轴封蒸汽系统

第三节轴封蒸汽系统

一、轴封蒸汽系统概述

轴封蒸汽系统的主要功能是向汽轮机、给水泵小汽轮机的轴封和主汽阀、调节阀的阀杆汽封提供密封蒸汽，同时将各汽封的漏汽合理导向或抽出。在汽轮机的高压区段，轴封系统的正常功能是防止蒸汽向外泄漏，以确保汽轮机有较高的效率；在汽轮机的低压区段，则是防止外界的空气进入汽轮机内部，保证汽轮机有尽可能高的真空（也即尽可能低的背参数），也是为了保证汽轮机组的高效率。轴封蒸汽系统主要是由密封装置、轴封蒸汽母管、汽封冷却器等设备及相应的阀门、管路系统构成。

汽轮机组的高、中、低压缸轴封均由若干个轴封组成。相邻两个轴封段之间形成一个汽室，并经各自的管道接至轴封系统。

在汽轮机组启动前，汽轮机内部必须建立必要的真空。此时，利用辅助蒸汽向汽轮机的轴封装置送汽。在汽轮机组正常运行时，汽轮机的高压区段的蒸汽向外泄漏，同时，为了防止空气进入轴封系统，在高压区段的最外侧一个轴封汽室，则必须将蒸汽和空气的混合物抽出。由此看来，轴封蒸汽系统包括：送汽、回（抽）汽和漏汽三部分。

为了汽轮机本体部件的安全，对送汽的压力和温度有一定的要求。因为送汽温度如果与汽轮机本体部件温度（特别是转子的金属温度）差别太大，将使汽轮机部件产生很大的热应力，这种热应力将造成汽轮机部件寿命损耗的加剧，同时还会造成汽轮机动、静部分的相对膨胀失调，这将直接影响汽轮机组的安全。

为了控制轴封系统蒸汽的温度和压力，系统内除管道、阀门之外，还设有压力调节装置和温度调节装置。

在汽轮机组正常运行时，轴封系统的蒸汽由系统内自行平衡。但此时压力调节装置、温度调节装置仍然进行跟踪监视和调节。此时，通过汽轮机高压轴封装置泄漏出来的蒸汽，分别被接到凝汽器、轴封加热器，尽可能地回收能量，确保汽轮机组的效率。

当汽轮机紧急停机时，高、中压缸的进汽阀迅速关闭。此时，高压缸内的蒸汽压力仍然较高，而中、低压缸内的蒸汽压力接近于凝汽器内的压力。于是，高压缸内的蒸汽将通过轴封蒸汽系统泄漏到中、低压缸内做功，造成汽轮机的超速。为了避免这种危险，轴封系统应设置有危急放汽阀，当轴封系统的压力超限时，放汽阀立即打开，将轴封系统与凝汽器接通。

轴封蒸汽系统通常有两路外接汽源。一路是来自其他机组或辅助锅炉（对于新建电厂的第一台机组）的辅助蒸汽、经温度、压力调节阀之后，接至轴封蒸汽母管，并分别向各轴封送汽；另一路是主蒸汽经压力调节后供汽至轴封系统，作为轴封系统的备用汽源。

二、我公司350MW汽轮机轴封蒸汽系统

该系统是由汽轮机的轴封装置、汽封冷却器、轴封压力调节阀、轴封风机、压力调节阀以及相应的管道、阀门等部件组成。当机组在启动时，轴封蒸汽系统的汽源主要来自辅汽母管。为了防止杂质进入端轴封，供汽母管上设有蒸汽过滤网。辅汽进入轴封调压部件进行调压，调压后的辅汽随时由压力表、温度表监测，使辅汽在各种工况下维持其压力和温度的正

常值。另外，还有一部分轴封汽来自高、中调门杆漏汽。

在汽轮机的高、中、低压缸中，汽缸内外压差较大。正常运行时，高压缸轴封要承受很高的正压差，中压缸轴封次之，而低压缸则要承受很高的负压差。因此，这三个汽缸的轴封设计有较大的区别。为实现蒸汽不外漏、空气不内漏的轴封设计准则，除通过结构设计减小通过轴封的蒸汽（或空气）的通流量外，还必须借助外部调节控制手段阻止蒸汽的外泄和空气的内漏。因此汽缸轴封必然设计成多段多腔室结构。为阻止蒸汽不外泄到大气，避免轴承的润滑油中带水，应使与大气交界的腔室处于微真空状态；为防止空气漏入汽缸，应使与蒸汽交界的腔室处于正压状态。

轴封系统的作用可概括为：

（1）防止汽缸内蒸汽向外泄漏，同时防止空气漏入汽缸的真空部分；

（2）回收汽封漏汽，减少系统能虽和工质损失。大机组都采用具有自动调节装置的闭式轴封系统，不同机组的轴封系统各不相同，但作用是一致的。

以三段两个腔室轴封进行说明，如图5-3-1和图5-3-2所示。

图5-3-1为机组在当机组在启动或低负荷运行时，轴封蒸汽系统的汽源来自辅助蒸汽系统。这些蒸汽经过汽封供气阀门站，进入轴封蒸汽母管。汽封供气阀门站通过调整使轴封蒸汽压力略高于大气压力。此时，汽封溢流阀处于关闭状态。此时，汽机各轴封内侧压力都低于大气压力，轴封蒸汽由辅助汽源或主蒸汽经减温减压后进入“X”腔室，此时“X”腔室的压力控制在1.16—1.29绝对大气压。轴封汽进入“X”腔室后分成两路：一路经若干汽封齿后漏人汽缸内，另一路经若干汽封齿流向“Y”腔室，然后和漏入空气一起进入轴封加热器。“Y”腔室的压力在任何工况下都控制在略低于大气压力的状况，约为0. 993绝对大气压，以保证轴封漏汽不进入大气，这一方面减少了能量和工质的损失，另一方面也保证了车间的环境。如果轴封蒸汽调压阀无法满足轴封要求，如轴封蒸汽调压阀运行故障，或者轴封蒸汽进口阀门前蒸汽压力太低，则轴封调压旁路必须打开。轴封蒸汽调压阀的进出口阀门可以隔离轴封蒸汽调压阀。

图5-3-1 空负荷或低负荷下的轴封系统

随着机组负荷的增加，高、中压缸轴封漏汽和高、中压缸进汽阀的阀杆漏汽也相应增加，致使轴封蒸汽压力上升。于是，汽封供气阀门站逐渐将进汽阀关小，以维持轴封蒸汽压力正常值，高、中缸内蒸汽压力将升高至某一工况后，，轴封蒸汽系统的汽源切换为高、中压缸及门杆漏汽。高、中压缸前、后压力将先后高于“X”腔室的压力，此时汽缸内蒸汽将通过汽封齿漏入“X”腔室，其中一部分由“X”腔室流到“Y”腔室以阻止空气向内泄漏，另一部分蒸汽由“X”腔室流入轴封汽母管，经母管及减温器流入低压缸轴封的“X”腔室。这时，辅助汽源或主蒸汽就会自动停止向轴封汽母管供汽（注：绝对压力是按一个标准大气压1.101325MPa即760mmHg给出的）。如图5-3-2所示。当汽封供气阀门站全关时此时，轴封蒸汽压力改为汽封溢流阀门站来控制。汽封溢流阀门站将多余的蒸汽排放至凝汽器。如果溢流调节阀达到其行程末端，或者运行出故障而多余蒸汽无法排放时，手动溢流旁路阀必须打开。如果溢流调节阀达到其行程末端，其中一个原因可能是轴封汽系统中的溢流蒸汽太多。