接觸式汽封—“ 王常春汽封 ” 在汽輪機(jī)低壓缸上的應(yīng)用
王常春 李五四
( 1. 哈爾濱通能電氣股份有限公司 黑龍江 哈爾濱 150090; 2. 霍州發(fā)電廠 山西 霍州 031413 )
摘要： 針對(duì)汽輪機(jī)采用的高低齒或斜平齒曲徑汽封，存在漏空漏汽的問(wèn)題，首次在汽輪機(jī)低壓缸端部采用接觸式
無(wú)間隙汽封—— “ 王常春汽封 ” ，對(duì)提高汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性起到了較好的作用。
關(guān)鍵詞：汽輪機(jī)；汽封結(jié)構(gòu)改造；真空系統(tǒng)嚴(yán)密性；接觸式無(wú)間隙；王常春汽封；
Abstract:
汽輪機(jī)凝結(jié)器真空系統(tǒng)嚴(yán)密性的好壞影響著汽輪機(jī)凝結(jié)器真空，從而影響汽輪機(jī)的經(jīng)濟(jì)性。凝結(jié)器漏入
50Kg/h空氣時(shí)，凝結(jié)器真空下降 1KPa ，機(jī)組熱耗增加 0.6%-0.8% 。目前多數(shù)機(jī)組都達(dá)不到汽輪機(jī)嚴(yán)密性標(biāo)準(zhǔn)（
小于400Pa/min）。
造成真空系統(tǒng)漏空的原因很多，主要有：系統(tǒng)管道、容器的焊縫開(kāi)裂；系統(tǒng)閥門(mén)不嚴(yán)；以及高壓缸前汽封、
排汽缸前后汽封漏空等。為保證有較好的嚴(yán)密性，在機(jī)組檢修中都采用各種方法進(jìn)行真空系統(tǒng)查漏堵漏工作，如
凝結(jié)器及系統(tǒng)注水查漏；調(diào)整汽封間隙；調(diào)整汽封供汽壓力等。對(duì)于查漏堵漏工作來(lái)說(shuō)，只要反復(fù)細(xì)心地做，一
般都能夠****系統(tǒng)的漏點(diǎn)，達(dá)到設(shè)備系統(tǒng)本身嚴(yán)密性的要求，唯獨(dú)對(duì)汽封裝置漏空問(wèn)題還不能從根本上解決。
為此，霍州發(fā)電廠與哈爾濱通能電氣股份有限公司合作，在霍州發(fā)電廠 3 號(hào)汽輪機(jī)低壓缸前后汽封上，首次
采用專(zhuān)利發(fā)明接觸式無(wú)間隙汽封——“王常春汽封”，對(duì)原汽封進(jìn)行改造，投入運(yùn)行后使真空系統(tǒng)嚴(yán)密性達(dá) 到
74.3Pa/min ，取得很好的效果。
1、傳統(tǒng)間隙汽封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
汽輪機(jī)的汽封裝置，一般采用高低齒曲徑式結(jié)構(gòu)或斜平齒結(jié)構(gòu)，它是由許多依次排列的汽封齒和小汽室組成
。利用較多的汽封齒與軸之間較小的間隙，組成一個(gè)個(gè)的小汽室，使一定壓力的空氣（蒸氣），在這些汽室中逐
級(jí)降低壓力，阻止空氣漏入汽缸內(nèi)。為了不使汽封齒與軸發(fā)生碰磨，這種結(jié)構(gòu)的汽封間隙不可能做的很小，即為
間隙汽封，這就不可避免會(huì)泄漏。為此在設(shè)計(jì)時(shí)除了考慮汽封的結(jié)構(gòu)外，還配置了汽封供汽系統(tǒng)，以達(dá)到減少漏
空量的目的。從供汽箱來(lái)的蒸汽進(jìn)入汽封套的中段并分為 2 路，一路被吸入排汽缸；另一路溢出到汽封排氣系統(tǒng)
，即用蒸汽的漏入與漏出阻止空氣的漏入。但在實(shí)際運(yùn)行中，這股汽封供汽壓力很難調(diào)得合適，供汽壓力大了蒸
汽漏到汽封體外，造成浪費(fèi)或進(jìn)入相鄰的軸承室內(nèi)污染潤(rùn)滑油，供汽壓力小時(shí)就會(huì)發(fā)生漏氣。雖然在汽封供汽系
