俄供核電汽輪機(jī)端部密封面漏汽的分析與處理

薛彥春

（江蘇核電有限公司維修處，江蘇 連云港222042）

1 汽輪機(jī)高壓缸結(jié)構(gòu)概述

K-1000-60/3000型汽輪機(jī)組是由俄羅斯列寧格勒金屬?gòu)S（簡(jiǎn)稱(chēng)：LMZ）生產(chǎn)制造。汽輪機(jī)總長(zhǎng)51.8 m，總重2070 t，額定轉(zhuǎn)速n=3000 r/min。汽輪機(jī)型式為：?jiǎn)屋S、五缸（2個(gè)低壓缸+1個(gè)高壓缸+2個(gè)低壓缸）、八排汽、中間去濕再熱、冷凝式機(jī)組。汽輪機(jī)各缸由10級(jí)（2×5級(jí)）組成。汽輪機(jī)每根轉(zhuǎn)子由位于聯(lián)軸器兩側(cè)的兩個(gè)橢圓形滑動(dòng)軸承支撐，高壓缸前軸承為徑向—推力軸承。獨(dú)立落地式軸承座。汽輪機(jī)基礎(chǔ)平臺(tái)由98組彈簧隔振器支撐。

高壓缸為下貓爪支撐方式，四個(gè)貓爪落在前后軸承座上；高壓缸為水平中分面，由外缸和內(nèi)缸組成，其中外缸中分面有60個(gè)M100×4的螺栓緊固連接，內(nèi)缸中分面有24個(gè)M90×4的螺栓緊固連接，汽缸材質(zhì)為06Cr12Ni3Cu，螺栓材質(zhì)為25Cr1MoV，螺栓的緊固方式為熱緊，內(nèi)缸螺栓熱緊弧長(zhǎng)為122mm，外缸熱緊弧長(zhǎng)為170mm，汽缸中分面采用汽缸密封脂密封；高壓缸為5級(jí)雙列（2×5級(jí)）對(duì)稱(chēng)布置，其中前兩級(jí)（第1、2級(jí)）在內(nèi)缸中，后三級(jí)（第3、4、5級(jí)）在外缸中，且設(shè)計(jì)有隔板套；高壓缸進(jìn)汽口位于外下缸的底部，四個(gè)進(jìn)汽口在缸內(nèi)混合成一個(gè)汽室，高壓缸共有4級(jí)抽汽，分別從第2、3、4級(jí)及排汽口抽汽，通往6#高加、5#高加、除氧器及4#低加。

2 汽輪機(jī)高壓缸端部密封面漏汽情況

機(jī)組運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)高壓缸端部有漏汽跡象（有輕微蒸汽冒出）；在T103大修期間對(duì)高壓缸進(jìn)行了解體檢查，中分面未見(jiàn)明顯異常，并將內(nèi)軸封體的掛耳沉度（掛耳壓板的膨脹間隙）調(diào)整至下限（最大值），扣缸時(shí)對(duì)汽缸密封面進(jìn)行了全面清潔檢查，并均勻涂抹汽缸密封脂，大修結(jié)束機(jī)組投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)高壓缸端部仍有漏汽現(xiàn)象；在T105大修期間揭開(kāi)高壓缸的外上缸檢查，發(fā)現(xiàn)汽缸前后端部密封面（內(nèi)軸封體安裝位置）有漏汽痕跡，內(nèi)軸封體外側(cè)與汽缸配合處的凸肩位置整圈有汽流沖刷痕跡，在T205大修高壓缸解體檢查時(shí)也發(fā)現(xiàn)與T105相同的情況（如圖1所示）。

綜合上述檢查情況分析，高壓缸端部密封面存在密封不嚴(yán)，導(dǎo)致蒸汽外漏。

高壓缸端部密封面漏汽問(wèn)題，對(duì)于汽輪機(jī)組的安全、穩(wěn)定運(yùn)行存在如下風(fēng)險(xiǎn)：

（1）蒸汽外漏，機(jī)組存在安全隱患，有人員燙傷的風(fēng)險(xiǎn)。

（2）蒸汽外漏，汽流會(huì)對(duì)密封面形成沖刷，影響密封面的性能。

（3）蒸汽外漏，影響機(jī)組效率。

（4）蒸汽外漏，設(shè)備可靠性差，影響機(jī)組的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。

