汽轮机新型汽封改造技术研究及应用

汽轮机新型汽封改造技术研究及应用

柴泽民

河北大唐国际王滩发电有限公司，河北 王滩 063611

摘要：文章主要介绍汽轮机汽封部分改造技术研究及应用，以某600MW机组通流改造工程为例，过程中进行了汽封部分的优化及改造，并对其改造结果进行了分析，并对汽轮机不同部位采用的不同汽封形式进行了研究，对其改造后的节能收益等进行了分析。

关键词：汽封改造 节能 新型汽封间隙调整技术

1、引言

汽轮机在运行时，转子处于高速旋转状态，而静子部分如汽缸、隔板等固定不动，因此转子与静子间留有适当的间隙，以避免相互碰磨。然而间隙两侧存在压差时会导致蒸汽泄漏。级内间隙漏汽会使做功的蒸汽量减少，降低汽轮机的内效率，同时漏汽还会影响通流内蒸汽的正常流动，扰乱主流流场。汽缸轴端间隙漏汽（气），不仅降低效率，还会影响安全运行。

对于高中压汽缸，汽缸内压力大于外界的环境压力，部分蒸汽由轴端处的汽封间隙漏出，造成能量损失，且可能进入轴承箱，影响润滑油的质量和轴承支持正常工作；对于低压汽缸两端，由于汽缸内蒸汽压力小于外界的大气压力，在汽封间隙处空气会漏入汽缸，最终引起凝汽器真空下降，导致蒸汽做功能力下降，冷源损失增大，循环效率降低。

为了减少汽轮机内动静间隙处蒸汽泄漏和防止空气漏入，汽轮机各部位需要选择密封效果优秀的汽封结构，以达到最小的漏汽损失。无论是从机组运行的安全性方面，还是提高机组运行效率降低煤耗方面都具有重要作用，对保证机组的安全、稳定、经济运行具有深远意义。

2、新型汽封技术改造应用工程概况

某发电公司2号机组改造前由哈汽生产的600MW燃煤、亚临界、一次中间再热、三缸四排汽、单轴、凝汽式汽轮机。综合升级改造过程中运用新型汽封技术，对汽封形式进行优化，采用小间隙0间隙的技术和可磨涂层技术，减少汽封漏汽，达到节能降耗、提高机组效率的目的。汽机各部分汽封优化如下：

3.1 高中压部分汽封改造

（1）高压1#、2#、3#三个隔板套均采用下支撑方式，顶部和底部配有定位销，搭子上下均有调整垫片可以灵活地调整隔板套位置，既保证了在缸中的自由膨胀，又能很好的保证与汽缸和转子的对中；采用零间隙汽封，是静件隔板套与静件内缸之间的汽封，通过研磨保证汽封与内缸接触面积，能够有效减少内缸与隔板套之间的漏汽。

（2）调节级动叶与喷嘴组之间的汽封沿圆周分布。径向汽封由叶顶和根部汽封组成；叶顶设有4圈汽封，汽封片采用填片和锁紧片固定在内缸的径向汽封体上，汽封片与动叶围带之间留有较小的间隙。叶根设有两道汽封。叶顶和叶根汽封高低台布置方式，能有效减少叶顶漏汽，密封效果良好。

（3）高中压通流内部汽封和端汽封均采用哈汽多齿小间隙新型汽封技术，更好保证密封，减小泄漏损失；高中压通流中转子汽封采用转子镶片，与之配合隔板采用可磨涂层技术，转子镶片汽封可有效控制汽封体长度，满足密封需求，涂层结构可使发生碰磨时，不损伤隔板，涂层磨出凹槽形成新的密封，汽封片可根据使用参数适当增加硬度增加抗倒伏能力。

汽轮机各部位汽封均采用具有成熟运行业绩、密封效果良好和能够保证机组在各种工况连续稳定安全运行的径向梳齿式汽封，梳齿式汽封为汽封体与汽封片镶嵌式结构，汽封片为软质铁素体不锈钢片和独特热处理工艺的材质，与汽封圈弧段镶嵌后车削至规定尺寸，免除了现场安装时的汽封间隙修磨调整。由于汽封片端部很薄，且材质较软，因此汽封间隙可以按最小值进行控制，即使与转子间发生碰磨，也不会损伤转子表面。

