火电汽轮机常用汽封出现问题的对比

火电汽轮机常用汽封出现问题的对比

薄健

河北大唐国际唐山北郊热电有限责任公司，063000

 摘要：伴随着国内快速发展的汽轮机组技术以及相关相关配套设施设备，大大提高了汽轮机组使用的效率以及稳定性、安全性、可靠性。国内使用最为广泛的汽封形式有四种，即：布莱登汽封、接触式汽封、蜂窝式汽封、侧齿式汽封。在实际运行期间，其中每一种产品都会涉及到多样化的问题。基于此，本文将从汽轮机汽封的结构及原理、火电汽轮机常用汽封出现问题的对比分析、对比分析总结三大方面来进行深入剖析。

        关键词：火电；汽轮机；汽封；问题

一、汽轮机的原理及流程

        汽轮机的原理是蒸汽中的热能变化为涡轮机械的机械能，常用在热力发电厂中，带动发电机的涡轮从而产生电能。发电厂可以用核燃料的裂变，或化石燃料的燃烧来带动汽轮机运转来发电。在这个能量转化的过程中，为保障和增加安全性与经济性，有时还用汽轮机直接驱动泵[1]。

        核电汽轮机的能量来源是放射性元素的原子，如铀通过裂变产生的能量，该反应所产生的能量比较巨大，但反应较为不稳定，且受半衰期、原子周围其他核反应等影响。核能可通过核裂变（较重的原子核分裂释放结核能）、核聚变（较轻的原子核聚合在一起释放结核能）和核衰变（原子核自发衰变过程中释放能量）三种方式反应和释放。火电汽轮机的化学能量来源是化学物质的燃烧所释放出的能量，该反应可通过调节氧气供给量来控制。

        来自核能或火电蒸汽发生器的蒸汽由于高温高压，通过主汽阀和调节阀进入汽轮机，再在汽轮机排气孔更低压力的压力差作用下，流向排气口。在这个过程中，部分热能转化为汽轮机叶片运转的动能，蒸汽的压力和温度均有下降，称为乏汽。乏汽经排气口后在凝气器的较低温度下凝结成液体水，再在凝结水泵的作用下送至除氧器，再通过给水泵作用下送往蒸汽发生器，在封闭条件下开始新一轮的热力循环。

二、核电汽轮机与火电汽轮机的差异

        （一）外形尺寸上

        相较于火电汽轮机，核电汽轮机的比容大、通气量大、进气参数低，进气容量可两倍于同功率火电汽轮机，因此它的进气管道、通气阀门和凝汽汽缸的尺寸都比火电汽轮机大，高压缸的运转叶片和末级叶片也比一般火电汽轮机要长、尺寸和面积都更大。因此，外形尺寸上，核电汽轮机都要大于火电汽轮机[2]。

       （二）建设汽轮机的材料上

        由于核电汽轮机内运转的蒸汽为湿度较高的饱和蒸汽，机组运行时大部分的温度比一般金属的断裂蠕变温度低，所以建设核电汽轮机的材料对耐高温和抗蠕变性的要求不高；但蒸汽湿度大、温度和气压较高的特征也使其更容易侵蚀材料，所以建设核电汽轮机的选材应更注意其抗侵蚀的能力。

       （三） 设计的热力参数上

   核电站大部分采用的都是压水堆，其设计的热力参数特点是：蒸汽流量大、焓的降幅小、进气参数低、能量转化效率低。核反应堆推送给汽轮机的蒸汽的各项参数较低，是湿度较高的饱和蒸汽。火电汽轮机运行的能量来源是锅炉内燃烧的煤炭、天然气、燃油等燃料，其设计的热力参数特点是：温度高、气压大的过热蒸汽，焓的降幅较大、进气参数较高、能量转化效率也较高。在火电汽轮机和核电汽轮机的排气压力相同时，核电汽轮机的核能所做的功的有效焓较低，仅近似火电汽轮机有效焓的一半[3]。

三、火电汽轮机常用汽封出现问题的对比分析

        针对于火电汽轮机常用汽封出现问题的对比分析，笔者整理了四点，分别是：布莱登汽封、接触式汽封、蜂窝式汽封、侧齿式汽封，本章将一一进行说明。

（一）布莱登汽封

（1）弧段闭合存在较多不拢情况

        在实际运行机组的过程中，虽然各个弧段所承受的蒸汽压力和重力一样，但是各个弧段中重力方向、弹簧力方向以及摩擦力产生了大不相同的向心闭合力矢量和，为此，造成各个弧段朝着轴心移动的速度和力量各不相同，从而会引发各个弧段闭合向心速度有较大的差异性，导致无法顺利闭合弧段[2]。

（2）有时弧段张不开

        在实际运行汽轮机一段时间后，在弹簧槽和侧面滑道部位，汽封会产生锈蚀，也会加大滑道与汽封之间的摩擦力，弹簧内部发生的锈蚀会对弹簧正常伸张进行阻碍，从而难以张开弧段，如若加大停机转子振动或者降低负荷，就会迅速磨损齿，难以确保密封。

