平圩电厂轴封问题

专题专家论坛热点聚焦新成果与技术应用讨论与建议技术监督经验交流可靠性技术标准与修订国际电力您的位置： 经验交流 >600 MW汽轮机轴封系统的缺陷分析及改进措施[返回目600 MW汽轮机轴封系统的缺陷分析及改进措施魏希峰（中国电力平圩发电有限责任公司，安徽省 淮南市 232089） 摘 要： 平圩发电厂1、2号汽轮机轴封系统存在缺陷，如：高、中压缸端部汽封外漏量大、轴封温度高，轴承振动增主油箱、小汽机油箱和密封油含水量过大等。

文章分析了轴承系统产生缺陷的主要原因，介绍了2号汽轮发电机组增容改造新设计轴封系统进行改造的情况，还介绍了成功处理缺陷的经验。

关键词： 汽轮机；轴封系统；缺陷；处理方案中图分类号： TK263.6+3平圩发电厂原装机容量为2×600 MW。

1号机组于1989年12月投产，2号机组于1992年12月投产。

给水泵小汽轮机为东方厂引进技术生产制造。

2005年2月，2号汽轮发电机组完成了增容改造，现铭牌容量已为630 MW。

汽轮机为哈尔滨汽轮机厂引国电气公司技术生产制造。

1 轴封系统存在的缺陷随着运行时间的增加，轴封汽系统存在缺陷逐渐显露，使机组效率下降。

存在的问题有：（1） 高中压缸端部汽封外漏量大、轴封温度高，特别在夏季高温时更为严重，端部汽封处的轴颈上方温度高达300 ℃右。

（2） 1号机组3号轴承的振动随环境温度的升高而增大。

（3） 主油箱、小汽轮机油箱和密封油含水量大，发电机轴承端绝缘水平低，发电机氢气湿度超标，且居高不下，最高15 g/m3。

（4） 2台给水泵汽轮机前后轴封蒸汽外漏量大，造成润滑油系统含水量较大。

润滑油主油箱负压降低，轴承回油不畅承回油温度升高，出现轴承油挡向外冒油烟的现象，若同时启动2台主油箱排烟风机，则润滑油中带水更多。

（5） 高负荷时，轴封压力需维持在0.08 MPa以上，低负荷时维持在0.06 MPa以上。

2005年入夏时期，1号机组高负荷压力在0.09 MPa以上，此时即使溢流阀全开，压力也降低不了。

2 轴封系统结构平圩发电厂2台汽轮机轴封系统是由轴端汽封、轴封供汽母管压力调整机构、轴封加热器、减温器以及有关管道组成的封系统。

汽轮机轴封系统结构如图1所示。

每台机组的高、中、低压缸轴封供汽和2台小汽轮机前后轴封供汽相连，轴封供汽计上有3路汽源，分别为新蒸汽、再热冷段蒸汽、辅助蒸汽。

轴封蒸汽压力由高压供汽调节阀、冷再供汽调节阀、溢流阀、汽调节阀来调节。

调节定值（表压）为：高压供汽为0.021 MPa；冷端再热供汽为0.024 6 MPa；溢流阀为0.028 1 MPa；安0.281 MPa。

图1 汽轮机轴封系统结构机组启、停时，轴封向外供汽，当负荷为10%时，高压缸的汽封为自密封；负荷为25%时，中压缸的各汽封自密封；负荷约为75%时，整个系统达到自密封，如有多余的蒸汽，则会通过溢流阀流往冷凝器。

低压汽封供汽减温器使供汽温度维持在121～177 ℃之间，以防止汽封体变形或损坏汽轮机转子。

给水泵小汽机轴封供汽取自主机轴封供汽母管，轴端外汽汽封漏汽管（Ф57×3.5）与主机漏汽管相连，高轴封漏汽通过管道（Ф76×4）到小汽机低压部分，进入汽缸端部汽封前，管道上也安装有蒸汽减温器，并配有喷水系统。