（注：T103/T105分別指1號(hào)機(jī)組的第3次/第5次大修，T205指2號(hào)機(jī)組的第5次大修）

圖1 高壓缸端部密封面漏汽痕跡

3 原因分析

高壓缸上、下半缸通過(guò)中分面的螺栓緊固連接，依靠螺栓緊力使上下半缸閉合，達(dá)到密封要求，由于K-1000-60/3000型汽輪機(jī)高壓缸端部渦殼結(jié)構(gòu)特殊，端部位置的中分面螺栓跨距較大，末端螺栓離軸封體的安裝位置距離較遠(yuǎn)（見(jiàn)圖2），螺栓對(duì)該部位汽缸約束力明顯較弱，導(dǎo)致該區(qū)域的汽缸面形成一段很長(zhǎng)的懸臂梁，螺栓緊力無(wú)法對(duì)該區(qū)域的密封提供幫助，使得該區(qū)域的汽缸面不能有效貼合，蒸汽從內(nèi)軸封體凸肩與汽缸槽道配合間隙漏出，該區(qū)域蒸汽存在壓差，由于汽缸密封不嚴(yán)造成蒸汽外漏。另外，在機(jī)組啟停時(shí)受到較大的熱交變應(yīng)力，汽缸容易產(chǎn)生變形,也會(huì)造成汽缸結(jié)合面蒸汽泄漏。

1）汽輪機(jī)汽缸漏汽通?？赡芤蛩赜幸韵聨讉€(gè)方面：

【因素1】汽缸鑄造完成，“時(shí)效”處理時(shí)間（即存放時(shí)間）較短，使其在鑄造過(guò)程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力未完全消除，汽缸在以后的運(yùn)行中會(huì)有變形，可能發(fā)生漏汽。

【因素2】汽缸運(yùn)行時(shí)受力情況復(fù)雜，除了受汽缸內(nèi)外汽體壓力差、缸內(nèi)各零部件的靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時(shí)對(duì)靜葉的反作用力，以及各種連接管道（進(jìn)汽、排汽、抽汽等管道）冷熱狀態(tài)下對(duì)汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸會(huì)發(fā)生塑性變形。

【因素3】在檢修過(guò)程中，如隔板、隔板套及汽封的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙（掛耳沉度）不合適，運(yùn)行后產(chǎn)生巨大的膨脹力使汽缸變形，可能發(fā)生漏汽。

【因素4】若使用的汽缸密封脂存在質(zhì)量不好、型號(hào)不對(duì)、超過(guò)有效期限、有堅(jiān)硬雜質(zhì)顆粒等問(wèn)題，就會(huì)影響密封性能，可能發(fā)生漏汽。

【因素5】汽缸中分面的螺栓緊力不足，機(jī)組啟停和工況變化時(shí)，在汽缸及法蘭上會(huì)產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力和熱變形，使得汽缸密封不嚴(yán)，可能發(fā)生漏汽。

2）K-1000-60/3000型汽輪機(jī)高壓缸實(shí)際對(duì)應(yīng)情況：

【實(shí)況1】汽缸在鑄造完成存放時(shí)間較長(zhǎng)，且在現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)束很長(zhǎng)一段時(shí)間才投入運(yùn)行，不存在時(shí)效處理時(shí)間短的問(wèn)題，所以可以排除因素1。

【實(shí)況2】該因素屬于汽輪機(jī)的共性問(wèn)題，不排除因素2。

【實(shí)況3】每次檢修時(shí)都對(duì)隔板、隔板套、汽封的膨脹間隙及其掛耳沉度進(jìn)行檢查測(cè)量調(diào)整，使其滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，所以可以排除因素3。

【實(shí)況4】一直使用國(guó)家正規(guī)廠家生產(chǎn)的汽缸密封脂，而且嚴(yán)格按照說(shuō)明書(shū)使用，密封脂的有效期、型號(hào)、質(zhì)量都不存在問(wèn)題，而且回裝時(shí)對(duì)汽缸中分面后進(jìn)行全面的清潔檢查，所以可以排除因素4。

