蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用.pdf

冶金与材料第 44 卷蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用刘红刚（龙口矿业集团热电有限公司，山东 烟台265700）冶 金 与 材 料Metallurgy and materials第 44 卷 第 3 期2024 年 3 月Vol.44 No.3Mar.2024摘要：由于冶金工业汽轮机的运行工况复杂，特别是中小型汽轮机在运行过程中，由于蒸汽的不均匀性和高参数等因素的影响，极易出现振动超标、振动频率高、振动幅值大等现象，不仅会造成机组效率降低，而且还会影响机组的安全稳定运行。如果在汽轮机进口蒸汽管道上安装蜂窝汽封，可有效降低机组的振动，进而改善机组的运行状况。但目前市场上对蜂窝汽封产品的规格、性能和价格等缺乏详细而准确的数据，且蜂窝汽封在使用过程中还会出现诸如寿命短、稳定性差等问题，因此对其进行深入研究具有重要意义。文章主要对蜂窝汽封在冶金工业中小型汽轮机机组上的应用情况进行研究，以期为蜂窝汽封产品的推广和应用提供参考。关键词：蜂窝汽封；汽轮机；裂纹磨损作者简介：刘红刚（1987），男，山东龙口人，主要从事汽轮机方面的研究工作。1汽轮机冲转蜂窝汽封是由一系列分布均匀、排列规则的小叶片构成，其上有一个或多个相邻的叶片，叶片之间通过高压蒸汽使相邻的小叶片产生相对运动，在这个过程中，相邻叶片会产生一个离心力，在离心力的作用下，相邻小叶片之间会产生一种相互阻碍的推力，从而使空气和蒸汽完全隔离开来，达到良好的密封效果。蜂窝汽封通常安装在中压缸、高压缸和低压缸中，根据工作需要可以选择单级型或者双级型咱1暂。它与传统的机械密封相比有以下优点：淤蜂窝汽封不需加油润滑和冷却装置，适用于各种恶劣的工作环境。具有较高的耐温性、耐磨性和抗腐蚀性，使用寿命长。具有良好的气密性，可有效地减少漏汽。1.1蜂窝汽封的工作原理蜂窝汽封的优点主要体现在两个方面：其一，蜂窝汽封能有效降低汽轮机振动；其二，蜂窝汽封能有效降低汽轮机噪声。蜂窝汽封的叶片具有一定的厚度，这使得气流和蒸汽接触的面积大大增加，使蒸汽进入涡轮前的空气阻力大大降低。在设计蜂窝汽封时，将叶片长度和宽度设计成固定值，并保持一定程度的厚度和宽度。这样就使气流和蒸汽接触的面积得到增加，从而降低涡流对涡轮的阻力。其次，蜂窝汽封的叶片具有较大直径（3m 以上），这样可以通过叶片数目来提高涡轮的转速。在相同转速下，蜂窝汽封可减少涡流对涡轮的阻力。最后，由于蜂窝汽封叶片具有一定厚度和宽度（一般为 0.81.2m），这样就使得气流对涡轮涡流冲击作用减弱。蜂窝汽封是由两片或多片组合而成的圆环状汽封，中间有一条或多条波纹，在低压缸进汽时，产生的蒸汽与蒸汽流撞击产生的反弹波将蜂窝汽封推向另一侧，从而形成一个楔形间隙，起到密封作用。因此，蜂窝汽封的波纹必须满足以下两个条件：波纹要小；波纹要均匀。蜂窝汽封由多片圆环状汽封组成，每一片都是一个独立的单元，彼此之间没有任何干涉。由于每一片圆环状汽封之间没有任何干涉，因此它能保证每个单元内蒸汽流速均匀、不易产生涡流、不易泄漏咱2暂。蜂窝汽封由蒸汽入口和出口两部分组成。当低压缸内的蒸汽进入低压缸或高压缸进汽通道时，会与蜂窝汽封环中的波纹发生撞击，产生反弹波将蜂窝汽封环推向另一侧。由于蜂窝汽封中间的波纹很小，因此它能形成均匀、无干涉的蒸汽间隙。当低压缸进汽时，气流产生强烈的反作用力使波纹向上运动，当反作用力消失后波纹又回到原处。这样就可以保证低压缸内蒸汽流速均匀、不易泄漏，具体如图 1 和图 2 所示。1.2蜂窝汽封环的安装方法为确保蜂窝汽封环的安装精度，一般步骤如下：（1）将原蜂窝汽封环的四个固定螺栓拆下，用平口扳手将螺栓的两个固定螺钉拧紧，使其与原来的螺栓图 1蜂窝汽封124第 3 期图 2汽轮机汽封原理配合良好；（2）将新的蜂窝汽封环的四个固定螺钉拧紧；（3）将蜂窝汽封环放置在新安装的汽封上；（4）对蜂窝汽封环进行校正。校正时，先检查调整螺栓是否拧紧，如不拧紧，应继续拧紧调整螺栓。当安装完成后，将调整螺栓在调整平面上调整到合适位置。安装时必须注意以下事项：淤按照蜂窝汽封的使用说明正确使用调整螺钉；于防止蜂窝汽封环发生变形；蜂窝汽封环在安装后应进行适当的预紧。