鸿雁池电厂轴封隔板汽封改造方案

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鸿雁池电厂轴端汽封、隔板改造方案

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北京蓝爱迪电力技术有限公司

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总则：

汽轮机在实际运行中各项技术指标与同类型的进口机组相差较大，特别突出的是煤耗率普遍偏高，机组经济效益不能得到充分发挥。完善改进机组性能，提高机组经济指标，在提高企业经济效益方面占有十分重要的地位。而泄漏则是机组的一个老大难问题。机组的泄漏主要包含有输气管道各接口泄漏、阀门的泄漏及汽缸的内漏与外漏等。对于汽轮机本身来讲，减少蒸汽泄漏和提高蒸汽做功质量是其中的两项重要目标。背景介绍：

原机组为哈汽200MW，由于汽缸变形，启、停过程中机组振动增大，发生动、静碰磨等原因，很简单造成汽封磨损，其次汽封处转子的直径较大，间隙稍增大一点，漏汽面积增大较多，使静叶汽封的漏汽随汽封磨损增大加快。径向间隙增大造成蒸汽旁路高、中压缸及低压缸，作功减少，未作功的蒸汽排至凝汽器。汽封漏汽短路本级不作功，而且这股汽流插入主流时会造成干扰，扰乱下一级入口汽流的滚动方向，产生汽轮机级的汽封漏汽损失。对级效率的影响较大，通流部分汽封间隙增加导致的漏汽量增加，是机组通流效率降低的主要原因。不同电厂同类型机组大修前后试验结果说明，调整是否合理，可影响缸效率3-5个百分点左右，是汽轮机本体大修的重点。

蓝爱迪电力技术有限公司在治理泄漏方面积累了大量经验并取得了一系列可喜成绩。其中蜂窝式汽封是治理汽缸泄漏的一项措施。

梳齿式迷宫汽封分析：

由于设计水平受当时设计和工艺制造水平的限制，机组的经济性相对较差，热耗值较高；汽封结构除高压缸隔板汽封为镶嵌式结构外其余汽封均为滑道式梳齿式迷宫密封结构(见图一)；

图一

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梳齿式迷宫汽封密封机理：

?节流效应蒸汽通过密封齿时产生收缩，流束截面变小，减少了蒸

汽滚动的能量。??

热力学交换效应蒸汽通过腔室时，与室壁进行热交换，减少了蒸汽滚动的能量。

磨阻效应蒸汽通过局部磨阻和沿程磨阻综合降低能量。

理论分析与实践证明，梳齿式汽封要达到最正确的密封效果，必需做到以下几点：(1)汽封齿尖越尖越好；

（2）汽封齿数越多越好；

(3)汽封与转子的间隙越小越好。

其中(1)、（2）由于空间位置及加工工艺等因素的影响现实中很难做到，其(3)随着密封间隙的逐渐缩小，汽封对轴振的干扰与影响也会越来越大，特别在机组启停过程中，转子的振动随随转速上升逐渐加大，在过临界转速时达到最大，此时转子的振幅寻常都超过了汽封间隙值。汽封会与转子发生碰磨，转子因碰磨受热产生膨胀变形，转子会因此产生弯曲，进一步加大转子振动。当机组进入稳定运行时，汽封间隙已经很大了。另外当蒸汽通过普通梳齿汽封的密封腔室时，不仅以很大的轴向速度通过各腔，而且还具有相当大的周向速度分量，在各腔中形成螺旋形的滚动方式；转子与密封体在周向上的间隙不一样（转子在工作时的涡动运动，使周向间隙随时变化）。密封腔室中的气流的旋转，使周向压力分布的变化与转子和密封腔之间间隙变化不完全对应，最高压力点滞后于密封腔最小间隙一定角度。这样，流体作用在转子上的力可分解成一个与偏置方向相垂直的切向力，该切向力将鼓舞转子产生涡动（见图二）。

