300MW机组汽封的技术改造
发布日期：2016-04-19 来源：《上海设备管理》
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上海电力股份有限公司吴泾热电厂9号汽轮机组是上海汽轮机厂生产的K156型机组。该机组自2010年投产运行以来，机组的运行热耗、煤耗相较设计值有较大差距。为做好节能减排，减少漏汽损失，提高机组内效率，以及提高机组启停过程中的安全性和经济性，经过对影响机组安全、经济运行的诸多问题进行分析，论证了用布莱登汽封替换传统汽封的可行性，并在此基础上提出了9号汽轮机高中压缸汽封整体改造的方案。
一、布莱登汽封的简介
1、布莱登汽封结构及工作原理
布莱登可调式汽封是美国布莱登工程公司专利产品。全世界现已有500 多台不同容量汽轮机成功采用了该技术。
布莱登汽封是在每圈汽封弧块端面处，加装了四只螺旋弹簧，自由状态下，在弹簧力的作用下汽封弧块处于张开状态而远离转子。
在每个汽封弧块的背后进汽侧中间位置铣出—个进汽槽，蒸汽进入汽封弧块背面的腔室，对汽封弧块背面产生一个朝向转子的蒸汽作用力，在机组启机时，随着汽轮机蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧块背部的蒸汽压力逐步增大。
当这一压力足以克服弹簧应力、摩擦阻力等时，汽封弧块开始逐渐关闭，直至处于工作状态，并始终保持与转子的最小间隙值运行。
停机时，随蒸汽流量的减小，在弹簧应力的作用下，汽封弧块远离转子，使汽封与转子的径向间隙达到最大值。
2、布莱登汽封应用特点
布莱登汽封独特的工作原理和结构很好地解决了机组启、停机过程中过临界转速时汽封与转子所产生动静碰磨的问题，使汽封齿与转子间隙保持在安全最大值内，并在机组定速3000转后，仍然保持安全的最大值，使机组在带负荷之前不会产生碰磨。在机组带负荷的过程中布莱登汽封开始逐级关闭，达到调整的设计值，从而使机组保持平稳、较小间隙运行。停机时，进汽量逐渐减少，当流量减到一个数值（即2%） 时，螺旋弹簧的推力大于压差、摩擦力、弧块重力等，从而使汽封环张开。因此，经过精密计算而设计的各级汽封螺旋弹簧，可以使各级可调式汽封按照需要在不同的蒸汽流量下逐一关闭。使整个过程平稳有序地进行。
二、汽封改造方案
1、机组缸效偏差问题分析
高压缸效率低，除高压缸通流径向间隙大之外，可能存在以下原因：
（1）高压缸外缸与高压缸隔板套之间汽封间隙变大，大量蒸汽漏至高压缸内外缸夹层，通过中压缸冷却蒸汽管排至高压缸排汽，导致高压缸排汽温度升高，使高压缸效率降低。
（2）隔板套可能发生变形，高压隔板套结合面因螺栓紧力不够而漏汽，降低高压缸效率。
（3）轴封漏汽量过大，9号机组在投产之后2号轴承振动偏大，经几次检修进行调整仍未完全解决。轴封因碰磨损伤，轴封间隙大于设计值，使得高中压缸前后轴封漏汽量增大，轴封加热器温升提高，直接导致热耗率增加，汽缸效率降低。
综上影响汽轮机缸效率的主要因素有：机组叶片设计、制造、安装水平；汽封漏汽量大；汽缸内其它密封面漏汽；随着运行时间增长通流部分变化。随着现在汽轮机通流部分设计、制造技术日臻完善，汽封漏汽损失已成为制约汽轮机效率提高的主要因素。所以，通过改造汽封来解决9号机组汽缸效率偏低、热耗较高的问题是行之有效的。
2、汽封改造方案确定
高中压缸平衡环、中压缸隔板汽封采用布莱登汽封技术进行改造，以下为设计的方案。
（1）根据K156型机组结构及布莱登汽封原理结构，对总计21 道汽封采用布莱登可调式汽封进行改造（其中：高压进汽平衡环汽封1～6级，共6道；高压喷嘴室汽封1～2 级，共2道；高压排汽平衡环汽封1～4 级，共4道；中压进汽平衡环汽封1～2级，共2道；中压隔板汽封2～8 级，共7道），材质均采用1Cr12Mo。
在汽封安装调试时，各平衡环汽封及中压隔板汽封工作间隙按0.35±0.05mm标准进行调整。