【實(shí)況5】汽缸端部位置中分面螺栓跨距較大，末端螺栓離軸封體的安裝位置距離較遠(yuǎn)，螺栓對(duì)該部位汽缸約束力明顯較弱，在受到較大的熱交變應(yīng)力時(shí)，會(huì)造成汽缸端部密封不嚴(yán)，發(fā)生漏汽，所以因素5存在。

綜上分析，高壓缸端部密封面漏汽的原因?yàn)椋郝菟ňo力對(duì)汽缸端部的約束力較弱，汽缸在啟停、運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱應(yīng)力熱變形，使得汽缸端部密封不嚴(yán)，存在內(nèi)外壓差時(shí)，就會(huì)造成蒸汽泄漏。

圖2 高壓缸端部結(jié)構(gòu)

4 處理措施

由于汽輪機(jī)高壓缸端部結(jié)構(gòu)特殊，成蝸殼形狀，該區(qū)域未設(shè)計(jì)緊固螺栓，而且內(nèi)軸封體安裝位置的汽缸壁較薄，該區(qū)域汽缸結(jié)合面的壓緊力不足，受熱膨脹變形，容易發(fā)生漏汽。為了阻止蒸汽外漏，需提高該區(qū)域汽缸密封的可靠性，同時(shí)該區(qū)域受設(shè)備自身結(jié)構(gòu)特征的限制，無(wú)法通過(guò)添加緊固螺栓的方法來(lái)增加結(jié)合面的壓緊力，束縛汽缸的變形，經(jīng)過(guò)綜合分析，采取在汽缸中分面上增加密封條的技術(shù)方法，補(bǔ)償汽缸的變形量，阻止蒸汽外漏。

采取的技術(shù)處理措施：在汽缸中分面上垂直于漏汽方向的位置處開(kāi)槽，在槽內(nèi)安裝密封條，阻止蒸汽外漏。

密封條型號(hào)：E型密封鍵；密封條材質(zhì)：鎳基材料ALLOY718，可耐700度高溫，具有良好的韌性、彈性，抗疲勞能力強(qiáng)，鎳基材料（ALLOY718）的線脹系數(shù)大于汽缸母材（06Cr12Ni3Cu），受熱膨脹后能起到良好的密封效果，E型密封鍵有彈性可伸縮，能夠補(bǔ)償該區(qū)域的結(jié)合面變形，E型密封鍵的開(kāi)口側(cè)朝著汽流方向，阻止汽流漏出。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)高壓缸的結(jié)構(gòu)特征及漏汽情況，參照E型密封鍵的尺寸參數(shù)，選取E型密封鍵的尺寸為：厚度7.49±0.15mm、寬度6.78mm，對(duì)應(yīng)的開(kāi)槽尺寸為：槽深6.2-6.35mm、槽寬8-8.2mm，槽長(zhǎng)131mm，密封鍵的壓縮量為0.99-1.44mm（見(jiàn)圖3、圖4）。

在2014年2月份T107大修期間，對(duì)1號(hào)高壓缸端部前后四個(gè)角位置的密封面進(jìn)行了技術(shù)改造處理。

具體的處理工藝如下：

1）開(kāi)槽區(qū)域采取防異物措施。

采用青稞紙?jiān)陂_(kāi)槽區(qū)域的高壓缸排汽口位置粘貼防異物托盤(pán)，防

2）根據(jù)漏汽痕跡確定開(kāi)槽位置。

根據(jù)汽缸中分面上的漏汽痕跡，確定開(kāi)槽位置；開(kāi)槽位置需垂直于漏汽方向，并盡量在汽缸面的縱向；并將開(kāi)槽區(qū)域的汽缸面清理干凈，露出金屬光澤，確保汽缸面光潔、平整無(wú)高點(diǎn)。

