300MW汽轮机梳齿型汽封改为接触式汽封应注意问题

　　0 前言

　　＃8机组是我公司四台机组中最早投产发电的机组，投运于2001年1月，此次大修是我公司对300MW机组的第一次大修。根据大修前机组热力试验结果及电力市场面临的严峻形势，对现有设备进行改造挖潜、力争节能降耗已成为我们目前刻不容缓的工作。按照国电公司节能降耗的精神，我公司利用大修的机会对＃8汽轮机的轴封、叶顶汽封进行改造，现将改造情况介绍如下：

　　1 改造范围

　　汽轮机的部分轴封及高中压、低压叶顶汽封：

　　1、轴封31圈：高压后全部轴封共10圈；高中压间轴封高压段后三圈、中压段三圈，共6圈；中压后轴封后5圈；低压缸前后全部轴封共10圈。

　　2、叶顶汽封圈共24圈：高压2～9级叶顶汽封8圈；中压1~6级叶顶汽封6圈；低压1～5级正、反向叶顶汽封共10圈。

　　2 改造的前期准备

　　2.1技术准备

　　此次汽封改造数量共55圈，对国内300MW级的机组来说尚属首例，特别轴封改造，点多面广，稍有不慎极易造成安全隐患，因此，公司各级领导都高度重视，对汽封改造工作给予极大的关心和支持，从2005年年初至大修前，共主持召开过汽封改造专题讨论会8次，外出考察1次，先后邀请了国电公司专家、领导、原云南电力集团公司汽机专家参加过会议，大家对改造汽封的结构形式、材质、安装要求、节能效果进行了充分的讨论，确定了最佳的改造方案：将普通的迷宫式轴封改为目前国内最先进的蜂窝＋铁素体＋复合材料密封齿汽封；将高中压叶顶汽封改为梳齿型汽封，低压叶顶汽封改为蜂窝式汽封。并于2005年6月29与哈尔滨通能公司签定了《轴封的技术协议》，7月19日与北京龙威公司签定了《叶顶汽封改造技术协议》，协议中对汽轮机效率的提高量及汽封漏汽量提出了明确的要求。改造成功后，汽轮机的各项经济指标将跃上一个新的台阶。

　　2.2 物资准备

　　技术方案确定后，宣电公司及时与厂家签定了经济合同，明确了具体的运输方式及交货时间，确保大修物资按期到货。对汽封安装过程中现场调整量大的问题，我公司提前进行了安排，购置了汽封间隙调整装置，并于开工前在现场安装调试完毕，保证厂家货到现场即可安装、调整，为汽封改造工作的顺利推进创造了有利条件。对低压缸10道隔板需要外送加工的问题，我公司积极协助厂家联系加工单位，实地了解加工单位的加工能力，并落实了负责运输的厂家及运输隔板的专用支架，确保隔板外送加工安全、优质、高效完成。

　　3 进度策划

　　对汽封安装时现场调整工作量大、涉及相关单位多、协调关系复杂，且低压缸10道隔板需要外送加工的问题，我公司对汽封改造的进度进行了周密的部署：低压缸10道隔板外送加工所需时间长，安排大修主体施工单位——云南火电建设公司先揭低压缸上盖，及时吊出低压隔板，保证低压隔板外送加工的时间；施工过程中充分发挥业主的协调管理作用，自始至终要求火电建设公司作业人员、宣电公司质检人员全天24h连续作业，只要现场条件具备，就马上安排通能公司、龙威公司到现场进行交叉作业，特别是扣盖前的通流间隙检查，各参修单位不怕苦、不叫累，同心协力，连夜奋战，吃住在现场，确保汽封改造工作安全、按期完工。

　　4 改造过程中应注意的问题

　　改造就是创新，创新就意味着风险。汽封改造后通流间隙较厂家设计值小，开、停机、变工况过程中极易发生动静碰磨事故，引发机组轴系振动，因此，改造过程中应特别注意以下几方面的问题：

