背压式汽轮机轴端汽封泄漏分析及改造研究

 背压式汽轮机轴端汽封泄漏分析及改造研究

焦尚荣 吴尧 孟健 吕品

 华能（天津 )煤气化发电有限公司 天津 滨海 300452

摘要：本文将以某炼油厂的背压式汽轮机为分析对象，阐述其在生产过程中出现的轴端汽封泄漏问题，明确其具体形成原因，并提出一系列切实可行的改造措施，从而保障机组的经济性与安全性，避免泄漏故障的再次发生。

关键词：背压式汽轮机；轴端泄漏；蜂窝密封技术

引言：背压式汽轮机是指排汽压力高于大气压力的机械设备，能够保证运行过程中所排出的热量被有效利用，不会存在凝汽式汽轮机冷源损失过高的问题。为了确保该设备能够有效运行，防止机组故障的产生，将以产生频率相对较高的汽封泄漏作为分析对象，从而帮助相关企业提高设备质量，保障机组安全。

一、实际案例

以某炼油厂使用的背压式汽轮机作为分析案例，该装置主要负责重油催化，是由杭州汽轮机厂生产的，其本身额定功率在1500KW，额定转速可达11500r/min，入口温度大约为430度，排汽压力与进汽压力分别保持在1.0MPA与4.0MPA，介质流量为20T/H，而排出温度则保持在300度左右。该背压式汽轮机的轴端汽封主要采用梳齿迷宫的密封方法，所产生的泄漏问题相对严重，在之前的由此检修过程中为了保证设备能够正常运行，相关工作人员通过在梳齿密封处添加漏气抽气系统以及在轴承箱外部安装氮气吹扫系统的方法来解决泄漏问题，确保因汽漏现象引发的轴承箱进水状况能够得到有效缓解。但根据调查显示，该方法的实际效果并不良好，机组在运行过程中的能耗明显偏高，相应的经济性也较低，润滑油因进水导致系统故障的风险被大大提升，因此需要对轴承端的维护方法进行替换，并对相应构件与结构进行改造。

二、背压式汽轮机轴端汽封泄漏探究

通过对背压式汽轮机机组进行拆分检查可以发现，导致轴端出现汽封泄漏的主要原因为：第一，汽封间隙过大，并且分布不够均匀，通过采用塞尺对缝隙大小进行实际测量可知，中分面左右两侧的间隙最大值分别为0.5mm、1.0mm，而下部的汽封齿以及转子部分存在明显的磨损痕迹并呈现倒状，上部的汽封间隙最大值为0.8mm。产生此类现象的原因是由于转子在运转过程中与汽缸的中心位置发生偏移、转子向下移动或者气缸上移；第二，汽封处所承受的压力过大，难以负担过高的负荷，经过拆检平衡活塞可发现，汽封中分面两侧大约30mm距离的圆周范围内存在梳齿汽封受到冲刷的问题，并已形成呈现贯穿式的通路。不仅导致平衡活塞汽封底层的压力大幅度提升，还会进一步提高轴端汽封的承受负荷，从而导致泄漏问题的产生。

三、背压式汽轮机轴端改造方法分析

（一）改造步骤

背压式汽轮机轴端改造步骤主要分为以下环节：第一，对更换后的新型汽封尺寸进行检查与测试，要对汽封的外径、内径以及相关配合部分进行涂色确认，确保相互接触的面积能够达到整体的80%以上，并保证接触的部分分布匀称，而转子与内径的配合间隙也要控制在安全标准范围内；第二，对汽轮机内的蒸汽室平衡活塞进行修复加工，确保汽封套梳齿能够正常使用，消除以往在采用梳齿密封时产生的贯穿通路，减小间隙尺寸，保证构件之间能够有效配合；第三，调节转子与汽缸的位置，首先要以转子作为汽缸调整的基准，由于本次分析的汽轮机缸体使用的是上半缸支撑式结构，而下半缸则设有管线以及偏心销，因此汽缸中心的调整难度相对较高，所以主要以转子的调节作为主要修正方法。其次要完成缸体的扣合，确保其能够支撑在前后锚爪，实现中分面螺栓的加固，之后松开下缸顶丝，使四周的猫爪负荷能够均匀分配，不会出现应力集中现象，破坏结构的稳定性。再次，要借助百分表完成下缸体的实时监测，确保构件位置不会随着机组运行出现位置偏移，并松开螺栓、吊出上缸，并将下缸体当作校准的参考对象。最后，要完成汽缸水平度的检查与判断，适当调整轴承座的水平度，要求与汽缸保持一致，同时使用百分表对轴架上的前汽封装配凸环与后汽封装配凸环进行三点数值检测，并适当调节活动端的轴承，确保产生的数值误差低于0.05mm；第四，对整体的轴承进行全方面校准、修正^[1]。

