运用机械加工技术对汽轮机高压缸汽封间隙进行精确调整

运用机械加工技术对汽轮机高压缸汽封间隙进行精确调整

发表时间：2018-08-13T15:59:13.903Z 来源：《电力设备》2018年第8期作者：汤奔许振盛

[导读] 摘要：汽封间隙决定着高压缸汽封的密封性能，汽封间隙的调整是高压缸解体检修的工作重点，然而传统汽封间隙调整方法存在精度低、不可靠的问题。

（海南核电有限公司海南省昌江县 572733）

摘要：汽封间隙决定着高压缸汽封的密封性能，汽封间隙的调整是高压缸解体检修的工作重点，然而传统汽封间隙调整方法存在精度低、不可靠的问题。本文介绍了汽封间隙调整的新方法，运用机械加工技术，设计专用夹具，通过在铣床上铣削汽封块的背弧面可以精确减小汽封的径向间隙，通过在车床上车削汽封块的梳齿，或运用刮汽封齿手动专用工具刮汽封块的梳齿，可以精确增大汽封的径向间隙，从而实现汽封间隙的准确可靠调整，从而更好的保证汽封的密封性能。

关键词：汽封；汽封间隙；汽封块；调整汽封间隙

1.背景

汽轮机高压缸汽封环的梳齿与汽封套筒或转轴上的凹凸肩通过一定间隙相互配合，组成微小的环形间隙及蒸汽膨胀室，形成汽封，以阻止蒸汽的泄漏。汽封间隙是高压缸解体检修时，需要重点调整的参数。传统汽封间隙调整方法精度不高，不利于保证汽封的密封性能。本文通过合理设计夹具和专用工具，运用机械加工技术，开发出了新的汽封间隙调整方法，可以准确控制汽封间隙的精度，更利于保证汽封的密封性能。

2.汽封概述

汽封是发电机本体静止部分的重要组成部件，设置汽封的主要目的是防止和减少漏汽，提高机组的经济性。目前，大容量的高压汽轮机大都采用迷宫式汽封，迷宫式汽封有很多结构，其中又属疏齿形钢制整体汽封因其结构简单、阻气性好等综合性能优良而得到广泛应用。钢制整体汽封分高低齿、平齿和斜平齿三种。高低齿阻汽效果好，但加工费时，一般用在高温高压部分；平齿、斜平齿汽封一般用在低温低压部分或转子与汽缸相对膨胀较大的部位。本文主要讨论600MW核发电机组高压缸的汽封齿的机械加工修复方法，该汽封齿为高低齿疏齿形钢制整体汽封。

迷宫式汽封一般是由汽封套（座）、汽封环及汽封套筒三部分组成的。在汽封环的内圆及汽封套简的外圆上车有许多相互配合的梳齿及凹凸肩，组成微小的环形间隙及蒸汽膨胀室，以阻止蒸汽的泄漏。轴封套筒是用热套的方法安装在转子上的。在高温区域，由于汽封套筒受热膨胀后易发生松动并会引起转子振动，因此都不装设轴封套筒，而是直接在大轴上车出与汽封环梳齿相配合的凹凸肩，对于大型汽轮机，为简化结构，一般均不设汽封套筒。汽封环是借助外圆上两凸肩安装在轴封套内圆车出的形槽道内的。每道汽封环分成八个弧块，每个汽封块与轴封套之间装有两片弹簧片，使汽封块呈弹性压向中心，从而保持动、静部分的最小间隙。当汽封块与转子发生摩擦时，使汽封块能向外退让，减小摩擦的压力。

3.汽封间隙调整

为防止和减少发电机漏气，提高机组的经济性，汽封必须保证一定的汽封间隙。若汽封间隙过大，则不能保证密封；若汽封间隙过小，则汽封齿可能会与汽封套筒或转轴发生摩擦，轻则使汽封块的梳齿发生磨损、卷曲，重则会刮伤汽封套筒或转轴。

对汽封间隙的数值，制造厂虽有明确的规定，但在运行过程中汽封常发生摩擦。因此各电厂对汽封间隙的分配应根据机组不同特点和长期运行检修中积累的经验，参照制造厂规定的汽封平均值来确定。影响汽封间隙分配值的因素很多，如采用轴承的型式，汽缸、轴承座、轴封套、隔板及隔板套的支承方式，转子和汽缸的垂弧，机组运行水平和检修质量等。

图1 汽封块结构图

检修时，通常采用“贴胶布法”对汽封径向间隙进行测量。根据测量结果，确定汽封间隙的调整量。通常，传统的汽封间隙检修调整方法是：若径向间隙过小，则在汽封A面台肩（如图1所示）两侧用扁铲凿出一个凸出的高点，即铆点，然后用细锉修整铆点到合格的厚度，可将扁铲砸前与砸后台肩厚度用千分尺测量并记录下来，与需调整量进行比较，确定锉削量；若径向间隙过大，则将汽封块安装在“背弧机”上，简单找正后对平面B刮一刀。