3）開(kāi)槽裝置就位，劃出加工線。

將開(kāi)槽裝置吊裝到工作位置，根據(jù)開(kāi)槽位置及定位螺紋孔等現(xiàn)場(chǎng)條件，使用工裝將開(kāi)槽裝置固定，在開(kāi)槽位置處劃出開(kāi)槽加工線，開(kāi)槽長(zhǎng)度要比漏汽痕跡寬度尺寸大10mm左右，開(kāi)槽長(zhǎng)度大約為131mmm。調(diào)整開(kāi)槽裝置底座，銑刀對(duì)準(zhǔn)劃線，并用直角規(guī)測(cè)量銑刀與劃線的對(duì)準(zhǔn)情況。

4）開(kāi)槽裝置軸向方向（Y方向）對(duì)刀調(diào)整。

首先對(duì)開(kāi)槽裝置的Y方向?qū)Φ墩{(diào)整：調(diào)整好燈光，根據(jù)開(kāi)槽線位置，將主軸移動(dòng)至開(kāi)槽裝置的端部，通過(guò)調(diào)整導(dǎo)軌底座位置使刀具對(duì)準(zhǔn)待開(kāi)槽線的端頭，并且使導(dǎo)軌要平行于開(kāi)槽線，確保在Y方向移動(dòng)時(shí)刀具的走向要與開(kāi)槽線重合。在拖板上的刀架周?chē)茉O(shè)百分表，百分表的指針垂直指向汽缸面，手輪操作開(kāi)槽裝置在Y方向移動(dòng)，讓刀架在待加工線方向手動(dòng)走刀，監(jiān)視百分表的讀數(shù)變化情況，通過(guò)調(diào)整導(dǎo)軌底座的四腳高度，確保在走刀行程內(nèi)百分表的讀數(shù)變化不超過(guò)0.02mm，也就是刀頭跳動(dòng)不超過(guò)0.02mm（見(jiàn)圖5）。止鐵屑等異物落入缸內(nèi)，在開(kāi)槽的缸面上固定一塊500×400mm規(guī)格尺寸的吸油氈，在吸油氈中間開(kāi)一個(gè)200×50mm矩形口，開(kāi)槽線位于吸油氈開(kāi)口矩形的中心，吸油氈開(kāi)口矩形四周用膠帶粘好，防止鐵屑、冷卻液等異物從吸油氈的下方漏出，確保所有的加工鐵屑都收集在吸油氈上方。

圖3 E型密封鍵參數(shù)

表1

圖4 開(kāi)槽尺寸及密封鍵安裝簡(jiǎn)圖

圖5 開(kāi)槽裝置軸向Y方向?qū)Φ墩{(diào)整

5）開(kāi)槽裝置垂直方向（Z方向）對(duì)刀調(diào)整。

根據(jù)加工方案，開(kāi)槽尺寸為：槽寬8-8.2mm、槽深6.2-6.35mm、槽長(zhǎng)131mmm。為了確保開(kāi)槽深度的準(zhǔn)確性，開(kāi)槽分兩次進(jìn)刀加工，第一次進(jìn)刀深度5.9mmm左右，第二次進(jìn)刀后，總深度要達(dá)到8-8.2mm的尺寸要求。

刀具規(guī)格：硬質(zhì)合金直柄槽鍵銑刀，刀刃直徑8.0mm，刀尖刃磨R1.5圓角。

開(kāi)槽裝置Z方向調(diào)整：將刀具安裝到刀架上，并固定好，在刀頭下方的汽缸面上方放置一張薄紙，手動(dòng)向下進(jìn)給主軸，通過(guò)主軸箱上的數(shù)顯標(biāo)尺，可以監(jiān)控銑刀在Z方向上的位移量，當(dāng)銑刀正好接觸到中分面時(shí)，停止進(jìn)給并將標(biāo)尺清零，完成Z方向找基準(zhǔn)。在床臺(tái)上架設(shè)百分表，表針指在主軸箱上，表座架在進(jìn)給箱上，用于監(jiān)測(cè)進(jìn)刀量，開(kāi)動(dòng)主軸向下進(jìn)刀，并監(jiān)控?cái)?shù)顯表尺與百分表讀數(shù)，待進(jìn)刀深度達(dá)到要求尺寸時(shí)，停止進(jìn)刀，鎖緊主軸，即Z方向?qū)Φ锻瓿桑ㄒ?jiàn)圖6）。