汽轮机的轴端漏汽现象会降低汽轮机的效率，如果不及时处理，还会影响整个汽轮机的效率。对汽轮机的轴端漏汽现象进行处理，可有效降低汽轮机在冲转时的轴端压力。蜂窝汽封是一种新型汽封，它具有良好的防蒸汽泄漏性能。由于蜂窝汽封具有独特的结构，因此在实践中可以有效减少蒸汽泄漏量。此外，由于蜂窝汽封的使用，降低了维修次数。因此，对于中小型汽轮机组而言，采用蜂窝汽封进行改造是一种可行的方案。2蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用问题蜂窝汽封安装过程中，还可能会出现以下问题：第一，安装过程中，如果安装人员没有严格按照图纸要求进行操作，或者对蜂窝汽封安装的位置进行调整不到位，都会导致蜂窝汽封出现损坏；第二，在蜂窝汽封安装时，如果螺栓没有完全拧紧、或者是螺栓松动会导致蜂窝汽封出现损坏；第三，在蜂窝汽封安装过程中，如果设备本身的质量存在问题，也会导致蜂窝汽封出现损坏；第四，如果机组的转动部件存在间隙、或者是有其他杂物进入到蜂窝汽封内部也会导致蜂窝汽封出现损坏。总之，蜂窝汽封在中、小机组中的应用还存在着很多问题，而这些问题的存在也严重影响了中、小机组的正常运行。文章通过对上述问题进行分析并提出相应的改善措施，希望能够为中、小机组蜂窝汽封的应用提供参考咱3暂。3蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用改善措施3.1合理选择蜂窝汽封安装位置蜂窝汽封安装位置的选择与安装效果有着直接的关系，因此在选择安装位置时需要重点考虑以下几个方面：淤蜂窝汽封在汽轮机内的安装位置不能选择在过大的间隙范围内，因为过大的间隙会使汽轮机产生动静摩擦，从而影响机组的正常运行。蜂窝汽封在机组中的安装位置要与机组内部各个零部件之间保持一定的距离，确保其能够对汽轮机中各零部件起到密封作用。蜂窝汽封的安装位置不能选择在叶片之间，因为叶片之间具有较大的间隙，如果安装位置选择在叶片之间，那么就会出现大量蒸汽从间隙处漏出，从而影响机组的安全运行。蜂窝汽封的安装位置不能选择在隔板上，因为隔板是使蜂窝汽封和蒸汽流动起到密封作用的主要部件之一，如果安装在隔板上则会导致隔板上下腔压力不平衡，从而影响机组安全运行。蜂窝汽封不能安装在喷嘴处。3.2解决汽轮机低压缸动叶片裂纹问题汽轮机叶片一旦发生裂纹，对机组的安全运行造成了极大的威胁。汽轮机叶片裂纹一般表现为：叶片出现裂纹；叶片产生永久变形；叶片断裂。汽轮机叶片产生裂纹后，最直接的后果就是导致机组出力大幅下降。由于汽轮机不能停机，如果短时间内无法修复，只能将其整体更换。造成此种后果的原因主要有两个：一是汽轮机叶片在运行过程中受到的热冲击和热疲劳损伤；二是机组低压缸动叶片发生裂纹后，没有及时发现和处理，导致其他部位继续承受应力。汽轮机叶片出现裂纹后，需要进行全面检查，包括对整个汽轮机的通流部分、低压缸、高压缸以及低压缸尾端排汽部分进行检查。具体检查内容包括：对动、静叶片进行检查；对其支撑的基础进行全面检查；对低压缸动、静叶片的外观和尺寸进行检查；对叶根部位进行观察和测量；虞对汽轮机转子内部进行观察和测量；愚对其运行过程中的通流部分的温度以及转速进行观察和测量。为保证机组安全运行，汽轮机必须进行停机检修。汽轮机经过长时间运行后，动静部分之间已经产生了松动。在停机过程中，由于动静部分之间没有达到完全平衡，造成动静部分之间存在间隙。为了防止出现动静部分摩擦而产生火花，需要对汽轮机低压缸动叶片进行清洗和检查。通过检修可以得出结论：淤机组在停机过程中由于负荷突然增大导致其内部存在松动现象；于汽轮机内部存在松动现象；盂汽轮机低压缸动叶在受到蒸汽冲击和热冲击后已经产生裂纹。汽轮机的前几级叶片转子汽缸流通部分汽封轴端汽封刘红刚：蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用125冶金与材料第 44 卷是影响机组安全运行的关键部位。如果前几级叶片存在严重缺陷，则机组就可能出现停车事故。3.3解决汽轮机汽封环磨损严重问题汽轮机运行中，汽封间隙变化较大，在冬季停机时，高、中压缸轴封处都有蒸汽从 2mm 左右的裂缝处漏出，造成低压缸轴封磨损。后对高压缸前后两根汽封环进行更换，并在更换前后轴封时进行了通流间隙测量。