探讨汽轮机汽封径向间隙如何配置

探讨汽轮机汽封径向间隙如何配置

发表时间：2019-03-12T15:53:18.793Z 来源：《电力设备》2018年第27期作者：侯姝宏[导读] 摘要：合理地设置径向间隙是十分必要的。

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司黑龙江哈尔滨 150046）

摘要：合理地设置径向间隙是十分必要的。本文阐述汽封径向间隙的要求，分析影响汽封径向间隙不均衡的因素及解决措施，提出汽封径向间隙应如何确定，以期为相关业内同仁提供些许借鉴。

关键词：汽轮机，转子轨迹，汽封，径向间隙，合理配置

汽轮机径向间隙的合理化设计，是影响汽轮机热效率和热经济性的主要因素，同时也是汽轮机安全运行的可靠保证。若通流径向间隙设计过大，级效率就会减少，在一定程度上会影响汽轮机的运行效率。

1 汽封径向间隙的要求

(1)大修后，汽轮机各汽封径向间隙值在最佳设定范围内，保证动静部分漏汽量最小，使得蒸汽在各压力级充分做功，提高汽轮机缸效，保证汽轮机效率最大化。(2)在冷态启动或过临界时，动静部分不发生严重碰磨，保证机组能安全启动并安全运行。(3)紧急停机状态下，虽然汽封间隙可能发生变化，但是，配置的标准间隙仍有一定富裕度，从而免除汽轮机设备受到损坏。

2 影响汽封径向间隙不均衡的因素及解决措施

2.1 猫爪热膨胀对汽缸间隙的影响

国内外亚临界、超临界汽轮机的汽缸尽管在结构上各不相同，但其支撑方式均可分为下汽缸猫爪支撑和上汽缸猫爪支撑 2 种。由于下汽缸支撑方式时汽缸猫爪的支撑平面低于机组的中心线，因此在运行时猫爪温度将高于轴承座的温度，使汽缸内汽封洼窝中心抬高，造成汽封下部间隙减小，严重时甚至会产生碰磨。

猫爪支撑处轴封洼窝中心抬高的数值跟猫爪的尺寸、猫爪的温度和支撑形式有关。假若猫爪高度 H 为 200 mm，猫爪平均温度为 150℃，相应这部分的轴承座温度为 30 ℃，金属线膨胀系数α =1.2×10 -5 /℃，则轴封洼窝中心的抬高值：Δ H= αH Δ t =1.2×10 -5 ×200×(150-30)=0.288 mm。即轴封洼窝下部间隙将减少 0.288 mm，而上部间隙将增大 0.288 mm。因为缸内汽封洼窝将随时发生变化，会危及机组安全经济运行，所以应该查阅汽轮机厂家资料、图纸，并根据《安装说明书》中关于猫爪膨胀值的要求，预留出猫爪热膨胀对各部套中心的影响值。在调整汽封间隙结束时，对各部套按照要求调整中心即可。

2.2 整圈汽封膨胀间隙的影响

每一圈汽封都是由一块块汽封拼合而成的，这些汽封块间均留有膨胀间隙，使得汽封块在受热膨胀后能成为一个完整的圆，以起到密封作用。如果膨胀间隙偏小，汽封圈受热膨胀后会使该圆的直径变大，造成汽封间隙偏大，漏汽严重，热效率降低。如果膨胀间隙偏大，汽封圈受热膨胀后达不到应有的直径，各弧段之间有间隙，蒸汽会通过这些间隙漏向下一级，同样造成蒸汽损失，使热效率降低。因此，合适的膨胀间隙十分重要。在汽封间隙调整合格后，要对每一圈汽封的膨胀间隙进行检查测量，使膨胀间隙达到标准。对膨胀间隙偏大的，可以选用同型号的旧汽封做成接长块或更换汽封块。

2.3 运行中转子中心变化对汽封间隙的影响

运行中，汽轮机转子不是在轴承的中心位置，而是偏向旋转方向的另一侧。资料显示，汽轮机转子的位置偏向另一侧0.10～0.30 mm。因此，在调整汽封时，应在左侧预留出间隙 0.10～0.15 mm，在相应的另一侧减小间隙0.10～0.15 mm；或者根据厂家的安装要求，调整左侧隔板洼窝值比右侧多 0.10 mm 左右。

