C15-4.9-0.49型汽轮机轴封及调速系统的优化研究.doc

华聚能源公司科学技术研究成果验收材料 C15-4.9/0.49型汽轮机轴封及调速系统的优化研究 PAGE 12 PAGE 11 华聚能源公司科学技术研究成果验收材料 华聚能源公司科学技术研究成果验收材料 C15-4.9/0.49型汽轮机 轴封及调速系统的优化研究 华聚能源公司济二矿电厂 二O0七年三月一日 C15-4.9/0.49型汽轮机轴封及调速系统的优化研究 济二电厂以济宁二号煤矿选煤厂生产过程中产生的煤泥、洗矸和中煤（三种原料以煤泥为主）为燃料，是矿区热电联产及低热值燃料资源综合利用的热电工程。现装机容量为3×15MW抽气式汽轮发电机组，配套3×75t/h循环流化床锅炉。电厂自2001年投产以来，实现热电联产，取得了可观的经济效益和较好的社会效益，为保证矿井生产及矿区人民生活用电，促进非煤产业的发展，缓解就业矛盾，减轻环境污染作出了贡献。 一、现状分析 1#汽轮机型号为C15-4.9/0.49次高压、单缸、单抽凝汽式汽轮机，武汉汽轮发电机厂制造；2001年3月投产，设计蒸汽初压4.9 Mpa、蒸汽初温470℃ 1、前轴封漏汽量大、轴封弹簧片严重变形 汽轮机轴封采用的是传统的迷宫式梳齿汽封，经过近四年的运行，1#汽轮机前轴封弹簧片已严重变形，直到改造以前，前汽封漏泄严重。其结构模式主要的弊端为： a)汽轮机在启停机过程中，当转子转速在临界转速时，振动幅度较大，若汽封径向间隙安装较小时，汽封齿很容易磨损，径向密封间隙变大，泄漏量增加。 b)由于泄漏量的增加，作功蒸汽对轴的加热区段长度及温度都必然有所增加和升高，轴的轴向长度增加，胀差变大，轴上凸台和汽封块的短齿发生相对位移而出现所谓 “掉台”和长齿被拉弯而“倒伏”的现象。那么原来的那种“节流膨胀”密封方式得不到保证，大量蒸汽更会泄漏出来。 c)齿与轴发生磨擦时，瞬间产生大量的热。在汽封长齿对应的轴上凹槽处，热量来不及散发，该处直径又小，就有可能造成轴的局部过热而导致大轴弯曲。危胁机组的安全。 d)由于前轴承箱与高压轴封之间的距离很小，大量高温轴封漏汽通过油挡缝隙进入轴承箱内，然后顺回油管在流动中凝结成水而进入透平油中，透平油被加温乳化，油膜稳定性极差，破坏动态润滑效果，加剧轴的振动。并可导致钨金瓦快速磨损甚至烧毁，轴子下沉。从而加剧汽封齿的磨损。造成汽封泄漏与磨损的恶性循环加剧。 e)汽轮机组的调速系统和润滑用的透平油系统是一个系统，如果透平油被乳化后，调速系统卡涩，调整系统的准确性受到冲击。造成负何摆动，机组的安全性受到极大威胁。 f)汽封间隙的不均匀性和环形腔结构，随着蒸汽泄露量的增加所产生的汽流激振能量也大，对汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生很难消除，危及机组的安全运行。 解决汽轮机前汽封漏泄，提高汽轮机透平油油质水平，保证机组安全可靠运行，成为机组安全运行的当务之急。 2、同步器调整迟缓 1#汽轮机同步器传动系统由摩擦片实现，传动距离小增减负荷迟缓率增大，经常造成同步器无法正常投入，增强了运行人员的劳动强度。 二、技术研究路线 对于汽轮机本身来讲，减少蒸汽泄漏和提高蒸汽做功质量是其中的两项重要目标。汽封是汽轮机关键零部件之一，其性能的优劣，不仅影响机组的经济性，而且影响机组可靠性，已越来越受到人们的关注。从保证机组经济性而言，要求漏汽量越少越好，也即汽封间隙越小越好；从保证机组运行安全而言，要求在各种状态下，汽封不和转子发生摩擦。 1、迷宫式汽封的工作原理 一定压力的蒸汽流经迷宫式汽封时，必须依次经过汽封齿尖与轴凸肩所形成的狭小间隙C，如图1所示。当经过第一间隙间C，蒸汽产生节流作用，压力由P1降到P2 。汽流加速。随后高速源流进入小室，发生撞击和涡流等现象使速度消失，动能转变热能。当蒸汽经过第二个汽封间隙时，又重复上述过程，压力由P1降至P2。就这样，蒸汽流经最后一气封齿，蒸汽压力降至P末，已与大气压力相差很小。所以，在一定的压差下，汽封齿越多，每个齿前后的压差就越小，漏汽量也越少，当汽封齿数足够多时，漏汽量为零。 图1 迷宫式汽封汽流压力趋势图 2、理论与运行实践分析 理论分析与实践证明，梳齿式汽封要达到最佳的密封效果，必须做到以下几点：汽封齿尖越尖越好；汽封齿距越大越好；汽封与转子的间隙越小越好。前两条由于空间位置及加工工艺等因素的影响现实中很难做到，后一条随着密封间隙的逐渐缩小，轴的自激振动越来越大，激振频率接近一阶频率。过大的振动破坏了已调节好的汽封间隙，使泄漏增大。轴的自激力产生原因是由于气流进入梳齿密封的密封腔室时，不仅以很大的轴向速度通过各腔，而且还具有较大的周向速度分量，在各腔中形成螺旋形的流动方式；另外，转子与密封体在周向上的间隙不一样（转子在工作时的涡动运动，使周向间隙随时变化）。由于密封腔室中的气流的旋转，使周向压力分布的变化与转子和