圖6 開(kāi)槽裝置垂直Z方向?qū)Φ墩{(diào)整

6）開(kāi)始車(chē)削加工。

在Z方向?qū)Φ锻瓿珊?，啟?dòng)Y方向走刀按鈕，開(kāi)始第一刀車(chē)削加工，車(chē)削過(guò)程要用冷卻液對(duì)刀頭進(jìn)行冷卻，車(chē)削過(guò)程及時(shí)清理刀頭位置的鐵屑，第一刀加工完成后，要進(jìn)行退刀，將主軸升起，Y方向退回到起始加工位置并將槽道附近的鐵屑及冷卻液清理干凈，測(cè)量槽道尺寸，用深度尺測(cè)量實(shí)際的開(kāi)槽深度，用卡尺測(cè)量槽寬、槽長(zhǎng)的尺寸數(shù)據(jù)，按照上述工序方法，接著對(duì)剩余量進(jìn)行第二刀車(chē)削加工，加工過(guò)程同樣做好在線監(jiān)測(cè)，加工完成后按照同樣方法升起主軸，Y方向退刀，鐵屑清理，尺寸測(cè)量。

7）開(kāi)槽尺寸、槽道表面光潔度檢驗(yàn)。

開(kāi)槽完成后，用磁棒、毛刷、吸油氈等清理槽道內(nèi)的鐵屑和冷卻液，并測(cè)量槽道尺寸（槽寬、槽深、槽長(zhǎng)），確保各加工尺寸都在要求范圍內(nèi)；檢查槽道表面光潔度，并用什錦銼、細(xì)紗布等對(duì)槽道表面進(jìn)行打磨處理，確保槽道表面平整、光潔、無(wú)毛刺（見(jiàn)圖7）。

8）根據(jù)加工的槽道尺寸，配置合適長(zhǎng)度的E型密封鍵。

根據(jù)槽道的實(shí)際加工長(zhǎng)度尺寸，切割合適長(zhǎng)度的密封鍵，密封鍵與槽之間需留有一定量的熱膨脹間隙，密封鍵切割后，需對(duì)兩端頭進(jìn)行修磨，確保端頭圓滑無(wú)毛刺，對(duì)槽道及密封鍵進(jìn)行清潔檢查后，將密封鍵安裝到槽內(nèi)。

圖7 槽道尺寸檢驗(yàn)

在2014年02月份T107大修期間，對(duì)1號(hào)高壓缸端部前后的四個(gè)角位置各增加1個(gè)密封條，共增加了4個(gè)密封條。

5 處理效果及后續(xù)行動(dòng)

2014年2月份T107大修期間，對(duì)1號(hào)汽輪機(jī)高壓缸的端部密封面采取了上述技術(shù)處理措施，處理完成后，機(jī)組啟動(dòng)并網(wǎng)運(yùn)行，高壓缸漏汽問(wèn)題的技術(shù)難題得以解決，說(shuō)明該技術(shù)方案合理可行，取得了預(yù)期的效果。

該工程技術(shù)方案，具有很好的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)用性，既解決了高壓缸端部密封面的漏汽問(wèn)題的技術(shù)難題，消除了機(jī)組的安全隱患，提高了設(shè)備的可靠性，確保了機(jī)組的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，積累了寶貴的工程經(jīng)驗(yàn)，又為同行業(yè)、同類(lèi)型機(jī)組今后處理類(lèi)似問(wèn)題起到了很好的借鑒作用。

后期將繼續(xù)觀察高壓缸的運(yùn)行情況，加強(qiáng)日常現(xiàn)場(chǎng)巡檢；在高壓缸下次大修時(shí)，將檢查密封鍵的完好性以及汽缸面有無(wú)漏汽痕跡。

［1］趙明生，等.機(jī)械工程師手冊(cè)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.

［2］郭延秋.大型火電機(jī)組檢修實(shí)用技術(shù)叢書(shū)：汽輪機(jī)分冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2003.

［3］王超然.新編國(guó)際常用金屬材料手冊(cè)[M].北京：北京工業(yè)大學(xué)出版社，1995.

［4］姜求志，王金瑞，等.電廠金屬材料手冊(cè)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2001.

［5］楊叔子.機(jī)械加工工藝師手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.