（2）K156机组调节级阻汽片，上汽厂原设计为单齿镶嵌式，高压隔板阻汽片为单级2 道镶齿方式。虽然调节级阻汽片设计间隙值较小，为1.0mm，但历经一个大修周期，经过几次启停后，调节级阻汽片会有所磨损，间隙增大，造成该处漏汽量增大。为有效提高机组高压缸效率，对该部分阻汽片予以更换。
三、汽封改造的实施
1、汽封改造解体
机组停机后对高中压汽缸进行了解体，现场具体过程步骤：停盘车后，汽缸螺栓拆卸，并将汽缸的上半部全部吊出。用塞尺对各道汽封环、阻汽片的左右径向间隙进行了测量，并作记录。为了确保机组检修质量及检修后获得良好的经济效益，首先需要确定缸内各部套（包括高压持环、高压内缸、高压平衡活塞、高压排汽平衡活塞、中压平衡活塞、中压1号、2号持环）的洼窝调整量。由于在半缸状态下测量的洼窝值未考虑汽缸变形量的影响，所以需要全实缸测量洼窝值，再算出半缸时的修正值进行调整。将转子吊出后，吊入假轴，安装好专用测量洼窝的仪器。
装好上半各部套，拧紧螺栓，盖外缸。此时需要热紧汽缸螺栓。通过比较得到在冷紧时与热紧各洼窝值有一些差值。
将调节级叶顶3 道、叶根2 道及高压持环14级隔板原阻汽片拔出，并清理阻汽片槽道。为了确认镶嵌阻汽片的槽道符合技术要求，将新的阻汽片按编号镶入每一道对应的槽道内，用钢冲在阻汽片槽道两侧分段冲牢。在适当位置安放移动立式阻汽片现场加工数控镗床，以喷嘴体或高压内缸的基准面为基准将镗床在现场有效的空地上坐牢，对它们的每一个加工面用百分表进行同心、平衡、垂直找正。当确认误差在所规定的技术要求范围内后，方可进行加工。加工前准备就绪后，按揭缸后所测量的实际尺寸值，再经过全实缸确认后给出实际修正尺寸，并按此尺寸加工。第1遍为粗加工，直径尺寸要留有0.4～0.6mm的余量。为了确保实际修正尺寸的准确性，当加工到余量0.4～0.6mm时，应进行再次回装扣缸、盘车来检验加工后的具体尺寸，确认是否合乎技术标准。如不符合标准，须将高压内缸和喷嘴体再进行加工修正，直到合格为止。根据实扣缸时所测的汽缸变形数据，按布莱登汽封技术安装工艺要求，调整布莱登汽封间隙。
2、解体情况分析
汽轮机高、中压缸解体后在半缸的状态下进行了通流间隙的复查工作。检查发现汽封径向间隙普遍偏大，叶顶及隔板汽封上部及右侧间隙均大于1mm，最大达1.5mm，下部及左侧间隙均小于0.7mm。同时，检查时发现汽封齿均有不同程度的磨损，叶顶的围带甚至磨出较深的沟痕。查阅该机安装记录，各径向间隙均符合设计值要求，但解体后径向间隙值变化较大及部分汽封齿磨损，说明热态运行时通流部件径向相对位置变化较大，造成汽封间隙不均匀导致汽封齿磨损。而且，解体的大部分高中压汽封块都有卡瑟现象，背部弹簧片失去了作用，在实际运行中可能发生间隙较大的情况。通流部分径向间隙严重偏离设计值必将造成漏汽损失增加，经济性降低。因此，保证运行状态下汽封径向间隙符合要求就成了本次大修施工的重点。
四、改造效果
在9号机组的改造过程中，通过检修技术人员的通力合作，机组在启动冲转过程中，一次成功。布莱登汽封显示了其安全方面的优越性，临界转速区域和其他阶段振动均在合格及优良范围内，在负荷升至100 MW时，因汽封已经全部关闭，部分汽封间隙过小，2号轴瓦振动达到92 μm，但因布莱登汽封没有背弧弹簧，退让性好，通过合理暖机，振动又恢复到优良值，直到满负荷阶段，汽轮机整体振动均在优良范围内。改造后，机组在额定工况下高压缸效率达到83.5%，提高了近2%。中压缸效率也有实质性的提高，整台机组的热耗达到了预期效果。
汽轮机汽封设计（包括端部轴封、隔板汽封、叶顶汽封）是汽轮机整体设计中的重要组成部分，其最佳间隙是在保证汽轮机的最高效率下经过周密详细计算后而确定的。近年来，国外大型汽轮机汽封设计多采用可调式汽封，即随着机组启动运行工况的变化，汽封间隙能自动进行调整，使其始终保持在最佳间隙状态，因而可明显提高汽轮机在启动时的安全可靠和正常运行下的经济性。
作者:孙海荣 葛圣杰 上海电力股份有限公司吴泾热电厂
