300MW機(jī)組汽封的技術(shù)改造
發(fā)布日期：2016-04-19 來(lái)源：《上海設(shè)備管理》
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上海電力股份有限公司吳涇熱電廠9號(hào)汽輪機(jī)組是上海汽輪機(jī)廠生產(chǎn)的K156型機(jī)組。該機(jī)組自2010年投產(chǎn)運(yùn)行以來(lái)，機(jī)組的運(yùn)行熱耗、煤耗相較設(shè)計(jì)值有較大差距。為做好節(jié)能減排，減少漏汽損失，提高機(jī)組內(nèi)效率，以及提高機(jī)組啟停過(guò)程中的安全性和經(jīng)濟(jì)性，經(jīng)過(guò)對(duì)影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的諸多問(wèn)題進(jìn)行分析，論證了用布萊登汽封替換傳統(tǒng)汽封的可行性，并在此基礎(chǔ)上提出了9號(hào)汽輪機(jī)高中壓缸汽封整體改造的方案。
一、布萊登汽封的簡(jiǎn)介
1、布萊登汽封結(jié)構(gòu)及工作原理
布萊登可調(diào)式汽封是美國(guó)布萊登工程公司專利產(chǎn)品。全世界現(xiàn)已有500 多臺(tái)不同容量汽輪機(jī)成功采用了該技術(shù)。
布萊登汽封是在每圈汽封弧塊端面處，加裝了四只螺旋彈簧，自由狀態(tài)下，在彈簧力的作用下汽封弧塊處于張開(kāi)狀態(tài)而遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子。
在每個(gè)汽封弧塊的背后進(jìn)汽側(cè)中間位置銑出—個(gè)進(jìn)汽槽，蒸汽進(jìn)入汽封弧塊背面的腔室，對(duì)汽封弧塊背面產(chǎn)生一個(gè)朝向轉(zhuǎn)子的蒸汽作用力，在機(jī)組啟機(jī)時(shí)，隨著汽輪機(jī)蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧塊背部的蒸汽壓力逐步增大。
當(dāng)這一壓力足以克服彈簧應(yīng)力、摩擦阻力等時(shí)，汽封弧塊開(kāi)始逐漸關(guān)閉，直至處于工作狀態(tài)，并始終保持與轉(zhuǎn)子的最小間隙值運(yùn)行。
停機(jī)時(shí)，隨蒸汽流量的減小，在彈簧應(yīng)力的作用下，汽封弧塊遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子，使汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙達(dá)到最大值。
2、布萊登汽封應(yīng)用特點(diǎn)
布萊登汽封獨(dú)特的工作原理和結(jié)構(gòu)很好地解決了機(jī)組啟、停機(jī)過(guò)程中過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)汽封與轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生動(dòng)靜碰磨的問(wèn)題，使汽封齒與轉(zhuǎn)子間隙保持在安全最大值內(nèi)，并在機(jī)組定速3000轉(zhuǎn)后，仍然保持安全的最大值，使機(jī)組在帶負(fù)荷之前不會(huì)產(chǎn)生碰磨。在機(jī)組帶負(fù)荷的過(guò)程中布萊登汽封開(kāi)始逐級(jí)關(guān)閉，達(dá)到調(diào)整的設(shè)計(jì)值，從而使機(jī)組保持平穩(wěn)、較小間隙運(yùn)行。停機(jī)時(shí)，進(jìn)汽量逐漸減少，當(dāng)流量減到一個(gè)數(shù)值（即2%） 時(shí)，螺旋彈簧的推力大于壓差、摩擦力、弧塊重力等，從而使汽封環(huán)張開(kāi)。因此，經(jīng)過(guò)精密計(jì)算而設(shè)計(jì)的各級(jí)汽封螺旋彈簧，可以使各級(jí)可調(diào)式汽封按照需要在不同的蒸汽流量下逐一關(guān)閉。使整個(gè)過(guò)程平穩(wěn)有序地進(jìn)行。
二、汽封改造方案
1、機(jī)組缸效偏差問(wèn)題分析
高壓缸效率低，除高壓缸通流徑向間隙大之外，可能存在以下原因：
