蜂窩汽封在汽輪機上的研究應(yīng)用

姜文斌　牟海燕

【摘 要】我公司汽輪機存在汽耗率較高的現(xiàn)象，通過測試發(fā)現(xiàn)汽輪機軸封漏汽現(xiàn)象較為嚴重。導(dǎo)致機組汽耗量增加、效率降低，并且軸封泄漏的蒸汽能沿軸向進入汽輪機前后軸承室內(nèi)，導(dǎo)致汽輪機潤滑油內(nèi)含水，造成油質(zhì)惡化。通過此次對蜂窩汽封的研究應(yīng)用，使汽輪機軸封密封性能和壽命得到了大幅提高，有效提高了機組的效率；增加機組運行安全性的同時又可達到節(jié)能降耗的目的。

【關(guān)鍵詞】汽輪機；汽封；蜂窩；節(jié)能

0.項目簡介

我公司汽輪機存在汽耗率較高的現(xiàn)象，通過測試發(fā)現(xiàn)汽輪機軸封漏汽現(xiàn)象較為嚴重。導(dǎo)致機組汽耗量增加、效率降低，并且軸封泄漏的蒸汽能沿軸向進入汽輪機前后軸承室內(nèi)，導(dǎo)致汽輪機潤滑油內(nèi)含水，造成油質(zhì)惡化。汽輪機是在高速下旋轉(zhuǎn)設(shè)備，而轉(zhuǎn)動部分和靜止部分之間必須有一定的間隙，以防磨擦造成設(shè)備損壞，因此除了絕大部分從導(dǎo)葉、動葉的通道中流過做功外，一小部分會從各種間隙中流過而不做功，成為一種損失，降低了機組的效率。為減少蒸汽由這些間隙漏出，于是裝設(shè)了汽封裝置。一般高參數(shù)大容量機組的汽封多為迷宮式的。我公司汽輪機的汽封在此前全部使用傳統(tǒng)的梳齒汽封，由于汽輪機轉(zhuǎn)子中心的運行軌跡是橢圓形軌跡。在汽機啟、停機過程中，當(dāng)轉(zhuǎn)子達到臨界轉(zhuǎn)速時，轉(zhuǎn)子的振動最大。在轉(zhuǎn)子中心軌跡長軸方向上，轉(zhuǎn)子勢必要接觸汽封的密封齒。當(dāng)汽輪機高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子和汽封齒接觸時，一方面汽封齒迅速被磨掉，密封間隙得不到保障。另一方面，即便汽封齒做的很薄，如果和軸接觸時間較長，也同樣發(fā)生汽輪機轉(zhuǎn)子被磨損的現(xiàn)象，使得轉(zhuǎn)子局部瞬間發(fā)熱造成大軸彎曲，安全性很差。鑒于以上原因，在安裝汽封時，一般把汽封間隙作的很大，以犧牲經(jīng)濟效益為代價來獲得機組的安全，使漏汽量增大，從而可能導(dǎo)致下述嚴重后果：

（1）機組運行過程中，蒸汽漏入潤滑油內(nèi)，破壞油質(zhì)，甚至造成油質(zhì)乳化， 威脅機組安全運行。

（2）漏汽量增大，汽流激振，蒸汽振蕩造成機組振動，直接威脅機組安全運行。

（3）級間漏汽量增大，汽機級效率降低，導(dǎo)致各缸內(nèi)效率降低，因而引起汽耗和煤耗增加。

（4）高、低壓軸端汽封密封不嚴，引起真空降低，汽機效率下降，煤耗增大。

（5）梳齒式汽封易磨損，使用壽命短，在機組每次大修時必須進行更換，且檢修工藝繁瑣，耗費人力物力。

蜂窩汽封最早應(yīng)用于航天領(lǐng)域，適用于高溫、高壓差的密封。近年逐漸應(yīng)用于各種機械中的油、蒸汽等帶壓介質(zhì)的密封，在同樣的壓力和間隙條件下，蜂窩式密封與傳統(tǒng)梳齒式汽封相比，泄漏量將減少70%左右；同時減少軸封的供汽量，使更多的蒸汽作有用功；另外，換可有效解決油中進水問題。從而達到降能節(jié)耗的效果。

1.蜂窩式汽封的密封原理

1.1汽旋效應(yīng)

