不完善 、 运行负荷调整频繁 等影响， 一直存在间隙大 ， 经济性差 ， 易磨轴 的缺陷 ， 同时轴封漏汽还 造成油 中带水 、 真空 降低 等问题。 尤其是机组采用低压透平油电调系统 ， 调速系统用 油与润滑油为同一油源 ， 油 中带水将 严重威胁调速 系统安全运行 。因此对汽轮机高、 低 压轴封进行改 造尤为必要。结合 中修 ， 采用先进的蜂 窝式汽封对 汽封进行 了改造 ， 运行实践表 明应用新 型汽封后汽 轮机运行安全性 、 经济性都显著提高。 1 梳齿式汽封与蜂窝汽封的比较 1 1 梳齿式汽封结构 、 特点 梳齿式汽封的密封机理为通过逐步扩容增加阻 尼来达到减少和防止蒸汽泄漏及空气漏人汽缸 的作 用。每圈汽封分成六个汽封块 ， 每个汽封块 的背部 装有两个弹簧 ， 弹簧将汽封块呈弹性 的压 向汽轮机 转子 ， 使得汽封齿与转子轴径向间隙保持最小值 ， 通 常为 0 60 9 2 5 I n m， 以防止蒸 汽外 漏 ， 造成 油 中 水 。 在实际运行中， 由于汽封弧段 、 弹簧长期处于高 温高压的蒸汽中， 工作环境恶劣 ， 本身的材质等一系 列问题的存在， 在检修 中容易发生汽封弧段被结垢 卡死 ， 弹簧片弹性不 良、 失效 ； 造成 汽封 间隙发生变 作者简介 ： 曹志军( 1 9 8 2一) ， 男 ， 2 0 0 6年毕业 于山东科技 大学热能与 动力工程专业。助理工程师 ， 主要从事热动机械技术 管理工作 。 化 。特别是汽轮机在启停 过程 中， 由于汽缸 内外不 均匀受热而产生的变形 ， 或过临界转速时， 转子振幅 较大等原因， 均可能导致转子与汽封 齿发生局部摩 擦 ， 这种摩擦使转子发生瞬时弯曲现象 ， 进一步加剧 了动静摩擦 。这样汽轮机启动后 ， 就不一定能保持 汽封设计 中所规定并在安装 时已调整好 的汽封 间 隙， 从而导致蒸汽不正常泄漏损失。 图 1 普通梳齿式汽 封示 意 此外梳齿密封在小间隙时蒸汽流经汽封时其螺 旋气流周 向速度分量易引起轴振 。 从汽轮机轴激 振原 因分析 示意 图 ( 图 2 )可 见 ，当蒸汽经过梳齿轴封时气流形成螺旋状 ，分解 后形成轴 向以及周 向的两个运动分量 ，其 中周向运 动分量由于轴封问隙的影响会形成对汽轮机轴径 向 的一个作用力 ，这个力超过一定值将导致汽轮机转 子 自激振动 ，对汽轮机安全 稳定运行造成较 大威 胁 a 气流流动模型 b 气流对转子的作 用力 图 2 轴激振原 因分析 6 5 曹志军 ， 等 ： 5 0 M W 汽轮机轴端汽封改造研究 第 2期( 总第 1 5 2期 ) 1 2 蜂窝式汽封结构特点 、 工作原理 高低齿式蜂窝汽封是蜂窝技术和迷宫汽封的完 美结合 ， 其密封效应是迷宫效应和蜂窝效应的综合 组成 ， 是高效性 、 稳定性和安全性 的完美结合， 主要 设计思想是在原疏齿结构 中保留高齿 ， 在低齿地方 用蜂窝带填满 ， 蜂窝带是 由正六面体形状的蜂 窝孔 规则排列 ， 由厚度仅为 0 0 5 0 2 0 m m的海斯特镍 基耐高温合金薄板( H a s t e l l o y X) 在特殊成型设备 上制成的正六面体 网格型材 ， 再经特殊焊接设备焊 接而成的。其芯格尺寸为 0 86 mm， 蜂窝深度为 1 6 6 m m， 芯格尺寸越小 ， 板材越薄。根据密封环 体尺寸制作成的蜂窝带， 在真空钎焊炉中通过真空 钎焊技术被焊接在母体密封环上 ， 即形成了蜂窝式 汽封 。蜂窝式汽封示意图见图 3 。 