汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封汽封的修復(fù)改造技術(shù)研究

姜迎春 孔令佳

（新礦內(nèi)蒙古能源有限責(zé)任公司，鄂爾多斯 016217）

1 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封汽封的作用

1.1 軸封的作用

軸封是軸端汽封的簡(jiǎn)稱。在研究汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封的過(guò)程中，研究人員發(fā)現(xiàn)它是汽輪機(jī)的大軸從汽缸兩端穿出處的一種汽封，具體操作如圖1所示。軸封的目的包括兩部分：一是防止汽輪機(jī)在高壓區(qū)段出現(xiàn)蒸汽外泄的問(wèn)題，使得進(jìn)入汽輪機(jī)的全部蒸汽都沿著汽輪機(jī)的葉珊通道做功，顯著提高汽輪機(jī)的效率；二是防止真空區(qū)段中出現(xiàn)汽輪機(jī)外側(cè)的空氣流向汽輪機(jī)內(nèi)部的問(wèn)題，更好地確保汽輪機(jī)組具備優(yōu)質(zhì)的真空，以降低汽輪機(jī)的背壓，提高汽輪機(jī)的做功效率[1]。

1.2 汽封的作用

汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子中心的運(yùn)行軌跡呈橢圓形。當(dāng)汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定的臨界情況時(shí)，轉(zhuǎn)子的位移和振動(dòng)值會(huì)出現(xiàn)超過(guò)轉(zhuǎn)子密封間隙的現(xiàn)象，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和汽封的

密封齒產(chǎn)生摩擦。這種現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致汽封齒被快速磨掉，出現(xiàn)密封間隙變大、汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子或者軸頸出現(xiàn)磨損等情況。另外，因轉(zhuǎn)子局部摩擦導(dǎo)致大軸彎曲不能正常

做功，會(huì)引發(fā)汽輪機(jī)發(fā)生較為嚴(yán)重的安全事故。例如，電子廠在汽封時(shí)會(huì)擴(kuò)大汽封間隙，以犧牲經(jīng)濟(jì)利益為代價(jià)確保機(jī)組的安全。

2 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封汽封的修復(fù)改造技術(shù)

2.1 傳統(tǒng)的齒輪汽封

傳統(tǒng)的齒輪汽封密封效果較差，受到嚴(yán)重的能量損失會(huì)存在大量的蒸汽外漏和級(jí)間內(nèi)漏等問(wèn)題。另外，當(dāng)傳統(tǒng)的齒輪汽封轉(zhuǎn)速達(dá)到臨界值時(shí)會(huì)產(chǎn)生劇烈的振動(dòng)，導(dǎo)致已經(jīng)調(diào)好的間隙被破壞，增大泄漏間隙。所以，設(shè)計(jì)齒輪汽封密封時(shí)經(jīng)常會(huì)使用多加密封圈數(shù)或適量增大密封間隙等方式。但是，運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)組的啟動(dòng)和停機(jī)等操作會(huì)導(dǎo)致汽封出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損、間隙和漏氣量變大等問(wèn)題，降低了機(jī)組效率，難以保證機(jī)組工作的安全[2]。

2.2 新式的齒輪汽封

2.2.1 蜂窩汽封

蜂窩汽封是在傳統(tǒng)汽封的齒部基礎(chǔ)上使用蜂窩帶，主要成分是海斯特鎳合金，其中芯格的尺寸越小，板材會(huì)越薄。蜂窩帶具有質(zhì)地較軟的優(yōu)點(diǎn)，不會(huì)損傷所接觸的軸頸表面。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和理論分析，借助蜂窩帶的表面積大和水吸附能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，將蜂窩帶處于低壓缸末級(jí)和次末級(jí)的葉頂部位進(jìn)行動(dòng)葉的水侵蝕，取得了顯著效果。但是，這種方式并沒(méi)有解決機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中存在的振動(dòng)較大問(wèn)題，依舊會(huì)導(dǎo)致汽封和轉(zhuǎn)子出現(xiàn)碰撞和磨損等現(xiàn)象。另外，機(jī)組啟動(dòng)和停機(jī)次數(shù)的增多還會(huì)不斷增加磨損量。