3.2 低压部分密封改造

为了达到更好地密封效果，将传统的“静止”的密封键结构，改进为“运动”的密封键，这种密封键具有良好的自卫性，能够灵活调整自身位置，通过保证密封键的光洁度，与内缸中分面紧紧贴合，另外，上半、下半密封键和长、短密封键交错配合，有效防止中分面漏汽的现象产生，减少了损失，提高系统效率。

3、汽封改造过程中主要采用的新型技术

3.1 新型汽封间隙调整技术

（1）通过先进的设计手段和温度场分析软件，充分考虑动静叶变形、转动部件离心力变形和热变形、油膜厚度导致的转子偏置、轴承座的热膨胀、支撑键的热膨胀、高压外缸猫爪的热膨胀等因素，完善汽封径向间隙核算，使汽封冷态间隙设置更加符合热态运行实际。

（2）采用新型汽封配合“小间隙启动方式”是我们针对减少漏汽损失采取的最新的一项优化措施。“小间隙启动方式”允许进一步减小汽封的径向间隙，但汽封径向间隙太小，在启动时容易导致汽封片同转子发生摩擦，引起机组振动，甚至损坏转子或动叶片。本课题研究的新型汽封可以避免此类问题发生。此种汽封可以在汽轮机启动过程中允许同转子摩擦，而不至于引起汽轮机过大的振动，同时不会磨损转子表面。

（3）为了更准确的通过半实缸调整出全实缸间隙，汽封调整中引入汽缸全实缸挠度测量和半实缸挠度测量，通过全实缸和半实缸的挠度值变化设置机组汽封间隙的半实缸状态修正系数并且通过修正后的间隙值加工汽封齿，从而保证汽封间隙满足设计值要求，从而提高机组的运行经济性和安全性。

3.2 转子镶片和可磨涂层技术

（1）在小间隙汽封的基础上对转子镶片和可磨涂层技术进行了开发应用：高中压部分隔板汽封、过桥汽封采用转子镶片+可磨损涂层技术。转子镶片汽封可有效控制汽封体长度，满足密封需求。涂层结构可使发生碰磨时，不损伤汽封片，涂层磨出凹槽形成新的密封，汽封片可提高硬度增加抗倒伏能力。

（2）可磨涂层组成为底层-粘结层，面层-可磨耗层，在高温高压蒸汽环境下，底层和面层都具有抗腐蚀性能。粘结层的作用：减少面层和基体的热膨胀系数的差别，增强涂层的结合力以及抗氧化；面层中金属相作用是抗腐蚀、抗氧化，保证涂层自身的强度，非金属相作用是保证可磨耗性、减磨、抗粘着。

4、改造后的节能收益

本研究项目结合电厂通流改造，运用新型小间隙汽封技术、可磨涂层技术以及针对性的密封方案，进一步减小漏汽损失，机组改造后性能考核试验结果为3阀工况下试验热耗为7792.88kJ/kW.h，高压缸效率为87.53%，中压缸效率为91.74%，低压缸效率为90.20%，较改造前实际运行热耗8132.41kJ/kWh降低了339.53kJ/kWh。其中汽封改造后汽轮机热耗降低约30(kJ/kW•h)，节约供电标煤耗为1.05g/kwh。年节约运行成本为233万元。

5、结论

节能降耗是国家能源政策的核心内容，本汽封改造项目主要运用新型小间隙汽封技术及可磨涂层技术，高中压通流内部汽封和端汽封均采用哈汽多齿小间隙新型汽封技术；高中压通流中转子汽封采用转子镶片，与之配合隔板采用可磨涂层技术，转子镶片汽封可有效控制汽封体长度，满足密封需求，更好保证密封，减小泄漏损失。无论是从机组运行的安全性方面，还是提高机组运行效率降低煤耗方面都可获得显著效果。提高了企业经济发展质量和效益、增强企业核心竞争力。