图 3 蜂窝式汽封示意 蜂窝式密封结构的优点 ： 1 ) 双向的高效 阻尼效应在梳齿迷 宫 中气 流周 向旋转运动是 引发机组轴 系 自激振的主要原 因， 蜂窝密封的轴向网格可 以有效阻止这股气流的 流动， 可以使 自激振动减小到最小 ； 另外沿轴向向外 流动的气流在流经蜂窝带时亦受到蜂窝带上的径向 网格 的阻尼 ， 泄漏阻力增大 ， 泄漏减少。 2 ) 高效热力学效应气 流在进入 蜂窝格 内 时，增大了气流与汽封圈的热交换面积 ，使气流 的流动能量大量减小 ，同时由于气 流在进 入各个 小蜂窝格内时会形成涡流 ，把气 流 向前的速度转 化成旋转的速度，从而减少向前的动能，降低了 泄漏量。 3 ) 高效收缩效应流体流经蜂窝带中的每 个小网格与轴之间的微小间隙时产生收缩， 流束截 面变小 ， 引起蒸汽的涡流和摩擦等局部阻力损失 ， 减 小了蒸汽流动的势能。 4 ) 气旋效应由于轴系的高速旋转， 使气流 成螺旋方式 向前流动 ， 在特殊气流流经蜂窝带时 ， 被 蜂窝带上的无数六角 网格所分解 ， 被分解的气流在 网格的微小空间形成一气柱 ， 此气柱的“ 刚度” 随着 螺旋气流的强弱而强弱。 由于蜂窝诸多优 良密封性能 ，故对 汽轮机的 轴端阻漏起到了非常好 的密封 效果。而且试 验表 明汽轮机转速愈 高 ，效果愈好 ，汽封两端压差越 高 ，密 封效 果 愈佳 。同时 密封 带 是钎 焊 于轴 封 上 ，钎焊料选取的合理及焊接工艺的好坏直接影 响钎焊质量 ，焊接不好 ，导致焊透率低 ( 蜂窝带 与轴封的结合率)焊接变形大等缺点 ，焊接温度 在 9 0 0 o C以上 ，焊 透率 保证 在 9 0以上 ，以确 保机组的安全运行 。 2高、 低压轴封的改造方案 5 0 M W汽轮机高压轴封由四个汽封体组成， 共 有 l 4道汽封环 ， 而低压轴封 由两个汽封体组成 ， 共 有 4道汽封环 。通过论证为保证改造效果 ， 以彻底 消除轴封漏气决定 l 8道汽封全部更换为新型蜂窝 式汽封。更换时轴上原凸台式结构形状仍保留不 变， 即汽轮机转子、 原汽封套及退让弹簧保持不变， 只需要将原梳齿汽封块拆掉， 换上严格按照尺 寸加 工的蜂窝式汽封块即可。 3 实施效果 从蜂窝式密封与梳齿式密封试验对 比曲线可以 看出密封间隙方面梳齿密封对安装间隙的要求 比蜂 窝密封要严 ， 蜂窝密封 的泄漏曲线较梳齿密封 的平 缓 ； 介质压力方面蜂窝汽封对压力 的灵敏度较梳齿 汽封的要迟钝 。 泄 漏量与 间隙的 关系曲线 泄漏量与压力 关系曲线 图 4 蜂 窝式密封与梳齿式密封试验对 比 通过计算表明在同等间隙、同等密封宽度的前 提下，蜂窝密封较传统梳齿密封的泄漏量减少 5 0 以上，而且转速愈高，汽封两端压差越高，密 封效果愈佳 。在距离轴 瓦较近处 的高压 、低压轴 封处安装蜂窝汽封 ，由于此处 轴振动很小 ，故可 减小蜂窝带与轴 的径 向间隙三分之 一左右 ，那 么 密封效果就 更加 明显 ，计算表 明 5 0 MW 汽轮机 高 、低压轴封改造后较传统梳齿密封 的泄漏 量减 小 8 5 左右。 5 0 MW 汽轮机改造完毕后经机组启动检测表 明汽轮机本体振动优良，无碰摩现象 ；同时在汽轮 莱钢科技 2 0 1 1年 4月 机真空严密性试验中真空下降值为 1 4 0 P a mi n ，达 到良好标准 ，说明低压轴封漏气已经消除 ；机组真 空由检修前的最高 8 6 k P a 增长到 8 9 4 k P a ，大大 提高了机组运行经济性 ；同时油 中带 水现象 基本 消除 ，由原先 的每天 3桶左 右到现 在无 水放 出 ， 表明轴封蒸汽泄漏 已经基本 消除 ，提 高了机组安 全 I生。 