（1）高壓缸外缸與高壓缸隔板套之間汽封間隙變大，大量蒸汽漏至高壓缸內(nèi)外缸夾層，通過(guò)中壓缸冷卻蒸汽管排至高壓缸排汽，導(dǎo)致高壓缸排汽溫度升高，使高壓缸效率降低。
（2）隔板套可能發(fā)生變形，高壓隔板套結(jié)合面因螺栓緊力不夠而漏汽，降低高壓缸效率。
（3）軸封漏汽量過(guò)大，9號(hào)機(jī)組在投產(chǎn)之后2號(hào)軸承振動(dòng)偏大，經(jīng)幾次檢修進(jìn)行調(diào)整仍未完全解決。軸封因碰磨損傷，軸封間隙大于設(shè)計(jì)值，使得高中壓缸前后軸封漏汽量增大，軸封加熱器溫升提高，直接導(dǎo)致熱耗率增加，汽缸效率降低。
綜上影響汽輪機(jī)缸效率的主要因素有：機(jī)組葉片設(shè)計(jì)、制造、安裝水平；汽封漏汽量大；汽缸內(nèi)其它密封面漏汽；隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)通流部分變化。隨著現(xiàn)在汽輪機(jī)通流部分設(shè)計(jì)、制造技術(shù)日臻完善，汽封漏汽損失已成為制約汽輪機(jī)效率提高的主要因素。所以，通過(guò)改造汽封來(lái)解決9號(hào)機(jī)組汽缸效率偏低、熱耗較高的問(wèn)題是行之有效的。
2、汽封改造方案確定
高中壓缸平衡環(huán)、中壓缸隔板汽封采用布萊登汽封技術(shù)進(jìn)行改造，以下為設(shè)計(jì)的方案。
（1）根據(jù)K156型機(jī)組結(jié)構(gòu)及布萊登汽封原理結(jié)構(gòu)，對(duì)總計(jì)21 道汽封采用布萊登可調(diào)式汽封進(jìn)行改造（其中：高壓進(jìn)汽平衡環(huán)汽封1～6級(jí)，共6道；高壓噴嘴室汽封1～2 級(jí)，共2道；高壓排汽平衡環(huán)汽封1～4 級(jí)，共4道；中壓進(jìn)汽平衡環(huán)汽封1～2級(jí)，共2道；中壓隔板汽封2～8 級(jí)，共7道），材質(zhì)均采用1Cr12Mo。
在汽封安裝調(diào)試時(shí)，各平衡環(huán)汽封及中壓隔板汽封工作間隙按0.35±0.05mm標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整。
（2）K156機(jī)組調(diào)節(jié)級(jí)阻汽片，上汽廠原設(shè)計(jì)為單齒鑲嵌式，高壓隔板阻汽片為單級(jí)2 道鑲齒方式。雖然調(diào)節(jié)級(jí)阻汽片設(shè)計(jì)間隙值較小，為1.0mm，但歷經(jīng)一個(gè)大修周期，經(jīng)過(guò)幾次啟停后，調(diào)節(jié)級(jí)阻汽片會(huì)有所磨損，間隙增大，造成該處漏汽量增大。為有效提高機(jī)組高壓缸效率，對(duì)該部分阻汽片予以更換。
三、汽封改造的實(shí)施
1、汽封改造解體
機(jī)組停機(jī)后對(duì)高中壓汽缸進(jìn)行了解體，現(xiàn)場(chǎng)具體過(guò)程步驟：停盤車后，汽缸螺栓拆卸，并將汽缸的上半部全部吊出。用塞尺對(duì)各道汽封環(huán)、阻汽片的左右徑向間隙進(jìn)行了測(cè)量，并作記錄。為了確保機(jī)組檢修質(zhì)量及檢修后獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益，首先需要確定缸內(nèi)各部套（包括高壓持環(huán)、高壓內(nèi)缸、高壓平衡活塞、高壓排汽平衡活塞、中壓平衡活塞、中壓1號(hào)、2號(hào)持環(huán)）的洼窩調(diào)整量。由于在半缸狀態(tài)下測(cè)量的洼窩值未考慮汽缸變形量的影響，所以需要全實(shí)缸測(cè)量洼窩值，再算出半缸時(shí)的修正值進(jìn)行調(diào)整。將轉(zhuǎn)子吊出后，吊入假軸，安裝好專用測(cè)量洼窩的儀器。
裝好上半各部套，擰緊螺栓，蓋外缸。此時(shí)需要熱緊汽缸螺栓。通過(guò)比較得到在冷緊時(shí)與熱緊各洼窩值有一些差值。
