汽轮机汽封改造前后效果分析

材料的高级金属蜂窝密封改造老式梳齿式隔板汽封。此种汽封是在静子密封环的内表面上由规整的蜂巢菱形状的正六面体的小蜂窝孔状的密封带状物构成，其材料是由厚度仅为0.05~0.10mm的镍基耐温薄板在特殊成型设备上制成的正六面体网格型材，在经过特殊焊接设备焊接而成，根据密封环尺寸制成的蜂窝带在真空钎炉中通过真空钎焊技术焊接在母体密封上，而形成蜂窝式密封。

（二）金属蜂窝代替梳齿迷宫密封之必然

蜂窝汽封主要用蜂窝带、汽封体经特殊加工工艺组成一体。蜂窝汽封带由六边形小蜂窝孔组成，其中六边形蜂窝孔的对边距离为0.8～6mm，蜂窝深度为1.6～6mm。试验结果表明，蜂窝的尺寸对密封的动力特性系数有较大的影响，蜂窝密封产生主阻尼和刚度很大，稳定性更好。梳齿式汽封的密封效果不理想，一般是由过量间隙造成的，而因过量间隙造成的损失占汽轮机总能量损失的50%。采用蜂窝式汽封能有效抑制汽流在密封腔中周向流动，在高压差、小间隙密封时，仍能保证机组的稳定运转，从而降低泄漏损失，提高机组效率。

蜂窝汽封可提高汽轮机的动力性能。蜂窝式密封在结构上是由厚为0.05～0.10mm的海斯特（Hasttelloy-X）高温合金制成正六边形的蜂窝状，以取代梳齿式密封的梳齿，具有耐磨损、不伤轴、寿命长、密封效果好等优点。其密封机理是这种蜂窝状结构能产生很强的涡流和屏障，从而形成很大的阻尼而达到阻止工质泄漏的密封效果。实验表明，蜂窝式密封在最小的材料质量下能保证密封具有最大的强度；允许在高压降下应用且不增加密封的尺寸；简化了汽轮机组安装和修理时的装配工作，比梳齿密封具有更好的转子动力学特性。

蜂窝状密封比梳齿式密封减少泄漏量，节能效果显著，安全经济，是该汽轮机领域的更新换代的技术。提高汽轮机经济性和可靠性的方法之一是减少与工质沿装置旋转零件和静止零件之间各种间隙漏泄有关的损失。

与传统的迷宫密封相比，蜂窝状密封在最小的材料质量下能保证密封具有最大的强度；允许在高压降下应用且不增加密封的尺寸；蜂窝结构的几何形状应该根据能反映这些结构因素和状态参数影响的多因素试验进行优化。近年来，蜂窝式密封技术应用在汽轮机上。30MW、200MW、350 MW核电机组上均采用此项新技术，效果甚佳。

三、金属蜂窝汽封改造方案

（一）轴端汽封具体改造方案

为了降低汽缸轴封漏气，同时降低机组改造成本，将汽缸前后轴封改造为金属蜂窝汽封，汽缸前汽封的改造，有利于增强密封效果，避免高温蒸汽进入轴承箱，防止润滑油乳化.汽缸后汽封的改造，提高机组的真空度,有效阻止外界空气进入汽缸，降低除氧器、凝汽器的负担，降低机组背压和提高发电量。但其汽轮机转子不需改变；原汽封体和退让弹簧保持不变；将原长短齿交错形式的汽封环拆掉，直接换上蜂窝轴端汽封；为了精确测量和调整汽封间隙，将不可调汽封变为上述的径向可调汽封。

（二）叶顶汽封具体改造方案

蜂窝叶顶汽封主要是用在汽轮机末几级动叶片的叶顶汽封，可取得良好的除湿效果和减少对叶片的冲蚀。由于蜂窝叶顶密封的直径较大，需分若干弧段制造，同时需要将隔板体上与末级叶片配合的部位车削出安装蜂窝叶顶汽封的槽，并用螺栓将汽封弧段和缸体连接好，调整径向间隙时可以加垫片，保证密封间隙达到设计值。

（三）隔板汽封具体改造方案

隔板汽封也叫级间汽封，其结构和轴端密封相似，主要用于封住机组的高品质蒸汽。隔板汽封的改造可以有效地增加参与做功的蒸汽品质和数量，是提高机组效率的有效途径，是实现节能减排的首选方案。

该项目经前期论证和准备，于2008年10月9日～10月30日，利用汽轮机停机大修的机会对机组18组轴端梳齿汽封和级间梳齿汽封进行了全面改造，即：蜂窝密封的圈基体材料改造为15CrMoA,蜂窝体材料为Hastelloy X，密封结构为六边形小蜂窝孔部件；安装间隙进行了进一步优化和整间；密封圈基体和蜂窝带之间采用真空钎焊工艺，可耐535℃高温，抗拉强度为35 Mpa。

设备解体后，对汽轮机转子的各部位尺寸、转子的弯曲度进行了全面检测，在各项参数负荷中石化设备标准的前提下，检测、安装定制的新蜂窝气封，经过反复检测调试，在各项性能、技术参数达到工艺指标后，交付生产车间投用。改造后汽轮机气耗率有所下降，润滑油进水量明显减少，满足生产要求。

改造运行后新蜂窝密封可使气流经过此蜂窝体时，有多重迂回和曲折，这样气流经过每一级密封时产生的泄漏量会逐步降低(见图3), 从而达到降低漏气量、实现多发电的目的。

四、改造效果

实施蜂窝汽封改造后，经过一年多运行考验，平均汽耗率由改造前的17.85kg/kW.h降低到改造后的16.25kg/kW.h，即：每发一kW.h电少消耗蒸汽1.60kg；汽轮机背压由改造前的1.01MPa降为0.98MPa，背压小了，进一步说明汽轮机漏汽量减少了。综合分析：机组的汽耗率降低了，少损耗的蒸汽又可以用来多发电。所以此次改造既实现了减少机组的汽耗率，又提高了发电量，同时实现了设备可靠、高负荷运行的目的。

这里仅以改造前后春、秋4个月，机组运行时蒸汽消耗情况作为对比参数，具体数据如表1：

（一）汽耗率

改造前：平均汽耗率是17.85Kg/kW.h

改造后：平均汽耗率为16.25Kg/kW.h

17.85Kg/kW.h - 16.25Kg/kW.h = 1.60kg/kW.h

即：每发一kW.h电，少消耗蒸汽1.60kg。

（二）润滑油含水

改造前：每周脱水3次，一次15kg。

改造后：每周脱水3次，一次2.5kg。

五、经济效益

本汽轮机轴封改造共投资： 42.56万元。

这里以2009年1～10月份汽轮机改造后，实际运行和发电量1601万kW.h作为效益计算依据(该装置2009年8月份停工大修），那么，创经济效益：

1601万kW.h × 1.60kg/kW.h ×130元/t（蒸汽） = 333万元

实创效益（2009年1~10月）：

333万元（创效）- 42.56万元（投资）= 290万元。

六、结 论

精蜡厂3MW背压式汽轮机节能改造效果良好。不仅减小转子气流激振，吸收蒸汽中的水分，保护动叶片免受冲蚀；而且消除了设备隐患，蒸汽消耗量明显减少，发电量提高了。

［参考文献］

［1］王绍艳，袁绍华,等.工业汽轮机技术问答［M］.北京：化学工业出版社.2001

［2］何立东,叶小强,刘锦南.蜂窝密封及其应用的研究［J］.中国机械工程,2005,16 (20).

［3］常成伍,霍如恒.汽轮机本体检修实用技术［M］. 北京:中国电力出版社,2001.