汽轮机低压缸漏气的原因分析与改进措施

汽轮机低压缸漏气的原因分析与改进措施

陈凯

中国能源建设集团广东火电工程有限公司

摘要：汽轮机作为一种重要的能量转换设备，广泛应用于发电、航空、船舶等领域，随着对能效要求的不断提高和运行工况的多样化发展，汽轮机低压缸漏气问题逐渐凸显，成为制约其性能和可靠性重要因素，因此，对汽轮机低压缸漏气问题的深入研究成为当今工程领域亟须解决的问题。本文针对汽轮机低压缸漏气的原因展开详细分析，结合具体问题，系统论述对应改进措施，为实现汽轮机的稳定运行和性能优化提供理论依据。

关键词：汽轮机；低压缸；漏气原因；改进措施

汽轮机是一种通过蒸汽或其他工质的流动，驱动转子，产生机械功的设备，通常由高压缸和低压缸组成，其中每个缸都包含一组旋转的叶片（又称为转子），这些叶片被蒸汽的流动所驱动，使转子旋转，产生功率。汽轮机低压缸漏气对能源系统的影响是多方面的，从能量损失到设备损坏，都会对企业的经济效益和环境造成负面影响，因此，及时识别和解决漏气问题，对于维护系统的正常运行和提高能源利用效率至关重要，而研究汽轮机低压缸漏气的原因与改进措施，对于实现可持续发展、提高能源利用效率、降低运营成本都具有显著的促进作用，相关人士应对此给予高度重视。

一、汽轮机低压缸漏气的原因分析

（一）密封不良

密封系统通常包括静密封和动密封两个部分，其结构和布局需要在高温高压、高速旋转等极端工作条件下保证密封性，若设计不当，可能存在密封不紧密、容易磨损等问题，如密封环安装不合理，密封垫片选材和形状不适应实际工况，都可能导致漏气。由于低压缸工作条件的特殊性，密封件常常要面对高温、高速、高压等严峻的环境，若密封材料不能耐受这些极端条件，就容易发生老化、变形、硬化等问题，影响密封效果[1]。制造过程中的误差和缺陷，可能导致密封部件的不均匀磨损，引发漏气问题，对于高速旋转的密封部件，如叶片端部的封端环，其表面光滑度和形状精度要求极高，如果在制造过程中存在偏差，容易导致气体穿越密封间隙，引发漏气。

（二）叶片磨损

在恶劣的工作条件下，由于高速旋转、高温高压蒸汽的冲击和摩擦，叶片表面可能因颗粒物、水蚀等原因而逐渐磨损，导致表面不光滑，导致气体在叶片周围产生漏气通道，降低了密封性能。在高速旋转的过程中，叶片尖端可能都会与其他部件发生摩擦，尤其是在部分负荷运行时，这种摩擦可能导致叶片尖端的材料损耗，使叶片减小并逐渐失去原有的几何形状，影响了气流的导向和密封效果[2]。叶片根部通常是与转子相连接的地方，在高速旋转过程中可能经历较大的机械应力，这样的工作条件下，叶片根部可能发生疲劳裂纹或者塑性变形，导致叶片与转子之间的间隙变化，引发漏气问题。

（三）蜗壳损伤

在蒸汽通过蜗壳时，高速旋转的气流和颗粒可能对蜗壳表面产生冲击，导致表面的磨损，这种磨损不仅会降低蜗壳的效率，还会在表面形成不规则的凹坑，成为漏气的隐患。蜗壳可能受到颗粒物的侵蚀，尤其是在气体中携带有颗粒物的情况下，颗粒物对蜗壳表面的冲击和磨损会逐渐损伤蜗壳的几何形状，降低其密封性能，这种侵蚀可能是由于燃烧气体中存在的杂质或者在特殊工况下的颗粒物携带而来[3]。蜗壳的结构设计需要考虑高速气流的导向和扩展，以及表面的平滑度，如果设计不当，会使气流在蜗壳内部产生湍流，增加表面的磨损，而在制造过程中，蜗壳的成型、焊接和表面处理等工艺也需要严格控制，确保其表面光滑度和形状精度，减小漏气的风险。