2.2.2 布萊登汽封

布萊登汽封取消了傳統(tǒng)汽封背部的板式彈簧，而在汽封端部加設(shè)4只螺旋彈簧，使得汽輪在停機(jī)時(shí)汽封在彈簧的作用下呈現(xiàn)張開狀態(tài)，這時(shí)汽封和轉(zhuǎn)子的間隙最大。當(dāng)啟動(dòng)汽輪機(jī)時(shí)，蒸汽先進(jìn)到缸中，受蒸汽進(jìn)汽側(cè)與出汽側(cè)壓力差的影響，汽封出汽側(cè)的脖頸會(huì)和汽封槽道閉合，使得汽封背部和汽封槽道中出現(xiàn)封閉的“腔室”，導(dǎo)致蒸汽沿著氣槽進(jìn)入其中。汽輪機(jī)部分蒸汽進(jìn)入量的增加會(huì)對(duì)汽封弧段背部的關(guān)閉力產(chǎn)生作用，進(jìn)而作用于汽封齒側(cè)的開啟力和摩擦力，促使汽封弧塊在關(guān)閉力作用下呈現(xiàn)逐級(jí)關(guān)閉的狀態(tài)，以達(dá)到汽封塊封閉的目的，這時(shí)汽封齒和轉(zhuǎn)子的徑向間隙值最小。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時(shí)，因蒸汽量的減少導(dǎo)致作用力減少。當(dāng)蒸汽流量減少到3%～30%時(shí)，開啟力的作用會(huì)使各個(gè)汽封塊呈現(xiàn)張開狀態(tài)，且距離轉(zhuǎn)子較遠(yuǎn)，使得兩者之間的徑向間隙呈現(xiàn)最大值狀態(tài)。這時(shí)的最大值是汽封退讓和機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)的汽封徑向間隙的綜合，其中汽封退讓的間隙為1.8～2.0 mm。因此，布萊登汽封可借助汽封弧段控制機(jī)組的開關(guān)。另外，機(jī)組在啟動(dòng)和停機(jī)過(guò)程中，布萊登汽封方式可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和汽封徑向間隙，減少汽封和轉(zhuǎn)子之間的碰撞，使得汽封和轉(zhuǎn)子的間隙在運(yùn)行過(guò)程中保持最小值，有效提高了經(jīng)濟(jì)效益[3]。

2.2.3 測(cè)齒汽封

測(cè)齒汽封的原理和傳統(tǒng)的齒輪汽封一致，在齒根部設(shè)計(jì)F齒和測(cè)齒。這種密封方式的節(jié)流膨脹效果顯著，具有較好的密封性。但是，機(jī)組啟動(dòng)和啟動(dòng)過(guò)臨界轉(zhuǎn)速時(shí)容易出現(xiàn)磨損以及磨損量不斷增加等問(wèn)題，降低了汽輪機(jī)的工作效率[4]。

2.2.4 刷式汽封

刷式汽封存在刷毛掉落的安全問(wèn)題，所以國(guó)內(nèi)廠家很少應(yīng)用。

3 汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封汽封的修復(fù)改造技術(shù)的解決措施

3.1 拆卸軸封殼體和汽軸封

機(jī)組吊開大蓋后，需要使用沒(méi)有固定的銷餅和壓板拆卸。拔出錐銷，卸開制動(dòng)墊圈，結(jié)合螺栓進(jìn)行拆卸。吊出各個(gè)軸封殼體的上半部，檢查平面有無(wú)漏氣的痕跡、轉(zhuǎn)子上汽封段的磨損情況、動(dòng)靜部分相對(duì)的軸向位置是否正確、下缸軸封殼體徑軸是否松動(dòng)等。吊出上下軸封殼體后，需要進(jìn)行以下操作：首先，加固汽封塊后，拆下固定的銷餅和壓板；其次，沿汽軸封套箍槽去除相應(yīng)的汽封塊，同時(shí)標(biāo)記拆下的汽封塊和彈簧片；再次，纏上白沙綁帶柱后，將其放置于專用的汽軸封箱；最后，拆卸隔板汽封、前汽封和后汽封。如果在拆卸過(guò)程中遇到銹死難拆卸的情況，需要使用毛竹片和榔頭拆卸，或者使用10～12 mm的細(xì)銅棒將其彎成圓弧形，頂著汽封塊的斷面，使用榔頭將汽封塊打出[5]。

