减小汽轮机汽门门杆漏汽有效途径的探讨

减小汽轮机汽门门杆漏汽有效途径的探讨

摘要:各种类型的汽轮发电机组的主汽门、调速汽门均存在不同程度的门杆漏汽,在当前节能降耗的趋势下,减少或避免门杆漏汽,可以进一步减少漏汽产生的损耗。为此,探讨汽门门杆密封新的结构形式,对门杆密封进行改进,达到更好地密封效果,提高机组的热经济性。

关键词:漏汽量门杆间隙密封结构

1 问题提出背景

在火力发电企业中,汽轮发电机组所发电能由机组的调速系统控制,汽轮机调节系统采用主汽门和调速汽门作为配汽机构,根据外界负荷需要向汽缸供给相应流量的蒸汽。无论是主汽门还是调速汽门,都是由汽门室和门芯组成的,由执行机构通过汽门门杆调整门芯的位置,从而改变汽缸的进汽量。为了保证机组的安全运行和根据需要调整负荷,汽门的开关操作必须灵活不卡,汽门门杆与门杆套之间必然存在一定的间隙,蒸汽顺缝隙向外泄漏,造成一定的漏汽损失。如果在运行中汽门门杆漏汽量较大,就会造成一定的热力损失,影响机组的热效率。

2 节能潜力的估算

以国产200ＭＷ机组为例,高压调速汽门室的蒸汽为压力13ＭPa,温度535℃的过热蒸汽。一般在门杆套接有2段泄汽管道,高压段接至除氧器,压力为0.5MPa左右,低压段接至轴封冷却器,压力为负压。因此门杆间隙前后压差可达13MPa左右,必将产生很大的蒸汽泄漏量。根据厂家提供的国产200MW机组的热平衡图,在设计工况下门杆总间隙为0.3mm时的高中压汽门门杆蒸汽泄漏量总和为为2.73T/h,根据同心环缝隙的流量的相关公式

ｌ:门杆和门杆套的配合长度

可知,门杆的蒸汽泄漏量和间隙值与门杆间隙的3次方成正比,可知在0.4mm间隙时蒸汽的泄漏量可以达到间隙为0.3mm时的2.3倍,在0.5mm间隙时蒸汽的泄漏量可以达到间隙为0.3mm时的4倍。

根据检修工作经验,在汽轮机汽门检修时,调速汽门的门杆间隙可以达到0.4mm以上,个别门杆间隙会达到0.5mm以上,以此估算门杆的蒸汽泄漏量可以达到6～7T/h,因此就整个汽轮机蒸汽损失而言,门杆的漏汽量占有相当大的比重。根据我厂200MW机组的能耗分析表,高压门杆漏汽每增加1T/h,供电煤耗约增加0.14g/kwh,中压门杆漏汽每增加1T/h,供电煤耗约增加0.21g/kwh,如取供电煤耗增加值为0.18g/kwh,由于门杆漏汽的原因影响煤耗将达1.08～1.26g/kwh左右,因此门杆漏汽量的增大,会直接影响机组的热经济性。

3 当前门杆密封方案的选择

尽管减小汽门门杆泄漏可以提高机组效率,但汽轮机生产厂家在

设计方面,发电企业在检修维护方面的重视程度是不够的,因此如何减小门杆泄漏,提高密封质量仍是一个值得探讨的问题。目前在各种类型的机组中,一般有如下几种做法。

3.1 采用普通的门杆套结构

这种结构较为简单,汽轮机组的主汽门和调速汽门门杆和门杆套没有特殊的结构,门杆套为8～10只圆筒形的管状短节,中间由2道隔离套相隔,隔离套的位置即为门杆泄汽的位置。门杆套中的2道隔离套分别接至不同压力的泄汽管道,具体位置因机组的不同而不同,为了防止蒸汽沿门杆间隙漏至外面影响环境,最后一道泄汽管的压力更低,一般将剩余的部分漏汽接至负压管路。

3.2 采用门杆凸肩密封的结构

汽轮机组的高中压主汽门为开关二位式的配汽机构,在运行中不进行调节,因此可以采用更为合理的结构形式,很多进口机组都采用门杆凸肩的密封结构形式,该种结构在汽门门杆上制作有用于密封用的凸肩,俗称“倒密封”,在主汽门全开时,门杆和门杆套间的密封面接触,相当于一个具有密封面的阀门,因此能够达到较好的密封效果,实践证明,如果密封面经过研磨合格,汽门门杆间隙可以达到基本不发生泄漏的效果,也是最为理想的一种结构形式。

很多机组的中压调速汽门一般在30％～40％负荷下已经全开,在以后的负荷段不再参与调节,因此中压调速汽门也可以应用这种形式

的门杆密封结构。

这种密封结构要求在汽门的全开方向留有足够的裕量,即整个汽门的开启行程要靠门杆凸肩来限位,即使凸肩在运行检修中有小量的磨损,仍能保证汽门凸肩接触,关闭严密,蒸汽不向外漏出。同时在检修过程中要对门杆凸肩部位进行检查、研磨、靠口的阀门检修工艺来进行(图1)。

对于在全负荷段都要参与调节的高压调速汽门,由于在运行中的位置不固定,一般仍多采用第一种普通的门杆套结构。

4 汽门门杆密封的优化方案

根据以上所述和间隙泄漏的公式1,改进汽轮机组汽门门杆套的形式,减少门杆泄汽量,主要应从以下几个方面入手:

4.1 减小门杆与门杆套的间隙

在相同门杆直径的条件下,如直径40mm左右的门杆,国产机组一般把门杆间隙推荐为0.30mm,而国外机组则推荐为0.20mm,这主要是因为早期国产机组制造时金属材料及制造工艺比较落后,出于各方面考虑的结果。目前国内的加工工艺得到了大幅提高,即使进口机组在检修后,如果门杆门杆套间隙超标,一般也会换为国产相同尺寸的新备件,并未因此出现明显的卡涩现象,这些说明国内的门杆产品质量也有

所提高,检修标准不应总停留在以前的工艺标准之上。因此,国内机组在以后也应对门杆间隙值的上下限值进行适当缩小,如能将总间隙改为0.20mm的下限标准,就能将泄汽量降至2T/h以下,较总间隙改为0.30mm下降3倍之多,这样可以大幅减小门杆泄气量,提高机组运行的经济性。

4.2 减小门杆和门杆套的偏心量

在运行中,汽门的门杆套处于固定位置,门杆在调节中处于往复运动状态,由于汽门阀芯在运行中处于高自由度的悬空状态,在高速汽流的冲动和扰动下,会带动汽门门杆偏离中心位置,形成偏心的门杆漏汽间隙。

对于偏心的漏汽间隙,根据漏汽公式,最大偏心情况下的漏汽流量为:

其流量为同心环形间隙的 2.5倍,因此减小门杆和门杆套的偏心量也是很关键的。

由于重力作用,一般垂直布置的汽门门芯在自由状态下会达到较好的对中效果,为了减小偏心,需要减小高速汽流对门芯和门杆的作用力,可以在汽门室进汽处加装导流板或均压网,避免蒸汽直吹阀芯,造