蜂窝汽封在汽轮机上的研究应用

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【摘 要】我公司汽轮机存在汽耗率较高的现象，通过测试发现汽轮机轴封漏汽现象较为严重。导致机组汽耗量增加、效率降低，并且轴封泄漏的蒸汽能沿轴向进入汽轮机前后轴承室内，导致汽轮机油内含水，造成油质恶化。通过此次对蜂窝汽封的研究应用，使汽轮机轴封密封性能和寿命得到了大幅提高，有效提高了机组的效率；增加机组运行安全性的同时又可达到节能降耗的目的。

【关键词】汽轮机；汽封；蜂窝；节能

0.项目简介

我公司汽轮机存在汽耗率较高的现象，通过测试发现汽轮机轴封漏汽现象较为严重。导致机组汽耗量增加、效率降低，并且轴封泄漏的蒸汽能沿轴向进入汽轮机前后轴承室内，导致汽轮机油内含水，造成油质恶化。汽轮机是在高速下旋转设备，而转动部分和静止部分之间必须有一定的间隙，以防磨擦造成设备损坏，因此除了绝大部分从导叶、动叶的通道中流过做功外，一小部分会从各种间隙中流过而不做功，成为一种损失，降低了机组的效率。为减少蒸汽由这些间隙漏出，于是装设了汽封装置。一般高参数大容量机组的汽封多为迷宫式的。我公司汽轮机的汽封在此前全部使用传统的梳齿汽封，由于汽轮机转子中心的运行轨迹是椭圆形轨迹。在汽机启、停机过程中，当转子达到临界转速时，转子的振动最大。在转子中心轨迹长轴方向上，转子势必要接触汽封的密封齿。当汽轮机高速旋转的转子和汽封齿接触时，一方面汽封齿迅速被磨掉，密封间隙得不到保障。另一方面，即便汽封齿做的很薄，如果和轴接触时间较长，也同样发生汽轮机转子被磨损的现象，使得转子局部瞬间发热造成大轴弯曲，安全性很差。鉴于以上原因，在安装汽封时，一般把汽封间隙作的很大，以牺牲经济效益为代价来获得机组的安全，使漏汽量增大，从而可能导致下述严重后果：

（1）机组运行过程中，蒸汽漏入油内，破坏油质，甚至造成油质乳化， 威胁机组安全运行。

（2）漏汽量增大，汽流激振，蒸汽振荡造成机组振动，直接威胁机组安全运行。

（3）级间漏汽量增大，汽机级效率降低，导致各缸内效率降低，因而引起汽耗和煤耗增加。

（4）高、低压轴端汽封密封不严，引起真空降低，汽机效率下降，煤耗增大。

（5）梳齿式汽封易磨损，使用寿命短，在机组每次大修时必须进行更换，且检修工艺繁琐，耗费人力物力。

蜂窝汽封最早应用于航天领域，适用于高温、高压差的密封。近年逐渐应用于各种机械中的油、蒸汽等带压介质的密封，在同样的压力和间隙条件下，蜂窝式密封与传统梳齿式汽封相比，泄漏量将减少70%左右；同时减少轴封的供汽量，使更多的蒸汽作有用功；另外，换可有效解决油中进水问题。从而达到降能节耗的效果。

1.蜂窝式汽封的密封原理

1.1汽旋效应

由于轴系的高速旋转，使汽流形成螺旋方式向前流动，当汽流经过蜂窝带时，被分解的汽流在风格的微小空间形成汽旋，这些汽旋在轴与蜂窝带之间形成很多道汽帘，同时在蜂窝带顶部与轴颈表面之间的汽体在高速旋转下形成一层汽膜，在径向和轴向上产生强烈的阻尼作用，防止了蒸汽的泄漏。

1.2阻透效应

梳齿汽封由于产生的双向阻尼作用较小，导致汽流越过各齿顶流向低压侧，产生泄漏。而蜂窝汽封由于双向阻尼作用较大，而且蜂窝带受热面加大，使汽流动能充分向热能转换，有效减少透气效应带来的泄漏。

1.3热力学效应

由于高效的阻透效应使蒸汽的动能充分转换成热能，减小了蒸汽的动能，同时特殊的蜂窝网格结构也减少了汽体流动时的动能，因此蜂窝汽封可大大降低蒸汽的泄漏量。

1.4密封比面

梳齿汽封均为线形密封，而蜂窝汽封为面密封，增加了密封比面，有效的提高了密封效果，同时由于其结构特殊，机组在启停过程中通过临界转速时，，有效的保护转子不受磨损，延长了设备使用寿命。

2.蜂窝汽封的优点

密封效果较高：从蜂窝汽封的密封原理以及在我公司的应用来看，密封效果较传统汽封明显要高，汽耗率明显较使用传统汽封时降低；使用寿命长：同等使用条件下较传统汽封的使用寿命约长1倍多，可以使用2～3个大修期，其特殊的结构使弹簧可以充分的发挥退让作用，防止了对转子的损伤，而传统汽封汽封齿是线形接触，导致汽封弹簧不能灵敏的退让，在与转子接触时极易磨损，对转子易造成伤害。

因此在2013年我公司4#机大修期间、5#机大修期间，分别对这两台机组轴间汽封进行了改造，安装使用了蜂窝汽封。改造完成后，通过长时间的运行分析发现，更换后汽耗量明显降低，油内含水现象明显减少，不仅提高了机组效率，又防止了油质恶化降低材料消耗。

3.经济性分析

改造成本：两台机组改造蜂窝汽封合计价格（含安装费）约55万元（1#机25万元，4#机30万元）。

经统计，1#机组平均汽耗量降低1.2t/h，4#机组平均汽耗量降低1.1t/h，全年运行时间按6500小时计算，中温中压蒸汽参数下焓值查表为3300kj/kg，计算如下：

1#汽轮机：节约蒸汽热量为：1.2*1000*3300*6500=25740Gj，折合标煤约878t，标煤价格以600元计算，每年可节约成本约52.7万元。2009年去除改造费用25万元，可节支27.7万元。

4#汽轮机：节约蒸汽热量为：1.1*1000*3300*6500=23595Gj，折合标煤约804t，标煤价格以600元计算，每年可节约成本约48.3元。2011年去除改造费用30万元，可节支18.3万元。

另外汽轮机油中不进水，油的使用寿命得到延长，过去每个月两台机组需补充#46汽轮机油约340kg，其市场价格为14元/kg，每年可节省材料费约6万元。

4.结论

蜂窝接触式汽封与迷宫汽封相比，其密封性能和寿命有了大幅提高，有效提高了机组的效率；有效的增加了机组的安全性又可节能降耗。蜂窝接触式汽封的使用应大力推广。