给水泵小汽轮机轴封系统示意图如图2所示。

图2 给水泵小汽轮机轴封系统示意图在汽轮机转子穿过外缸的部位装有大量环绕转子的汽封片，以防止空气漏入或蒸汽向外泄漏。

汽封片与转面有间隙，以防止在运行过程中发生接触。

汽轮机在空负荷或低负荷运行时，汽轮机各缸内的压力都低于大气力，空气通过外汽封漏入Y腔室，汽气混合物被轴加风机抽出，维持Y腔室内压力稍低于大气（0.007 MPa）,随荷的升高，汽缸排汽压力超过X腔室的压力，通过内汽封环产生反向流动。

流量随排汽压力的升高而增加。

蒸汽腔室排到汽封供汽母管（相当于联箱），再从供汽母管流向低压汽封。

图3 主机端盖轴封汽室结构3 轴封系统缺陷的原因分析原始设计介绍，当机组负荷在额定负荷的25%以上时，高中压缸汽封X腔室是正压，不会影响凝汽器真空，压缸汽封X腔室随负荷的升高而需增大密封蒸汽量，才能维持X腔室正压，满足机组运行真空的要求。

产生缺陷要原因可能是：（1） 高中压缸轴封间隙调整过大或轴封与转轴在运行中发生摩擦， 25%额定负荷以上时漏入X腔室蒸汽大，轴封母管压力升高，漏入Y腔室的蒸汽量增大，Y腔室可能会形成正压。

（2） 轴封加热器和风机容量富裕度偏小。

X腔室进入Y腔室的蒸汽量变大，进入轴封加热器的热负荷增大于冷却面积小，风机抽真空能力不足，不能维持Y腔室微负压，因而导致蒸汽外漏。

（3） 正常运行时，轴封汽已达到自密封，如果轴封供汽站阀门内漏汽量大，溢流阀流量调节不足，则会轴封母管压力升高，导致轴端蒸汽外漏。

（4） 轴封回汽系统设计不合理，运行中不易调整。

轴封加热器到高、中压轴封的回汽管路较长，回汽管较大，影响了对端部轴封Y腔室的回汽压力，为此应适当加大轴封的负压值；高中压轴封每个轴封回汽腔室至轴热器的路径不同，阻力悬殊，高中压轴封回汽排挤低压轴封回汽和小汽轮机轴封回汽，导致低压轴封和小汽轮汽困难，回汽阻力增加，低压轴封回汽腔室压力升高，因此回汽腔室的蒸汽向外逸出。

若单纯提高轴封加热器负压，降低各轴封回汽系统压力，减少轴封回汽腔室向外跑汽，则往往会伴随着低压轴封腔室内供汽量的不足很容易使空气进入，造成凝汽器真空下降，危及机组安全经济运行。

（5） 2台小汽轮机的前、后端轴封供汽和回汽管共用，供、回汽参数相同，而前、后端轴封运行工况有差异，系统上又缺乏调节手段。

取用的母管供汽压力高，对小汽轮机也造成影响，另外，小汽轮机轴封减温器水投用不正常，轴封供汽温度高达240 ℃，更加剧了轴封供汽的调节难度。

用供汽手动隔离阀进行调节，负荷时不能自动跟踪，因而造成外漏或者影响真空。

（6） 高压轴封汽外漏，使靠近轴承处的轴颈温度过高，轴承标高发生变化，轴系中心与检修调整后不一轴系振动受到影响。

随着环境温度的升高，这种变化加剧了轴承振动的变化。

另外，1号机滑销系统长时间存在不畅的缺陷，随着环境温度升高，3号轴承振动就会缓慢爬升。

如2005年6月份，3号轴承振动从105 µm左右很快至162 µm，严重威胁机组的安全运行。

4 轴封系统处理措施根据对轴封系统缺陷产生原因的分析，提出以下改进措施：（1） 降低高中压轴封供汽流速，增大漏汽管直径，减小漏汽管道阻力，适当缩小轴封直径间隙，更换轴热器，增加冷却面积。