統(tǒng)中，設(shè)置了壓力調(diào)節(jié)裝置，但其調(diào)節(jié)的依據(jù)只是以調(diào)節(jié)閥后的壓力為參考，不能滿足不同部位汽封的需要，所
以很難保證汽封不漏空。
2、接觸式無(wú)間隙汽封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
根據(jù)傳統(tǒng)汽封存在間隙的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，一直以來(lái)人們?cè)谠噲D改變汽封齒的形式，增加齒數(shù)或縮小汽封與軸的徑
向間隙來(lái)阻止漏汽，但不論如何改進(jìn)都不能從根本上解決間隙汽封的漏汽（空）問(wèn)題。鑒于此種汽封不完善的結(jié)
構(gòu)形式，設(shè)計(jì)一種無(wú)間隙汽封是非常必要的，即汽封齒與汽輪機(jī)軸（汽封套筒）保持接觸沒(méi)有間隙。這樣就能夠
在較小的供汽壓力下保證不向排汽缸內(nèi)漏空，也不會(huì)向外漏汽。由于傳統(tǒng)的汽封齒為金屬材料，將其與軸摩擦勢(shì)
必發(fā)熱造成事故，同時(shí)也使汽封齒磨損，逐步又成為間隙汽封。所以在設(shè)計(jì)無(wú)間隙汽封時(shí)，選擇合適的汽封齒材
質(zhì)及其結(jié)構(gòu)形式、位置極為重要。要求汽封齒的材質(zhì)既要耐磨又要較金屬軟一些，要求其結(jié)構(gòu)能夠保證在與軸碰
磨時(shí)不發(fā)熱，且汽封齒可以彈性退讓?zhuān)恢劣谂c軸發(fā)生硬摩擦。根據(jù)這一要求設(shè)計(jì)出了接觸式無(wú)間隙汽封結(jié)構(gòu)——“王常春汽封” 。
接觸式無(wú)間隙汽封的汽封齒材料為非金屬材料，它可以耐溫 700 ℃，耐磨性好且具有自潤(rùn)滑性能。它是裝在
原有的汽封套的槽道中，利用原來(lái)的汽封環(huán)彈簧片，將接觸式汽封環(huán)（體）向內(nèi)推，保持在向心位置。接觸式汽
封齒裝在汽封環(huán)（體）的槽內(nèi)也用一個(gè)彈簧將其向內(nèi)推。定位螺釘安裝在汽封環(huán)的孔中，用來(lái)限制汽封環(huán)的壓出
量，設(shè)計(jì)限制壓出量為 0.5mm ，向后退讓量為 2.5mm ，即汽封環(huán)始終對(duì)軸有一個(gè)壓緊力，并且當(dāng)汽封環(huán)磨損達(dá)
到 0.5mm 時(shí)，定位螺釘就限制汽封環(huán)繼續(xù)與軸摩擦。當(dāng)汽輪機(jī)軸運(yùn)行中產(chǎn)生振動(dòng)或偏心時(shí)，汽封齒將隨著軸心位
置的變化向內(nèi)壓出或向外退讓?zhuān)蛊恺X始終與軸接觸保持無(wú)間隙。即使汽封齒磨損到一定程度時(shí)，軸與汽封齒
即達(dá)到似接觸非接觸，仍可保持無(wú)間隙狀態(tài)。
接觸式汽封環(huán)的位置設(shè)置的不同所起的作用也不盡相同，若布置在外側(cè)（第四道），可以阻止外界空氣漏入
及內(nèi)側(cè)蒸氣漏出，但當(dāng)供汽壓力不足時(shí)會(huì)將抽汽器側(cè)的空氣倒吸回排汽缸內(nèi)，仍然會(huì)影響真空。若布置在中間（
第三道），可以在供汽不足時(shí)阻止外界或抽汽器側(cè)的空氣被吸入，但不能阻止供汽的蒸汽被吸入排汽缸。高溫蒸
汽進(jìn)入會(huì)增加凝結(jié)器的熱負(fù)荷，使排汽溫度升高，影響凝結(jié)器真空。而將接觸式汽封環(huán)布置在里側(cè)（****道），
可以阻斷排汽缸與外界的聯(lián)系，既可以阻止外界空氣的漏入，又可以減少供入蒸汽的吸入量。這里說(shuō)的減少吸入
蒸汽量，是指從接觸式汽封環(huán)接口，及與軸之間可能存在的不均勻間隙漏入的蒸汽。
3、汽封改造