二、汽轮机低压缸漏气问题的改进措施

（一）提高密封性能

工作人员应通过优化密封结构，包括静密封和动密封的布局和形状，可以降低漏气风险，采用更加复杂的密封结构，如多级密封、带有泄漏控制装置的密封等，降低气体穿越密封间隙的可能性。选择具有良好耐高温、高压性能的密封材料，如先进的高温弹性体、耐磨损材料等，增加密封件的使用寿命和耐受力，应用特殊涂层技术，也可以提高密封表面的抗磨损和耐腐蚀性能，采用高精度的制造工艺，确保密封部件的几何尺寸和表面质量达到设计要求，减小气体通过不规则间隙的可能性，借助先进的数控机床和精密测量设备，则能够有效保障制造精度[4]。在密封系统中应用传感器和实时监测系统，实时监测密封性能，利用先进的数据分析算法进行故障预测，在漏气问题出现之前采取预防性的维护措施，提高汽轮机的可靠性，在此基础上，制定合理的检修计划，定期检查和更换密封部件，确保其在长时间运行后仍能保持良好的密封性能。

（二）定期检修和维护叶片

工作人员应使用高精度的测量工具，如三坐标测量机，对叶片表面和几何形状进行定期的检查，及时发现叶片表面的磨损、腐蚀或者变形等问题，以及叶片的几何尺寸是否偏离设计要求，利用超声波检测、磁粉探伤、热成像等非破坏性检测技术，深入检查叶片内部的缺陷、裂纹等问题，有助于在问题恶化之前及时发现并采取措施，避免漏气问题的发生[5]。在汽轮机运行中，叶片表面可能会积累灰尘、沉积物等，导致表面粗糙度增加，进而影响气流流动和密封性能，通过定期清理可以保持叶片表面光滑，对于高温部位，可采用高温涂层技术，修复和保护叶片表面，提高其抗磨损和耐高温性能，对叶片的平衡进行调整，避免叶片在高速旋转中产生振动，减小对叶片的不均匀磨损，延长叶片的使用寿命。

（三）应用先进的蜗壳材料

工作人员应选择耐高温、高强度的蜗壳材料，新一代的高温合金、陶瓷复合材料等先进材料在蜗壳的应用上显示出很好的性能，这些材料具有优异的耐高温性能，可以承受高温高压的工作环境，拥有较高的强度和硬度，降低了受到气流冲击时的磨损风险。通过在蜗壳表面采用先进的涂层技术，如热喷涂、物理气相沉积（PVD）、化学气相沉积（CVD）等，可以在表面形成陶瓷涂层或耐磨涂层，提高蜗壳表面的硬度和抗磨损性能，减少表面磨损，延长蜗壳的使用寿命，工作人员还可以采用流线型、光滑的蜗壳内部结构，避免过于复杂的几何形状，减小气体流动时的湍流，降低气体对蜗壳表面的冲击，降低磨损风险[6]。尽管先进材料可以提高蜗壳的抗磨损性能，但仍建议定期进行蜗壳的检修和监测，而利用非破坏性检测技术，如超声波检测、磁粉探伤等，及时发现潜在的裂纹和缺陷，确保在问题进一步恶化之前，采取预防性的维护措施。

结束语：

本文通过对汽轮机低压缸漏气问题的深入研究，提出了一系列改进措施，为提高汽轮机性能和可靠性提供了有效的解决方案。未来，对汽轮机低压缸漏气问题的研究应更加注重智能化、可持续性、综合性、国际合作，推动汽轮机技术在性能、可靠性、环保性方面的不断提升，为工业领域提供更高效、可靠、环保的能源转换解决方案。

参考文献：

[1]张伟江,唐广通,张营,等.汽轮机低压缸膨胀受阻导致的振动异常原因分析及处理[J].汽轮机技术,2023,65(2):147-148.

[2]洪新华,刘海玲,刘祥亮.超临界机组汽轮机低压缸叶片腐蚀案例及原因分析[J].汽轮机技术,2021（5）：66-68.

[3]张宇飞.浅析1030MW汽轮机低压缸轴承瓦温偏高原因及修复[J].黑龙江科技信息,2021,9(23):164-167.

[4]熊鹏,卢琳,王峰.600MW汽轮机低压缸隔板套漏气分析及处理[J].设备管理与维修,2021(5):30-32.

[5]蔡兵.机车柴油机曲轴碾瓦原因分析及改进措施[J].轨道交通装备与技术,2021(6):91-93.

[6]张喆,李夺,安天成.超临界机组汽轮机低压缸叶片腐蚀案例及原因分析[J].中文科技期刊数据库(引文版)工程技术,2021(10):35-37.