　　4.1 安装工艺方面

　　1）留出足够的轴向膨胀安全裕量。根据东方汽轮机厂提供的机组热膨胀曲线，查出每道汽封处的转子、静子在启动、停机、甩负荷、正常运行工况下的热膨胀值，认真核对汽封改造厂家要求的汽封的轴向间隙是否满足机组安全运行的要求，在轴向布置允许的条件下，尽可能将轴向尺寸留大一些，最小要保证有1mm以上的安全裕量。所处位置胀差越大，安全裕量应留得越大。

　　2）合理配置汽封径向间隙。从理论上讲，汽封间隙应配置成准椭圆形：即上边间隙小于下边间隙（因为上汽缸温度总是高于下汽缸温度）、左侧间隙大于右侧间隙（因为从汽轮机向发电机方向看，转子顺时针旋转）。实际检修过程中，我们不但要考虑上述因素，还要根据机组运行的实际情况（从揭盖后汽封修前测量数据来判断）来综合考虑汽封间隙的配置，从＃8机组的实际情况看，我们将汽封间隙应配置成准椭圆形：即上边间隙小于下边间隙、左侧间隙大于右侧间隙，针对＃2轴承处受热后汽缸中心要上抬的问题，将中压后轴封的下间隙放大0.15～0.20mm。检修人员往往忽视了这些看似无关紧要的问题而按照传统做法将汽封间隙配置成圆形或非圆非椭型，这种做法是不对的，因为一旦发生动静摩擦，转子上的摩擦点受热膨胀，但其余部位的金属会阻碍其膨胀，当阻碍膨胀的压缩力大于金属的屈服极限时，转子就会发生永久性弯曲，摩擦点在转子弯曲最高点的正对面。转子发生热弯，既加大了运转的不平衡量，又增加了大量动静摩擦点，进一步加剧了机组的振动。

　　3）采用正确的间隙测量手段，尽可能减小因测量方法产生的误差。根据作业现场条件，汽封左右间隙采用塞尺直观检查，检查时注意避免汽封退让；上下间隙考虑开合缸修正值，采用贴胶布合缸检查的方法，将每道汽封的间隙控制在设计范围内。测量时一定要注意考虑汽缸的开合缸修正值，否则会存在很大的测量偏差。在不考虑开合缸修正值得情况下，若汽封间隙留为要求的下限值，极易引发机组动静碰磨振动。

　　4）严格检查每道汽封的弧向膨胀间隙。弧向膨胀间隙留得过大，运行过程中蒸汽的泄漏量就大，不但会影响机组运行的经济性，还会增加汽轮机转子的轴向推力，造成推力瓦瓦温升高，甚至过负荷烧瓦，酿成动静碰磨、弯轴事故，后果不堪设想。弧向膨胀间隙留得过小，运行过程中汽封受热膨胀后，汽封块与块间结合面会出现张口现象，引发的后果同上所述。

　　5）逐级检查每道汽封密封板与槽的轴向间隙不得小于0.5mm，否则密封板受热膨胀后会产生卡涩现象，阻碍密封板的径向自由退让，不但会对转子产生附加的扰动力，引发轴系振动，与大轴摩擦后还会使大轴出现永久性的弯曲，酿成重大事故。

　　4.2 协调管理方面

　　1、合理安排检修顺序。汽封改造，低压缸10道隔板外送加工所需时间长，要安排先揭低压缸上盖，及时吊出低压隔板，保证低压隔板外送加工的时间。

　　2、施工过程中充分发挥业主的协调管理作用，避免工期不必要的浪费。

　　3、提前购置了汽封间隙调整装置，并于开工前在现场安装调试完毕，保证厂家货到现场即可安装、调整，为汽封改造工作的顺利推进创造有利条件。

　　4、高中压间轴封改造后汽封漏汽量较设计值小，预计可能引起高中压缸正胀差增大，导致机组动静碰磨，在大修过程中，从高压调节阀后的疏水母管上接出新蒸汽，必要时送到汽缸夹层，提高汽缸夹层的平均温度，减小高中压缸正胀差。