（2） 提高轴封漏汽管负压。

轴加风机增容，以提高轴加风机抽真空的能力，增大Y腔室负压。

（3） 增大至低压减温器的通径和轴封供汽管径，加大低压汽封的蒸汽量，防止高负荷下低压轴封漏真空可同时降低轴封母管压力。

（4） 可将轴封漏汽总管分成两段，高中压缸为一段，低压缸为一段，并分别直接到轴封加热器上，供汽汽分开调节，以防止高压轴封向外跑汽，低压轴封向机内漏汽。

但大容量机组应用这种方法比较困难，管线布杂，会增加阀门数量，使成本增加。

（5） 小汽轮机轴封供、回汽管道需重新设计，接至轴加的回汽管要单独安排接口，以防止回汽受排挤，减温器扩径。

也可将小汽轮机轴封供汽取自主汽轮机低压供汽减温器后，取消小汽轮机轴封减温器，降低成本要对低压轴封供汽进行核算。

2号汽轮发电机组增容改造时，由哈尔滨汽轮机厂对其轴封系统进行了重新设计和改造。

局部管道流速重算，因低压轴封管道重新布置比较困难，因而设计方案选择高中压轴封管道和轴封体进行改进，轴封冷却器和风机增容，低压轴封减温器扩径，轴封汽主路基调门、轴封溢流基调门改为气动调整门由分散控制系统(DCS)控改善了轴封系统调整特性。

目前2号汽轮机轴封泄漏缺陷已得以消除。

1号汽轮机大修计划在2006年下半年进行，同时对轴封系统进行改造。

由于在大修期间不能开缸检修，高缸轴封间隙无法调整，轴封外漏缺陷也不能及时消除。

根据2号机组改造后的运行情况， 将安排对中轴承箱两封体保温作进一步整治，严格按照缸体保温厚度控制，尽量增大在高压缸两端轴封体附近上下层的对流通道，汽轮机厂房顶部风机。

测量发现，2、3号轴颈处温度由320 ℃降至230 ℃左右时，汽轮机3号轴颈振动会出现下势，基本维持在100/121 µm（报警值125 µm）运行，主油箱含水量大幅度减小，润滑油油质达到运行标准要求水泵汽轮机润滑油中含水量减少。

2004年和2005年1号机组3号轴颈的振动数据对比见表1。

表1 1号机组3号轴颈振动数据对比 mm5 结论（1） 汽缸端部轴封间隙过大是轴封汽外漏的主要原因。

可以进行重新设计，减小安装间隙标准，检修时准调整间隙予以解决。

目前，大容量机组从设计、安装、维护各方面技术越来越成熟，设备安全状况日益改善修周期越来越长，一般在5～6 年，一旦出现轴封间隙大，会在很长时间内难以处理。

轴封间隙变大主要是磨损的，绝大部分磨损都是在机组启停阶段发生，这就要求提高运行人员的水平，控制好机组启停参数，加强对转心、轴弯曲、轴承振动、轴封汽温度等参数的监视。

（2） 轴封系统的设备功能要尽力恢复。

高压、低压、小汽轮机轴封供汽减温器喷水阀不能投用或失效，汽温度不能调节，这会对轴封母管压力高失去调节，因轴封汽温度过高而造成轴封体变形，引起轴颈磨损，轴动；引起转子热疲劳，降低转子寿命。

数字电液控制(DEH) 振动值3X/3Y 4月 5月 6月 7月 8月 9月 10月 122004年112/152 105/172 88/178 90/184 105/172 90/181 87/165 89/2005年 97/123 114/131 123/160 107/126 97/123 99/121 100/119（3） 热态启动时，高压缸轴封汽由辅汽提供，轴颈段的温度与进汽温度差值大，高压负差胀大，需投用电加热器，以提高轴封进汽温度，来控制高压差胀。

（4） 系统上存在缺陷。

管道设计或安装不合理，会使管道阻力大，长期遗留缺陷，需要通过改进或改造决。

小汽轮机轴封、低压轴封、高压轴封间的相互影响要周密考虑。

（5） 系统缺陷得到很好处理之前，运行人员要经常跟踪负荷变化，调整轴封压力，合理整治保温，这样证机组的安全经济运行。

收稿日期：2005-12-20作者简介：魏希峰（1967-）， 男，高级工程师，现从事汽轮机、化学、除灰专业设备检修管理工作。

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