3.2 拆卸清理檢查的汽封塊

在檢查和拆卸汽封塊的過(guò)程中，汽封塊上墊鋁板后，先使用小錘輕輕擊打直至其自由停止，再用手拉出汽封塊，借助沙皮、碎輪砂片以及鋼絲刷等工具清理汽封塊、外殼的窩槽以及其他零件，并檢查彈簧片的彈性情況、變形情況以及斷裂情況等。若壓板螺栓出現(xiàn)回松，則需要配齊并檢查壓塊的平頭螺釘。為了提高調(diào)整效果，需要清理后再扳緊。檢查各軸封殼體上軸向調(diào)整環(huán)、水平面中分面的螺栓、水平結(jié)合面的彌合情況，必要時(shí)進(jìn)行修復(fù)，整理所有的汽封塊，測(cè)量調(diào)整軸封殼體的洼窩中心。

3.3 檢查、修復(fù)以及清理汽封軸封

檢查汽封軸封是指檢查汽封套、汽封套箍、隔板汽封凹槽、汽封塊、彈簧片是否出現(xiàn)泥垢、銹蝕、裂紋、折斷、彎曲以及變形與毛刺等問(wèn)題，可防止汽封套箍出現(xiàn)松晃的情況，使其符合制造廠的相關(guān)規(guī)定。如果出現(xiàn)固定銷釘?shù)那闆r，需要確保位置的合理性，并檢查彈簧片，減少?gòu)椈善涂ú鄢霈F(xiàn)卡澀的現(xiàn)象。研究人員首先需要紗布打磨存在污垢和銹蝕的汽封塊、汽封套、汽封套箍、隔板汽封凹槽以及彈簧片等，其次上黑鉛粉防止再次產(chǎn)生銹蝕，同時(shí)需要檢查高壓氣缸和隔板套，測(cè)量并調(diào)整汽軸封的徑向間隙，最后更換變形嚴(yán)重的磨損部件等。通過(guò)以上操作進(jìn)行裝復(fù)，以恢復(fù)機(jī)組的正常工作。

3.4 裝復(fù)軸封汽封

完成所有檢修清理工作后，需要擦拭軸封殼體各個(gè)洼窩凹槽和汽封塊使用的干黑鉛粉，安裝原本的標(biāo)記并進(jìn)行組裝。需要注意，要以保證汽封塊和彈簧片的完整性為主，確保組裝的方向正確。裝復(fù)下半只后，需要使用壓縮空氣進(jìn)行吹凈，再檢查吊汽缸和轉(zhuǎn)子無(wú)誤后將上半只裝好，檢查沒(méi)有失誤后蓋上后蓋，最后使用固定銷餅和壓板使其不高于水平結(jié)合面。汽封塊需要用手自由地壓入和自動(dòng)的彈回。沒(méi)有彈簧片固定的鑲裝式汽封塊不能出現(xiàn)松動(dòng)現(xiàn)象。全部裝復(fù)后，需要檢查盤動(dòng)轉(zhuǎn)子是否存在摩擦。

3.5 控制汽封軸封檢修的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

裝復(fù)機(jī)組的過(guò)程中，需要嚴(yán)格按照季風(fēng)檢修的標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行相關(guān)操作。首先，確保轉(zhuǎn)子軸封段的阻汽凸緣和汽封塊的長(zhǎng)齒無(wú)軸向碰擦的痕跡，中分面壓板上沒(méi)有過(guò)度膨脹導(dǎo)致的硬印，軸封殼體不存在裂紋和變形、結(jié)合面密封泄露等問(wèn)題。其次，螺栓緊固時(shí)不能塞進(jìn)0.03 mm的塞尺，保證接觸面在60%以上。再次，若想汽封塊不存在裂紋和嚴(yán)重磨損、剝落齒尖銳利、毛刺倒?fàn)畹葐?wèn)題，需要維持彈簧的性能，確保其不存在裂紋和異常變形、壓板螺栓和調(diào)整塊平頭螺釘斷裂滑牙等情況。最后，汽封的徑向間隙需滿足要求，前后軸封為0.4～0.6 mm，隔板汽封為0.4～0.7 mm，軸封殼體和氣缸洼窩的配合軸向間隙為0.10～0.15 mm。

4 結(jié)語(yǔ)

文章主要分析汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸封汽封修復(fù)改造的相關(guān)技術(shù)，并提出相應(yīng)的解決措施，可提高汽輪機(jī)的安全性和工作效率，減少不必要的維修費(fèi)用。