传统汽封间隙调整方法存在一定的问题。首先，不论是用扁铲凿铆点，还是用背弧机刮背弧，都会破坏汽封块的圆弧半径，这样修出来的汽封块装在汽封座上后，在汽封块端面与端面之间就会存在不均匀的间隙，容易造成漏气；其次，用扁铲凿出的铆点只是局部高点，受力不均，强度很难得到保证，经过运行一段时间之后，铆点逐渐被磨平，调整好的间隙就会变化，从而影响密封性能；再次，背弧机本身精度不高，运用其刮汽封块的背弧面（B面）时，找正精度也不高，对于背弧的修刮量很难精确掌握。鉴于这种检修方法的不足，我厂经多方研究后，决定采用另一种间隙调整方式：如果间隙大，则修背弧面，如果间隙小，则修齿面。为了保证检修精度，这两种调整方式都在机床上通过设计专用夹具，以特殊的加工方式进行。同时，为了提高检修速度，我们还设计了刮汽封块齿面的手动专用工具。

4.汽封间隙机械加工调整方法

由于单块汽封块只是1/8圆弧段，不是一个完整的圆弧，运用普通机床加工没法装夹，所以必须设计专用夹具，来辅助进行汽封块的加工。通过认真分析汽封块的结构，我们设计了两个专用夹具，一个是车床装夹夹具，用来在车床上车削汽封块的梳齿；另一个是铣床装夹夹具，用来在铣床上铣削汽封块的背弧面。另外，由于车床一次装夹找正汽封块很麻烦，比较费时费力，我还专门设计了一套刮汽封齿手动专用工具，可以不依赖于机床，在检修现场就可以进行手工操作，使用简单，同时也可以很好的保证精度。

4.1车床车削梳齿

车床加工梳齿的夹具如图2所示。该夹具是模拟汽封套的形式，先把夹具装夹在车床CA6163上找正，然后将汽封块从夹具缺口处放入夹具套内，通过两个顶丝来定位并夹紧汽封块。

图2 车床装夹汽封块夹具

这个夹具的设计优点体现在以下几个方面：

（1）模拟汽封套，夹具中尺寸D的值与汽封套上相应位置的直径一样，这样可以很好的保证汽封齿的梳齿弧度的圆度及其和汽封套筒的同轴度要求。

（2）只需装夹找正夹具，然后将汽封块装上固定即可，无需对每个汽封块进行单独找正，提高了加工效率，节省了检修时间。（3）夹具内套环上设计有一个缺口，用来放入和取出汽封块；在圆周方向设置有16个螺纹孔，用来上顶丝固定汽封块，操作方便，简单可靠。

（4）这套夹具可以一次装夹7个汽封块，同时对7个汽封块的梳齿进行加工，大大提高了工作效率。

（5）由图2可以看到，夹具是由两个部分对称的组焊而成，这样做有效的避免了设计成一个整体时加工和测量的难度。为防止焊接变形影响夹具的精度，这里采用花焊代替环焊缝，加上焊接时电流的控制，严格的控制了焊接变形量。

运用这套夹具车削梳齿时，以齿面对刀，然后通过车床刻度控制背吃刀量，可以精确的掌握刮低齿面的量，有效的达到调整径向汽封间隙的目的。

这种方式通常用在整圈汽封块需要调整，并且调整量较大（整圈更换汽封块，余量将近5mm）时，可以一次装夹7个汽封块，同时车削齿面，这样可以很好的提高检修效率。如果用来一次只车削一个汽封块的齿面，则效率较低，这是这种加工方式的一个局限性。

4.2铣床加工背弧

铣床铣削背弧的夹具如图3所示，夹具的D尺寸与图2中D尺寸一样。将夹具定位在立铣工作台上，模拟车床加工的方式，制作一个刀杆装在立铣主轴刀架上，刀杆一端装夹车刀，铣床主轴旋转，带动刀杆上的车刀做固定旋转半径的圆周运动。

图3 铣床装夹汽封块夹具

使用该夹具铣削汽封块的背弧时，应注意以下几个方面：

（1）铣削加工汽封块之前，首先应找正夹具和车刀的位置，保证夹具的D圆与主轴旋转中心同心，同时车刀的切削直径为D值。（2）夹具找正好后，应锁紧工作台水平的前后移动方向和左右移动方向，并分别打表指示，调整百分表指到零位，以防止工作台水平发生位移时，可以直观的通过百分表来指示，这样可以充分保证加工后的汽封块背弧与汽封套筒以及汽封套的汽封槽的同心度要求。在整个加工过程中，因时刻注意百分表的指示，以防工作台意外窜动时及时做出调整。

（3）装夹好汽封块之后，用杠杆百分表找正待铣削的背弧面。有时汽封块两端背弧要求铣去的量不一样时，找正时应保证背弧面两端有相应的差值。

（4）汽封块找正完毕，铣背弧的背吃刀量是通过水平移动工作台来实现的，被吃刀量不能单纯依靠铣床的刻度来保证，应同时观察工作台水平移动指示的百分表的读数。当进给量设置好后，千万不能忘了要锁紧工作台水平左右移动方向。每块汽封块加工完后，都应把工作台水平左右方向移动到原位，即相应百分表指示零位处。

该夹具设计最大的创新点就是完全违反铣削加工的思维模式，大胆模拟了车床加工时工件与刀具的相对运动方式，不同的只是工件不