4 结语 通过对 5 0 MW 汽轮机高压、 低压汽封改造及试 验 ， 表明新型蜂窝式汽封起到了防止漏汽( 气) 的作 用 ， 提高了汽轮机真空系统严密性 ， 消除了油中带水 现象 ， 效果十分明显 ， 达到了预期 的 目的。 参考文献 1 何立 东 蜂 窝密封研究及其在现代叶轮机械 中的应用 J 通用机械 ， 2 0 0 3 ，( 4 ) ： 2 2 - 2 3 特邀编辑 ： 范书昌 M o di f ica t io n o f S ha f t But t Se a l o f 5 0M W S t e a m Tu r b ine C a o Z h i j u n ， C a o X iz h o n g ， G a o Ho n g j u n ， Wa n g Z h a n ，F e n g Hu ip i n g ( T h e E n e r g y a n d P o w e r P l a n t ) Ab s t r a ct ： On t h e p r o bl e m o f s t e a m l e a k a g e t hr o u g h s h a f t bu t t s e a l o f 5 0MW s t e a m t u r b in e， n e w b e e hiv e p a t t e r n s e a l wa s fi r s t a d o pt e d i n s h a f t s e a l o f h ig h - p r e s s u r e a n d l o w p r e s s u r e e nd s o f s t e a m t u r b in e， be t t e r e f f e ct s we r e g o t in r e mo v in g l e a ka g e a n d imp r o v in g v a cu u m s y s t e m t ig h t n e s s a n d r u n n in g s e cu r it y o f t h e s t e a m t u r bi n e Ke y wo r ds： s t e a m t u r b i ne； co mb s e a l ； v a cu u m s y s t e m t ig h t ne s s； be e h iv e p a t t e rn s e a l 一+ - - 一- 4-+-t - - 4 - - - - t - - - 莱钢多举措促型钢产 品效益快速提升 今年以来 ，山钢集团莱钢型钢厂围绕 “ 生产效益最大化” ，科学优化生产组织 ，大力深化产品结构调 整 ，不断强化技术创新 ，有效提高了型钢产品吨钢盈利水平 ，1 季度实现利润 2 3 0 0万元。 将动态优化生产组织作为提升产 品盈利水平的主要手段。型钢厂根据每个产 品的盈利情况划分为 A 类盈利产品、B类有毛利无净利产品和 C类有边际贡献无毛利产品三个级别。在确保品种规格兑现率的情 况下，优先安排 A类产品生产 ，适量安排 B类产品生产 ，尽量减少 C类产品生产 ，确保了每个时间段 的 生产效益最大化 。 把全面深化产 品结构调整作为提升效益的重点。型钢厂三条生产线先后成 功开发 1 6 槽钢 、H1 9 6 1 4 9特种车辆承重梁用 H型钢 、L W1 9 08 5履带钢等新规格 ，批量生产了 U C 3 0 5 X