（3）密封齿为梳齿式，会造成汽流激振

        梳齿式汽封存在环形腔室在齿之中，椭圆形为转子的运转中心，轴和环形腔之间会不断变形距离，在环形腔内环流大量泄漏的蒸汽，始终会变化切向分力，从而会引发汽流激振情况[3]。

（4）产生较大的胀差

        在轴端位置，不能安装布莱登汽封，因为无论是开始或者是停机期间，都会发生动静间胀差的情况。弹簧在此期间会撑开各汽封孤段，轴径和梳齿之间有很大的密封间隙，沿着轴径表面，大量的轴封蒸汽会流入到汽缸，并延长加热转子，从而增大胀差，提高了开启或者停止时的危险程度。可以通过增加暖机时间，来对胀差进行有效减小。为此，安装布莱登汽封在轴端位置，需要很长的组暖机时间，不敢加快并网的速度，从而会带来一系列的损失[4]。

（二）接触式汽封

        高分子复合材料没有较好的耐热性，容易发生碳化反应，并且高分子复合材料没有较高的耐热温度，在国内市场中，210摄氏度是常用聚酰亚氨最高能承受的温度值。在经过高温后，会产生一系列的碳化反应，从而发生碎裂，无法产生密封效果[5]。

        如若复合环侧面有较大的间隙，起初能够合拢复合环，那么复合环就会和轴产生较长时间的摩擦。这种摩擦缺乏润滑，长此以往，会引发热能，在转子局部位置会引发高温情况，容易弯曲大轴。因为复合材料容易发生一系列的碳化反应，并发生碎裂，在槽内会引发振动停机的情况。

        复合材料环并非只有一部分，而是分成多个部分，从而其中的弹簧力难以实现均匀受力。向外向心力不在圆周上不等，会引发振动轴的情况。

（三）蜂窝式汽封

        在生产期间，负责蜂窝汽封的部分生产商在制作蜂窝晶格的过程中，会提高均匀程度，从而会引发不均匀的回旋气流情况，降低最终的密封效果。

        正六边形的形成存在着不均匀的蜂窝侧焊点，激光焊焦是其中焊点存在的问题。难以确保密封效果，也无法保持使用年限[6]。

        如若使用材料的时候缺乏科学性和合理性，就会降低耐水蚀能力，会对汽封使用年限产生不利影响。

        在安装蜂窝式汽封的过程中，需要较高的工艺水平，安装水平会严重影响最终的密封效果。

（四）侧齿式汽封

        较大的转子凸台机组比较适用于侧齿式汽封。现如今，国内较多的老机组，在设计的过程中，没有制作较大的转子凸台，会缩短高齿，侧齿数量的增长有限，效果不明显。由于存在较小的凹槽，对侧齿进行增加，如若存在较大轴向膨胀的情况，就会引发一系列的安全问题。如若制作较小的侧齿，就难以实现预期想要达到的效果[7]。

        梳齿式汽封普遍存在的问题为：开始或者停止机组期间，由于较大的振动会容易磨损汽封，增大汽封之间的距离，对汽封效果产生严重影响。

        在长时间运行机组后，不可避免的会出现汽封距离增大、降低中分面平行度而造成在中分面位置漏气情况。由于不断增加的泄漏量，会大大升高蒸汽对轴加热区域的温度以及长度，也会增加转子的轴向长度，扩大胀差，相应的会移动汽封块的短齿和轴上凸台，从而发生各种不良情况，例如：掉台等，进而引发增大机组振动以及降低密封效果等恶劣情况。       

四、结束语

综上所述，本文介绍了国内常用的四种汽封布莱登汽封、接触式汽封、蜂窝式汽封、侧齿式汽封出现的问题。为了提高使用汽轮机汽封形式的安全性、稳定性以及可靠性，相关人员要全面掌握和熟悉这几种常见汽封出现的问题，而后树立具体问题具体分析原则，针对其中问题，采用可行策略进行解决，从而推动汽轮机厂的可持续发展和进步。

参考文献：

[1]何滨,宋大全. 核电汽轮机汽封径向间隙测量方法探讨[J]. 东方汽轮机,2020(3):55-58,63.

[2]王鼐. 火电厂汽轮机管阀的日常检修及管理探讨[J]. 技术与市场,2020,27(5):168,170.

[3]刘景平. 火电企业汽轮机密封油系统漏氢风险及处理方法探讨[J]. 数码世界,2019(1):107.

[4]李沛. 新型汽封油档在电厂汽轮机改造中的应用研究[J]. 中国设备工程,2019(24):65-66.

[5]浅议如何提升300MW汽轮机机组的经济性[J]. 马晓赟.  山东工业技术. 2017(16)

[6]中国核电汽轮机的参数及其发展趋势研究[J]. 周涛,张明,张蕾,冉刻.  中国电业(技术版). 2012(02)

[7]火力发电厂汽轮机组的节能降耗方法论述[J]. 裴天意,王浩.  设备监理. 2019(06)