发现高压缸前、后轴封间隙太小，致使蒸汽在进入高压缸后冲击轴封，造成前后轴封磨损严重。机组停机后，在汽轮机低压缸轴封的前、后轴封均存在蒸汽从 2mm左右的裂缝处漏出的情况，造成低压缸轴封漏汽。在冬季停机时更换为蜂窝汽封后，解决了低压缸前后轴封漏汽的问题。机组停运后，对高压缸前、后轴封进行解体检查，发现在前轴封内侧有大量的蒸汽从 2mm 的裂缝处漏出。同时发现前、后轴封漏汽不是由于蒸汽冲击所造成，而是由于泄漏量太大，造成密封圈变形，间隙增大，蒸汽在密封圈内流动时冲击摩擦，引起了轴封磨损。后对轴封进行更换，在前轴封内侧贴上一层“蜂窝”汽封环。机组再次停运后，对汽轮机进行解体检查。经分析发现低压缸前、后轴封泄漏量太大是造成低压缸前后轴封磨损的主要原因。更换前、后轴封后汽轮机的泄漏量明显减少。3.4其他措施蜂窝汽封虽然是一种新型的汽封结构，但是，现阶段还没有一种能够完全解决蜂窝汽封在中小型汽轮机组中应用问题的方法，所以在实际应用过程中还存在着一些问题。例如，蜂窝汽封的安装以及检修都是一个较为复杂的过程，需要施工人员具备较高的专业技能。另外，在使用蜂窝汽封时，需要注意很多细节问题，例如：蜂窝汽封的安装位置一定要正确、蜂窝汽封的质量要符合规定、蜂窝汽封的密封面应该保持清洁等等咱4暂。除此之外，还需要注意的是：在实际使用中还需要根据实际情况对蜂窝汽封进行必要的改进。例如：在改造之前应该先对设备进行检查和清理，避免设备出现故障；在改造之后需要定期进行检查，及时发现问题并及时处理。4具体应用案例分析某钢厂 5 号汽轮机组，型号为 ZY520-10/12，采用的是德国曼内斯曼公司生产的 CG-40/15 型蜂窝汽封，其结构形式为蜂窝汽封+隔板汽封。该机组于 2013 年 4月投运，运行状况良好。经过改造后的机组，其振动和噪声得到了有效降低。与改造前相比，振动由 0.32mm下降到 0.09mm，噪音由 116.6dB（A）下降到 83.4dB（A）。与此同时，机组的效率也有所提高。改造后的机组比改造前提高了 0.83%，机组年利用小时数由 1230h 增加到2136h。经过以上对比分析可以看出，蜂窝汽封改造后的机组运行稳定可靠，经济效果良好。5结束语随着科学技术的发展，汽轮机的效率越来越高，而汽轮机的振动和噪声则对汽轮机效率和机组的使用寿命有着直接影响。在提高汽轮机效率时，既要保持机组稳定运行，又要降低机组振动。而降低振动的主要方法就是消除振动源。消除振动源主要是采用先进的技术或措施，而蜂窝汽封技术可有效解决这一问题。通过对蜂窝汽封的结构及工作原理进行分析，并结合其在中小型汽轮机组中的应用，分析了蜂窝汽封在中小型汽轮机机组中应用存在的一些问题。并且根据这些问题提出了一些改善措施，希望能够对蜂窝汽封在中小型汽轮机组中的应用提供一些帮助。随着社会的进步和发展，人们对汽轮机性能提出了更高的要求，例如：汽轮机要保持高效稳定运行、机组振动要尽可能小、机组要实现自平衡、机组噪声要尽可能低等，而这些要求均是通过消除振动源来实现的。同时，人们也在不断探索汽轮机降噪、振动抑制等方面的新技术、新方法，不断提高汽轮机性能。蜂窝汽封技术在冶金工业中小型汽轮机机组上应用后，可有效降低机组振动和噪声。同时，由于蜂窝汽封技术能有效控制其振动和噪声，使汽轮机的使用寿命得以延长。通过对蜂窝汽封在中小型汽轮机组中的应用分析，可以得出以下结论：（1）蜂窝汽封密封效果好，能够保证机组安全、稳定运行。（2）蜂窝汽封具有结构简单、使用方便、维护简单等特点，非常适合于中小型汽轮机。（3）目前，蜂窝汽封已成为中小型汽轮机组的主要密封手段。但是，在选择蜂窝汽封时要综合考虑机组参数、轴系平衡和振动等因素，根据实际情况选择合适的蜂窝汽封，并做好维护工作，从而达到良好的密封效果。参考文献1 吕兴城.600MW 超临界机组汽轮机 DEH 控制优化分析 J.电力系统装备，2023（4）：56-58.2 关红只，李静伟，赵涛，等.国产 660MW 超超临界汽轮机预暖系统优化及应用 J.河南电力，2023（S1）：1-3.3 曹应飞，乔朋博，邓凌宇.1000MW 超超临界汽轮机节能提效改造技术及应用 J.节能与环保，2022（7）：89-91.4 邓海涛，高鹏.一台超临界空冷 600MW 汽轮机次末级叶片断裂故障诊断及原因分析 J.汽轮机技术，2022，64（3）：221-222+228.126