汽轮机汽封改造方案

某厂

东方35MW汽轮机前、后轴封改造方案

某公司

2009年04月02日

东方35MW汽轮机

前、后轴封改造方案说明

简介：

某型号接触式汽封技术自2001年以来已先后被一百多家二百余台容量3MW至600MW汽轮机组所采用，在众多运行实践证明某型号接触式汽封是一项高效节能、安全可靠、先进成熟的技术。

一、改造原则

本设计方案在不改变原汽封的相对位置及外形尺寸的基础上进行改造。

二、改造数量及结构

前轴封共改造3圈，结构为接触式蜂窝汽封；后轴封改造4圈，结构为接触式汽封。

三、某型号汽封产品特点

（一）、接触式汽封结构特点：接触式汽封采用独特大胆的设计理念，在汽封体中心部位嵌入与轴（套）直接接触的汽封齿。

（1）与转轴接触部分的接触齿材料，是一种自行开发研制的非金属多元复合材料，此种材料具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀等特性，并且具有自润滑功能。它能直接和转轴接触，同时由于精密的限位装置的作用，对转轴的压力受力学链的控制，因此不会引起转轴发热，磨轴现象，也不会引起轴系振动，能保持和轴始终接触而稳定运行，确保密封效果。

性能数据

（2）、汽封齿能够直接与轴（套）接触，达到无间隙运行，全面起到阻流作用。在压力区段密封齿可将密封齿与转子轴的径向间隙根据不同的位置，调整至常规汽封齿无法达到的0-0.20mm.对此即能大大减小缸内各漏点的漏汽量,又能防止汽缸内蒸汽漏出缸外,确保进入汽轮机的全部蒸汽量都沿着汽轮机的叶栅通道前进做功,又防止轴承温度升高或使润滑油中含水,减少能源的损失,使机组的效率有显著提高。

（3）、接触汽封齿背部设有单独的弹簧压力定位系统，具有自动跟踪转轴，尤其是汽轮机启停时，实现自动跟踪，自动补偿，实现无间隙运动。

(二）、蜂窝式汽封结构特点

形汽室中形成蜗旋，使气流由水平方向改变为向下的垂直方向，进而借助气流压力形成一道汽墙，来形成一道汽密封，达到阻流、扰流的作用。

金属蜂窝结构已广泛应用于汽轮机、燃气轮机、航空发动机的设计和制造及技术改造。蜂窝结构是可磨损材料，可以将转子与缸体间隙设计到最小值，从而减少漏气（汽），提高效率和降低能耗，又可提高转动系统的稳定性，保证转子不会与缸体产生磨擦而发生危险。GENERAL ELECTRIC, ROLLS-ROYCE, PRATT&WHITNEY ,WESTINGHOUSE，SNECMA、三菱重工等世界著名航空及发电设备制造公司均采用了该项先进的密封技术。

1、蜂窝技术规范及参数

⑴、常用材料：Hastelloy X , Haynes 214 , Inconel 625, GH3030 , 1Cr18Ni9Ti , 0Cr18Ni9 , 1Cr17

其中HASTELLOY® X（又称哈氏合金）是一种镍-铬-铁-钼合金，该合金具有出色的抗氧化，加工及高温强度等综合性能。它具有优越的抗应力腐裂性。X 合金在650,760和870℃温度下经16,000小时加热后仍有良好的韧性。HASTELLOY®X 合金具有优越的成形及焊接性能，可锻造。由于它具有良好的韧性，可冷加工。

2、蜂窝规格及材料厚度

⑴、蜂窝规格：0.8,1.6,2.5,3.2,3.6,4.0,4.2

⑵、材料厚度：0.05,0.076,0.1,0.12,0.127,0.13

⑶、金属蜂窝产品尺寸：蜂窝环直径：80mm-4500mm

蜂窝宽度：3mm-100mm

蜂窝长度：10mm-14000mm

3、蜂窝结构特点

（1）、蜂窝带与汽封圈是利用高温真空钎焊焊在一起，焊接牢固永不脱落，可以保证长期在汽轮机高温区安全运行。

（2）、蜂窝带中的蜂窝网格对气流中的水份具有结露作用。

（三）、某型号接触式蜂窝汽封----通过采用接触式与蜂窝的配合使用，通过接触齿使得汽流在流过时大量受阻，使得汽流强行挤入蜂窝巢穴内，使蜂窝最大效力的发挥了作用—减压、形成汽墙。这样配合使用达到了1加1大于2的效果。

四、方案简图（详见方案图）

1、前轴封（改造3圈）见方案图

前接触式蜂窝汽封放大图

2、后汽封（改造4圈）见方案图

后接触式汽封放大图

五、方法措施

1、众所周知轴封汽封间隙值的减少，对应的汽封漏汽量就会减少。我公司某型号接触式蜂窝汽封的接触齿与转子轴面密封间隙值相对较小，其最小间隙可调整到接近为零间隙，比原汽封密封间隙值减少0.3-0.6mm ，从而提高了密封的可靠性，改善了机组的运行工况。

因接触齿具有轻巧、退让灵活，耐高温等特点，所以有效的使机组在安全运行的基础上缩小径向密封间隙，实践证明压力区轴封间隙每减小0.1mm ，轴封漏汽量就会减少1—1.5t/h 。对此本设计方案在轴封每段尽量设有接触式汽封而阻汽降压，达到表面无漏气（汽），提高机组效率降低能耗。

2、根据此机组前后轴封的特点，我方针对性的将汽封沿汽流方向开有压力平衡槽，即当汽流通过时汽封块不会因为压力不同而使汽封齿与转子的径向间隙改变，从而使检修过的机组始终运行稳定，此结构使径向间隙保持在安装值。

六、改造方案效果分析 1.提高机组的安全性

汽轮机转子普遍存在一定量的动不平衡现象,运行中转子有不同程度的振幅摆动,其摆动幅值除其自身质量偏心外,与汽封和轴承径向间隙的阻尼作用大小有关,即阻尼系数Ce,

Ce=πη(nbD 2

1D 2

2)/(D 2

1-D 2

2) 其中D1---汽封内径 D2---转子轴径

由此可看出阻尼系数Ce 与汽封与转子的径向间隙(D1-D2)成反比而转子摆动幅值A 与Ce 成反比(A=4F/πωCe),即当汽封间隙减小时,阻尼系数增大，转子摆动幅值减小,从而提高了转子运行的稳定性。

2.提高机组的经济性

影响汽轮机通流运行热效率的主要因素有：化学物质沉积、叶片表面侵蚀、喷嘴及叶片机械损伤、汽封间隙漏汽，其中汽封间隙漏汽可占整个通流热效率损失的80%左右。因此，减小汽封间隙漏汽，对提高机组运行经济性起着决定性作用。提高机组运行经济性，主要体现在以下几点：

（1）、轴封漏汽的减少增加机组做功能力；

（2）、汽封漏汽量的减少，减少了漏汽对主流场的扰动，从而提高机组运行效率；汽轮机的内功率N=∑G ×H S ×η，对端汽封而言，接触式汽封由于漏出高品质的蒸汽减少，相应通流量G 增大，做功能力显然增强。

漏汽量G 是根据汽封的直径、齿数、间隙以及前后压力按如下公式计算得到的。

当K P P >12/ 时 G=3.6×10-3

()

1

2

2

2

1

S

υzp p p

g

-

式中：Z —为汽封齿数 S —为漏汽面积 D —为汽封轴径， δ—为汽封间隙 g —为重力加速度 P1—为汽封套前压力 P2—为汽封套后压力 V —为各汽封前比容