　　5、货到现场后，安排专人对汽封块的几何尺寸进行认真复查，确保每块汽封均能正确装配到位。

　　4.3 运行方面应采取的措施

　　1、汽封改造后通流间隙较厂家设计值小，开、停机、变工况过程中极易发生动静碰磨事故，引发机组轴系振动，因此，运行方面应采取以下措施：

　　2、制定详细的《A级检修后汽轮机启动措施》，严格控制各项启动参数及冲转暖机时间，并下发到各值认真学习。

　　3、机组冷态升速过程若振动突然增大或者缓慢增大，都应立即打闸停机，投盘车4小时、转子临时弯曲恢复，原因分析清楚后才能再次开机，严禁降速暖机。因为对汽轮机转子来讲，摩擦可以产生抖动、涡动等现象，但实际有影响的主要是转子热弯曲。动静摩擦时圆周上各点的摩擦程度是不同的，由于重摩擦侧温度高于轻摩擦侧，导致转子径向截面上温度不均匀，局部加热造成转子热弯曲，产生一个新的不平衡力作用到转子上引起振动。根据转速的高低，振动特征分两种情况：

　　a.转速低于临界转速时的摩擦振动

　　如图中，转子原来的不平衡为OA，振动高点

　　为H，由于滞后角小于90°，振动高点H是摩擦 A

　　重点，该点温度高于对面一侧，受热弯曲的影响

　　在此方向产生一个热不平衡OH， OH 与OA合 A1

　　成为一个新的不平衡OA1。OA1较原不平衡 OA

　　逆转了一个角度并且大于 OA，造成动静摩擦进 H

　　一步加剧，形成恶性循环，转子弯曲越来越大，

　　很可能造成大轴弯曲事故。 低于临界转速的动静摩擦振动

　　b.工作转速时的摩擦振动

　　目前，汽轮发电机组的工作转速一般都高于各转子一阶临界转速，而低于二阶临界转速，工作转速下二阶不平衡与其引起的振动之间的滞后角仍小于90°，如果摩擦发生在对二阶不平衡比较敏感的区段，如转轴的端部，激起了比较大的二阶不平衡分量，那么仍可能发生比较严重的摩擦振动。

　　如果摩擦引起的热弯曲与原不平衡反相，则振动呈减小趋势，一段时间后摩擦消失，动静接触点脱离，径向温差减小，振动恢复原状，此时在原不平衡作用下又会发生摩擦，如此反复，汽封显得相对比较“耐磨”，振幅发生时间长、波动幅度大，

　　由此可见，在机组转速低于一阶临界转速时发生振动，采用降速暖机以期减小机组振动的方法是不对的，正确的做法是立即打闸停机，连续盘车至转子完全恢复原始弯曲值时重新启机。

　　总之，只要我们付出100％的努力，接触式汽封的改造风险是可以避免的。

　　5 改造后机组的运行情况

　　2005年10月4日8：50分，＃8机开始冲转，现场听音检查发现高压后、中压后轴封处有金属磨擦的声音，中压后轴封处的磨擦声较高压后后轴封处大，升速过临界过程中轴振变化平稳，动静磨擦未引发大的轴系振动，到3000r/min定速后，＃2轴振X方向最大达0.08mm，其余轴振均小于0.05mm。机组并网带负荷后＃2轴振不稳定，随工况变化而上下波动，最大达0.095 mm。到目前为止，轴系振动共发生了三次大的波动，从10月9日上午最后一次波动后，振动已趋于稳定，＃2轴振X方向最大达0.09mm，其余轴振均小于0.05mm。

　　从其它指标上看，高中压缸绝胀、胀差、低压缸胀差、推力瓦温度与改造前相比差别不大。相似工况下，高压内缸内外壁温差较改造前低8～10℃，一段抽汽温度较改造前低4～5℃，证明改造后轴封漏汽较以前小，汽封改造后经济性方面的定量指标待做热力试验确定。