將調(diào)節(jié)級(jí)葉頂3 道、葉根2 道及高壓持環(huán)14級(jí)隔板原阻汽片拔出，并清理阻汽片槽道。為了確認(rèn)鑲嵌阻汽片的槽道符合技術(shù)要求，將新的阻汽片按編號(hào)鑲?cè)朊恳坏缹?duì)應(yīng)的槽道內(nèi)，用鋼沖在阻汽片槽道兩側(cè)分段沖牢。在適當(dāng)位置安放移動(dòng)立式阻汽片現(xiàn)場(chǎng)加工數(shù)控鏜床，以噴嘴體或高壓內(nèi)缸的基準(zhǔn)面為基準(zhǔn)將鏜床在現(xiàn)場(chǎng)有效的空地上坐牢，對(duì)它們的每一個(gè)加工面用百分表進(jìn)行同心、平衡、垂直找正。當(dāng)確認(rèn)誤差在所規(guī)定的技術(shù)要求范圍內(nèi)后，方可進(jìn)行加工。加工前準(zhǔn)備就緒后，按揭缸后所測(cè)量的實(shí)際尺寸值，再經(jīng)過(guò)全實(shí)缸確認(rèn)后給出實(shí)際修正尺寸，并按此尺寸加工。第1遍為粗加工，直徑尺寸要留有0.4～0.6mm的余量。為了確保實(shí)際修正尺寸的準(zhǔn)確性，當(dāng)加工到余量0.4～0.6mm時(shí)，應(yīng)進(jìn)行再次回裝扣缸、盤車來(lái)檢驗(yàn)加工后的具體尺寸，確認(rèn)是否合乎技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。如不符合標(biāo)準(zhǔn)，須將高壓內(nèi)缸和噴嘴體再進(jìn)行加工修正，直到合格為止。根據(jù)實(shí)扣缸時(shí)所測(cè)的汽缸變形數(shù)據(jù)，按布萊登汽封技術(shù)安裝工藝要求，調(diào)整布萊登汽封間隙。
2、解體情況分析
汽輪機(jī)高、中壓缸解體后在半缸的狀態(tài)下進(jìn)行了通流間隙的復(fù)查工作。檢查發(fā)現(xiàn)汽封徑向間隙普遍偏大，葉頂及隔板汽封上部及右側(cè)間隙均大于1mm，最大達(dá)1.5mm，下部及左側(cè)間隙均小于0.7mm。同時(shí)，檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)汽封齒均有不同程度的磨損，葉頂?shù)膰鷰踔聊コ鲚^深的溝痕。查閱該機(jī)安裝記錄，各徑向間隙均符合設(shè)計(jì)值要求，但解體后徑向間隙值變化較大及部分汽封齒磨損，說(shuō)明熱態(tài)運(yùn)行時(shí)通流部件徑向相對(duì)位置變化較大，造成汽封間隙不均勻?qū)е缕恺X磨損。而且，解體的大部分高中壓汽封塊都有卡瑟現(xiàn)象，背部彈簧片失去了作用，在實(shí)際運(yùn)行中可能發(fā)生間隙較大的情況。通流部分徑向間隙嚴(yán)重偏離設(shè)計(jì)值必將造成漏汽損失增加，經(jīng)濟(jì)性降低。因此，保證運(yùn)行狀態(tài)下汽封徑向間隙符合要求就成了本次大修施工的重點(diǎn)。
四、改造效果
在9號(hào)機(jī)組的改造過(guò)程中，通過(guò)檢修技術(shù)人員的通力合作，機(jī)組在啟動(dòng)沖轉(zhuǎn)過(guò)程中，一次成功。布萊登汽封顯示了其安全方面的優(yōu)越性，臨界轉(zhuǎn)速區(qū)域和其他階段振動(dòng)均在合格及優(yōu)良范圍內(nèi)，在負(fù)荷升至100 MW時(shí)，因汽封已經(jīng)全部關(guān)閉，部分汽封間隙過(guò)小，2號(hào)軸瓦振動(dòng)達(dá)到92 μm，但因布萊登汽封沒(méi)有背弧彈簧，退讓性好，通過(guò)合理暖機(jī)，振動(dòng)又恢復(fù)到優(yōu)良值，直到滿負(fù)荷階段，汽輪機(jī)整體振動(dòng)均在優(yōu)良范圍內(nèi)。改造后，機(jī)組在額定工況下高壓缸效率達(dá)到83.5%，提高了近2%。中壓缸效率也有實(shí)質(zhì)性的提高，整臺(tái)機(jī)組的熱耗達(dá)到了預(yù)期效果。
汽輪機(jī)汽封設(shè)計(jì)（包括端部軸封、隔板汽封、葉頂汽封）是汽輪機(jī)整體設(shè)計(jì)中的重要組成部分，其最佳間隙是在保證汽輪機(jī)的最高效率下經(jīng)過(guò)周密詳細(xì)計(jì)算后而確定的。近年來(lái)，國(guó)外大型汽輪機(jī)汽封設(shè)計(jì)多采用可調(diào)式汽封，即隨著機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行工況的變化，汽封間隙能自動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，使其始終保持在最佳間隙狀態(tài)，因而可明顯提高汽輪機(jī)在啟動(dòng)時(shí)的安全可靠和正常運(yùn)行下的經(jīng)濟(jì)性。
作者:孫海榮 葛圣杰 上海電力股份有限公司吳涇熱電廠