由于軸系的高速旋轉(zhuǎn)，使汽流形成螺旋方式向前流動，當(dāng)汽流經(jīng)過蜂窩帶時，被分解的汽流在風(fēng)格的微小空間形成汽旋，這些汽旋在軸與蜂窩帶之間形成很多道汽簾，同時在蜂窩帶頂部與軸頸表面之間的汽體在高速旋轉(zhuǎn)下形成一層汽膜，在徑向和軸向上產(chǎn)生強烈的阻尼作用，防止了蒸汽的泄漏。

1.2阻透效應(yīng)

梳齒汽封由于產(chǎn)生的雙向阻尼作用較小，導(dǎo)致汽流越過各齒頂流向低壓側(cè)，產(chǎn)生泄漏。而蜂窩汽封由于雙向阻尼作用較大，而且蜂窩帶受熱面加大，使汽流動能充分向熱能轉(zhuǎn)換，有效減少透氣效應(yīng)帶來的泄漏。

1.3熱力學(xué)效應(yīng)

由于高效的阻透效應(yīng)使蒸汽的動能充分轉(zhuǎn)換成熱能，減小了蒸汽的動能，同時特殊的蜂窩網(wǎng)格結(jié)構(gòu)也減少了汽體流動時的動能，因此蜂窩汽封可大大降低蒸汽的泄漏量。

1.4密封比面

梳齒汽封均為線形密封，而蜂窩汽封為面密封，增加了密封比面，有效的提高了密封效果，同時由于其結(jié)構(gòu)特殊，機組在啟停過程中通過臨界轉(zhuǎn)速時，，有效的保護轉(zhuǎn)子不受磨損，延長了設(shè)備使用壽命。

2.蜂窩汽封的優(yōu)點

密封效果較高：從蜂窩汽封的密封原理以及在我公司的應(yīng)用來看，密封效果較傳統(tǒng)汽封明顯要高，汽耗率明顯較使用傳統(tǒng)汽封時降低；使用壽命長：同等使用條件下較傳統(tǒng)汽封的使用壽命約長1倍多，可以使用2～3個大修期，其特殊的結(jié)構(gòu)使彈簧可以充分的發(fā)揮退讓作用，防止了對轉(zhuǎn)子的損傷，而傳統(tǒng)汽封汽封齒是線形接觸，導(dǎo)致汽封彈簧不能靈敏的退讓，在與轉(zhuǎn)子接觸時極易磨損，對轉(zhuǎn)子易造成傷害。

因此在2013年我公司4#機大修期間、5#機大修期間，分別對這兩臺機組軸間汽封進行了改造，安裝使用了蜂窩汽封。改造完成后，通過長時間的運行分析發(fā)現(xiàn)，更換后汽耗量明顯降低，潤滑油內(nèi)含水現(xiàn)象明顯減少，不僅提高了機組效率，又防止了油質(zhì)惡化降低材料消耗。

3.經(jīng)濟性分析

改造成本：兩臺機組改造蜂窩汽封合計價格（含安裝費）約55萬元（1#機25萬元，4#機30萬元）。

經(jīng)統(tǒng)計，1#機組平均汽耗量降低1.2t/h，4#機組平均汽耗量降低1.1t/h，全年運行時間按6500小時計算，中溫中壓蒸汽參數(shù)下焓值查表為3300kj/kg，計算如下：

1#汽輪機：節(jié)約蒸汽熱量為：1.2*1000*3300*6500=25740Gj，折合標(biāo)煤約878t，標(biāo)煤價格以600元計算，每年可節(jié)約成本約52.7萬元。2009年去除改造費用25萬元，可節(jié)支27.7萬元。

4#汽輪機：節(jié)約蒸汽熱量為：1.1*1000*3300*6500=23595Gj，折合標(biāo)煤約804t，標(biāo)煤價格以600元計算，每年可節(jié)約成本約48.3元。2011年去除改造費用30萬元，可節(jié)支18.3萬元。

另外汽輪機油中不進水，油的使用壽命得到延長，過去每個月兩臺機組需補充#46汽輪機油約340kg，其市場價格為14元/kg，每年可節(jié)省材料費約6萬元。

4.結(jié)論

蜂窩接觸式汽封與迷宮汽封相比，其密封性能和壽命有了大幅提高，有效提高了機組的效率；有效的增加了機組的安全性又可節(jié)能降耗。蜂窩接觸式汽封的使用應(yīng)大力推廣。