（二）应用效果

根据实际应用结果显示，在进行汽封改造后，汽轮机能够具有较高的密封性，轴端也未出现泄漏状况，并且临时添加的吹扫系统与抽汽系统也被停止应用，从而使整体机组的安全性能得到大幅度提升，所产生的经济费用也得到了有效控制。

（三）关键技术

为了确保汽封泄漏问题不会反复发生，需要进一步使用蜂窝密封技术来阻止汽轮机在高速运转过程中出现介质泄漏的现象，确保机组设备的运行效率得到强化，起到解决能源的不必要浪费、保护环境、实现设备稳定运行的作用。蜂窝密封技术主要由密封体以及蜂窝带组成，结构呈现正六边形窝孔，能够使汽体被蜂窝带内的阻尼所隔断，以此达到密封的目的。而相应的蜂窝孔是由镍基合金在特殊加工后制成的，其大小与蜂窝高度需要根据实际情况以及设计需求进行设定。蜂窝带本身厚度较薄、硬度也相对较低，因此不会在运行过程中与接触的相应构件发生摩擦与撞击，能够有效避免磨损现象的产生。同时，蜂窝带在叠合成六边形时可以切实增强高度方向上的强度，从而防止在接触时被外力压损。此外，蜂窝汽封还能保持与轴径之间的间隙较小，因此密封效果良好，即便出现磨损状况，也能呈现完整的蜂窝式结构，结构上的小幅度变化不会破坏整体的密封性能。这也是近些年蜂窝密封技术能够替代传统梳齿迷宫汽封的主要原因

^[2]。

蜂窝密封技术相较于以往的梳齿汽封技术其密封效果更加稳定与理想，梳齿密封通常会发生间隙过量导致背压式汽轮机的整体能量被过度消耗，最高甚至可达到50%，而使用蜂窝密封技术则能够有效控制汽流的流动，将其抑制在密封腔中。当出现小间隙密封或者高压差时，也能确保机组的稳定运行，以此减少泄漏状况造成的资源、能量损失，使机组效率达到最大化。而且蜂窝内的网孔具有良好的吸水效果，可以切实起到除湿的作用，更好的完成对叶片的保护。当前最为先进的蜂窝结构主要是以叶尖间隙密封作为应用结构，并且采用的材料具有良好的可磨损性，通过将叶尖与间隙数值控制到最小，便可降低机组设备的能源损耗，防止泄漏现象的发生，同时还能进一步优化转动系统的稳定性，使叶片不会与缸体产生摩擦，进而防止危险事故的发生。此外，蜂窝状结构能够形成强力的涡流与屏障，根据实验测试表明，其最小材料质量下能够实现最大强度的密封效果，可以产生强大的阻尼从而防止介质外泄。即使在高压环境下也无需扩大密封尺寸，在简化涡轮机组安装、修理工作的同时，也具有更好的转子动力学特性，能够作为汽轮机领域大量运用的新时代密封技术。目前许多跨国集团均在300MW、600MW等机组上进行了运用，并取得了优良效果。

结论：综上所述，通过将某炼油厂背压式汽轮机出现的轴端汽封泄漏作为分析案例，阐述泄漏问题的产生原因，并提出一系列切实可行的改造措施，从而切实提高汽轮机的应用安全性，保证各项机组的稳定运行，避免泄漏故障反复发生，达到延长背压式汽轮机使用寿命的目的，减少不必要的经济支出。

参考文献：

[1]李艳杰.背压式汽轮机运行中排汽温度升高的原因分析及建议[J].能源科技,2020,18(05):48-50.

[2]伍家炜,姜殿冬.1000MW发电机组配置抽汽背压式给水泵汽轮机甩负荷过程分析及优化建议[J].广东科技,2019,28(06):54-58.