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当激振力达到或超过一定值时，就会使转子产生振动。正是由于这个原因，故设计梳齿密封时往往采取多加密封圈数及加大密封间隙的方法。运行一段时间后汽封磨损严重.汽封间隙加大，导致泄汽（气）量加大，机组效率降低。

随着生产实践的证明与现代科学研究的不断深入，发现梳齿密封有其自身无法战胜的缺陷。主要存在的问题:

a)密封效果不佳。由于保存间隙过大及梳齿汽封本身设计特点,使内耗

过大,能量损耗严重汽缸效率低。

b)蒸汽外漏,造成透平油乳化,危急机组安全运行。

c)梳齿汽封经常性遭到破坏、碰磨,使振动加剧,加重了汽封的损伤。d)外漏造成轴承箱内进汽，使油中带水，破坏油质，一些调理部套锈

蚀，影响机组安全。综上所述，运用现代先进的密封技术对以上几个关键地方进行全面系统的改造已势在必行。

蓝爱迪莱德蜂窝汽封：

蜂窝汽封的结构特点是，将传统汽封低齿车削，由蜂窝状取代，蜂窝是由六边形孔连片组成，六边形单边尺寸为1.6~3.2mm。由于具有较宽的密封带，改变了传统直形汽封低齿齿数由于受结构限制（只能布置1~2齿）的缺点，仍保存汽封高齿。相当于增加了汽封齿数量，加大了汽流阻力，提高了密封效果。蜂窝汽封退让仍采用传统汽封的背部板弹簧结构，所以

安装间隙一般取传统汽封径向间隙设计值的上限。与现传统高、低齿结构汽封相比，由于齿数量相对增加好多，从而密封效果大大提高，在启动过程中可能会产生碰磨，但由于蜂窝材质较软，不会产生大的影响，如航空涡轮机(转速40000r/min，工作温度1000～1500℃)上采用，由于涡轮机结构尺寸较短，无法设计退让汽封，而采用固定的结构，碰磨时损伤的是蜂窝汽封.国外在燃

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气轮机、汽轮机、空气压缩机、小透平机、飞机发动机等多项领域已成功应用证明：蜂窝密封有以下几大密封优势：

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诱发机组轴系自激振动的原因之一，蜂窝密封的轴向网格可以有效阻止这股气流的滚动，可以使自激振动减小到最小。另外沿轴向向外滚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)高效热力学效率此效应原理同梳齿迷宫的类似，只是气流在进入各个小蜂窝格内时，增大了气流与汽封圈的热交换面积，使气流的滚动能量大量减小。同时由于气流在进入各个小蜂窝格内时会形成涡旋，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，所以蜂窝汽封在同等轴向长度的密封范围内，泄漏量自然最小。

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由于制造蜂窝格子板材厚度只有0.05mm，流体产生收缩，流束截面变小，引起蒸汽的涡流和摩擦等局部阻力损失，使流过网格的蒸汽压力低于网格进汽压力，减小了蒸汽滚动的势能。

4)高效阻透气效应在一般直通迷宫中，由于通过缝口后的气流只能向一侧扩散，在膨胀室内不能充分地进行这种速度能向热能的转换，而靠光滑壁一侧有一部分气流速度不见小或者只略为减小，直接越过各个齿顶流向低压侧，这种一掠而过的现象称之为透气效应。试验证明，蜂窝密封可以使气流的动能充分向热能之转换，可有效地减小透气效应所带来的泄漏。

5)气旋效应由于轴系的高速旋转，使气流成螺旋方式向前滚动，在特别气流流经蜂窝带时，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，（见下图）此气柱的“刚度〞随着螺旋气流的强弱而强弱。这样，在轴与蜂窝带形成若干道气帘，这些气帘可以高效地阻止蒸汽的向外滚动。另外，正是由于这些“气柱〞的存在，使轴与气缸壳体之间架起了一道道软性的支撑，其可有效地提高轴的稳定性，使轴的振动进一步降低。

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主汽温度修正系数再热汽温修正系数再热器压损修正系数汽轮机背压修正系数参数修正后热耗℃℃%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