霍州發(fā)電廠3號(hào)汽輪機(jī)為哈爾濱汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的 N100-90/535型，2002年6月由東方汽輪機(jī)廠對(duì)低壓缸進(jìn)行改
造。在低壓缸改造過(guò)程中，霍州發(fā)電廠與哈爾濱通能電氣股份有限公司合作，利用他們的專(zhuān)利技術(shù)接觸式無(wú)間隙
汽封——“王常春汽封”，對(duì)汽輪機(jī)低壓缸端部斜平齒汽封改造，并結(jié)合該機(jī)汽封體實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸和可靠性，將
接觸式汽封環(huán)布置在低壓缸前后汽封套的里側(cè) ( ****道 ) 汽封槽內(nèi)，同時(shí)保持原汽封環(huán)的基本形狀，在其中間
裝置接觸式汽封環(huán)�？紤]到原設(shè)計(jì)的 0.5mm 預(yù)壓緊量，對(duì)軸的摩擦力可能產(chǎn)生的不利影響，對(duì)原設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行
了改動(dòng)，取消預(yù)壓緊量，即使汽封塊與軸保持零壓緊量。
在原汽封環(huán)的中間加工一個(gè)“T”形槽，接觸式汽封環(huán)裝入“T”形槽中，其肩膀與“T”形槽接觸，裝配時(shí)以
“T”形槽限制接觸式汽封環(huán)的位置，以此配制接觸式汽封環(huán)與軸達(dá)到零間隙配合。保持原汽封環(huán)上的斜平齒的目
的是使其起到一定的阻汽的作用，假如接觸式汽封環(huán)出現(xiàn)磨損，原汽封環(huán)仍可保持間隙汽封的作用，進(jìn)一步提高
了汽封結(jié)構(gòu)的可靠性。
4、改造效果
•汽封改造前真空系統(tǒng)嚴(yán)密性為 1000Pa/min。經(jīng)過(guò)對(duì)汽封環(huán)改造，機(jī)組啟動(dòng)后進(jìn)行了真空系統(tǒng)嚴(yán)密性試驗(yàn)。試驗(yàn)
時(shí)機(jī)組運(yùn)行工況，負(fù)荷100MW，凝結(jié)器真空85.8KPa，前后汽封供汽壓力為12KPa。停止射水泵運(yùn)行 6 分鐘，凝結(jié)
器真空下降到 85.4KPa ，即嚴(yán)密性為 66Pa/min在運(yùn)行參數(shù)相同的工況下（射水泵運(yùn)行），分別關(guān)閉低壓缸前后
汽封供汽門(mén)，直到汽封供汽壓力到零，凝結(jié)器真空沒(méi)有變化（實(shí)際運(yùn)行中保持汽封供汽壓力為 3KPa 左右）。由
山西電力科學(xué)研究院進(jìn)行的嚴(yán)密性試驗(yàn)結(jié)果為 74.3Pa/min，達(dá)到優(yōu)的標(biāo)準(zhǔn)（＜133Pa/min ）。
•改造前汽封供汽壓力為40KPa，汽封供汽流量為2900Kg/h，改造后汽封供汽壓力為3Kpa左右，汽封供汽流量為
1339.6Kg/h，減少1560.4 Kg/h。
•改造前須兩臺(tái)射水泵運(yùn)行，改造后一臺(tái)射水泵即可保證凝結(jié)器真空達(dá)到****值。
5、結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)對(duì)霍州發(fā)電廠3號(hào)汽輪機(jī)低壓缸端部汽封改造及試驗(yàn)，證明新型接觸式汽封起到了防止漏空漏汽的作用，
并且效果十分明顯，達(dá)到了預(yù)期的目的。為提高汽輪機(jī)真空系統(tǒng)嚴(yán)密性，找到了一種有效的解決途徑。是汽輪機(jī)
汽封結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)突破性技術(shù)創(chuàng)新，值得推廣應(yīng)用。 | 