2.4 加工、测量偏差对调整的影响

在用压铅丝法测量汽封间隙时，要注意以下几个事项，以减少测量偏差对调整的影响。

(1) 由于喷嘴组速度级单齿汽封在装配时采用包紧方式，常出现汽封因安装质量问题而产生脱出的情况，因此在采用压铅丝法测量时会将汽封片压3.8 汽缸自重、运行状态对汽封间隙的影响汽封间隙调整时，还要考虑汽缸的安装状态，考虑汽缸的垂弧，即汽缸内隔板装入的多少。一般来说：重量增加，汽缸垂弧增大；另一方面，扣上缸后，汽缸螺栓数量多，结合面间隙小，使汽缸的刚度增大、垂弧减小。N300-16.7/537/537 型凝汽式机组高压通流部分的隔板采用镶紧式汽封 (俗称“死汽封”)，在多次检修中均发现其下部隔板汽封存在严重磨损的现象，测量其解体间隙约为1.8～3.4 mm(标准为 0.8mm)，有时会更大。每次检修均采取更换上下隔板汽封齿并进行加工的方法，保证其下部间隙在 1.3～1.5 mm，上部间隙在 0.6～0.8 mm，而加工完后在现场的实际测量值为：底部间隙 1.9～2.3 mm，上半部甚至局部无间隙。分析其原因是由于缸体单薄，刚性差，受自重影响后汽缸静挠度大。因此，在进行汽封间隙调整时，必须考虑运行时的汽缸状态。如果按照通常的程序直接进行半实缸汽封间隙调整，则可能在全实缸状态时造成汽封间隙超标。具体的测试过程如下。

(1) 对低压缸先试合空缸，并在凝汽器汽侧灌水至高于正常运行水位约 1 m 处 (考虑到循环水管的重量)，以尽量模拟运行时的汽缸状态。(2) 利用汽缸两端的轴承座固定一条纵贯汽缸的工字钢，并在工字钢上装设百分表，表针指向各级隔板槽及轴封洼窝处。观察百分表的变化，发现汽缸各处均有不同程度的下沉，最大下沉量约0.30 mm。(3) 合上半内缸，紧完汽缸中分面螺栓后，每道隔板槽处均有不同程度抬升，与汽缸的挠曲曲线一致，最大抬升量在汽缸中部，约 0.80 mm。由此得出了一条近似于挠曲曲线的汽封间隙修正值曲线，并根据该修正值曲线在半实缸状态时对汽封间隙进行调整。

3 汽封径向间隙应如何确定

汽封径向间隙应保证汽封与转子运行时不发生碰磨，且间隙最小。汽封一般安装在汽轮机的静止部分上，不随汽轮机转子转动，而汽轮机转子在运行时，转子不会停留在静态的中心位置，一般会上抬，或有偏心，不同的汽轮机以及使用的轴承形式不同，转子的径向运动轨迹不同。目前国内尚未有机组转子的运动轨迹实测和研究，一般转子的运动轨迹在汽轮机径向横截面上可分为正圆、偏心圆、立椭圆三种类型。了解了转子的运动轨迹就能够确定静态下的汽封在汽轮机径向横截面间隙配置情况。如我公司 200MW 汽轮机，下猫爪支承，三油契轴承，汽封与转子间隙在圆周上分布为偏心圆型，下部间隙大于上部间隙，从机头看，左侧间隙大于右侧间隙；而我公司 330MW 汽轮机，补偿式下猫爪支承，可倾瓦，汽封与转子间隙在圆周上分布为立椭圆型为左右两侧间隙相同且小，而上部间隙大，下部间隙小，它适用于转子平衡良好而汽缸的热敏感性较大的机组。所以确定汽封径向间隙应综合考虑制造厂的标准与机组实际转子的运行轨迹，以及冷态、热态下汽封间隙的变化，只有合理配置间隙才能达到汽封性能的最佳状态。