采用先进汽封技术提升汽轮机性能西安热工院课件.ppt

TPRI采用先进汽封技术采用先进汽封技术提升汽轮机性能提升汽轮机性能主讲人主讲人:宁哲宁哲西安热工研究院有限公司西安热工研究院有限公司20192019年年1 1月月TPRI主要内容主要内容1.1.1.1.汽封对机组经济性的影响汽封对机组经济性的影响汽封对机组经济性的影响汽封对机组经济性的影响2.2.2.2.各种型式汽封的特点及应用分析各种型式汽封的特点及应用分析各种型式汽封的特点及应用分析各种型式汽封的特点及应用分析3.3.3.3.汽封改造汽封改造汽封改造汽封改造方案及方案及方案及方案及效益预估效益预估效益预估效益预估4.4.4.4.汽封改造效果评价汽封改造效果评价汽封改造效果评价汽封改造效果评价5.5.5.5.结束语结束语结束语结束语TPRI1.1.汽封对机组经济性的影响汽封对机组经济性的影响汽轮机通流部分设计、制造技汽轮机通流部分设计、制造技术日臻完善术日臻完善漏汽损失已成为制约汽轮机效漏汽损失已成为制约汽轮机效率提高的主要因素率提高的主要因素 TPRI高、中压缸功率和热耗率损失高、中压缸功率和热耗率损失高、中压缸功率和热耗率损失高、中压缸功率和热耗率损失TPRI汽轮机性能恶化的主要原因汽轮机性能恶化的主要原因汽轮机性能恶化的主要原因汽轮机性能恶化的主要原因 对于大型汽轮机，在可确认的效率损失中，40%是由于汽封间隙过大所引起的。

TPRI汽封性能的优劣，不仅影响机组的经济性，汽封性能的优劣，不仅影响机组的经济性，而且影响机组可靠性而且影响机组可靠性 汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低 汽封泄漏对流体主流的干扰，引起主流流场的变化汽封泄漏对流体主流的干扰，引起主流流场的变化汽封泄漏对流体主流的干扰，引起主流流场的变化汽封泄漏对流体主流的干扰，引起主流流场的变化 轴封的蒸汽泄漏除了浪费大量高品质蒸汽外，外漏蒸汽轴封的蒸汽泄漏除了浪费大量高品质蒸汽外，外漏蒸汽轴封的蒸汽泄漏除了浪费大量高品质蒸汽外，外漏蒸汽轴封的蒸汽泄漏除了浪费大量高品质蒸汽外，外漏蒸汽进入轴承箱还会使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量进入轴承箱还会使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量进入轴承箱还会使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量进入轴承箱还会使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量变差，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振变差，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振变差，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振变差，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振动甚至烧轴瓦停机。

油中进水还可能造成调节部件锈蚀动甚至烧轴瓦停机油中进水还可能造成调节部件锈蚀动甚至烧轴瓦停机油中进水还可能造成调节部件锈蚀动甚至烧轴瓦停机油中进水还可能造成调节部件锈蚀卡涩，危及机组安全卡涩，危及机组安全卡涩，危及机组安全卡涩，危及机组安全TPRI为了减少漏汽损失，提高机组安全性为了减少漏汽损失，提高机组安全性和经济性，国内外有关部门对传统汽和经济性，国内外有关部门对传统汽封进行了各种现代化改造，已陆续出封进行了各种现代化改造，已陆续出现了许多新型汽封现了许多新型汽封新机组在设计及制造中直接采用新新型汽封新机组在设计及制造中直接采用新新型汽封新机组在设计及制造中直接采用新新型汽封新机组在设计及制造中直接采用新新型汽封 对老机组进行汽封现代化改造对老机组进行汽封现代化改造对老机组进行汽封现代化改造对老机组进行汽封现代化改造TPRI2.2.各种型式汽封的特点及应用分析各种型式汽封的特点及应用分析 2.1 2.1传统曲径汽封（梳齿汽封）传统曲径汽封（梳齿汽封）传统曲径汽封 TPRI利用许多依次排列的汽封齿与轴之间较小的间隙，形成一个个的小汽室，使高压蒸汽在这些汽室中压力压力逐级降低，来达到减少蒸汽泄漏的目的 曲径汽封一般每圈汽封环分成68块，每个汽封块的背部装有平板弹簧片，弹簧片将汽封块压向汽轮机转子，使得汽封齿与转子轴向间隙保持较小值，在运行中汽封间隙不可调整。

TPRI(1)(1)汽轮机在起停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，若汽封径汽轮机在起停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，若汽封径向安装间隙较小，向安装间隙较小，汽封齿很容易磨损汽封齿很容易磨损；(2)(2)由于轴封漏汽量较大（尤其在汽封齿被磨损后），蒸汽对轴的加由于轴封漏汽量较大（尤其在汽封齿被磨损后），蒸汽对轴的加热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成漏汽量增加，凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成漏汽量增加，密封效果得不到保证密封效果得不到保证；(3)(3)汽封齿与轴发生碰磨时，瞬间产生大量热量，造成轴局部过热，汽封齿与轴发生碰磨时，瞬间产生大量热量，造成轴局部过热，甚至可能导致甚至可能导致大轴弯曲大轴弯曲所以在机组检修时，电厂只能把汽所以在机组检修时，电厂只能把汽封径向间隙调大，以封径向间隙调大，以牺牲经济性牺牲经济性为代价来确保机组的安全性；为代价来确保机组的安全性；(4)(4)曲径汽封环形腔室的不均匀性，是产生曲径汽封环形腔室的不均匀性，是产生汽流激振汽流激振的重要原因，的重要原因，而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组的安全运行组的安全运行 (5)(5)弹簧弹性不好，或出现断裂，造成漏汽量增加弹簧弹性不好，或出现断裂，造成漏汽量增加(6)(6)汽封的磨损是永久性的汽封的磨损是永久性的曲径汽封的主要缺点：TPRI 动画演示动画演示TPRI 迷宫齿（梳齿）磨损迷宫齿（梳齿）磨损TPRIu“揭缸提效”，调整汽封间隙u遵循“安装间隙压下限”u不能一味地强调减小汽封间隙u应考虑运行水平、机组振动情况等因素来合理的选择汽封安装间隙。

建议：建议：传统曲径汽封依然是应用最为广泛的汽封，如果在运行过程中，通过提高管理、检修和运行水平，进行合理的维护工作，传统曲径汽封也能保证较好的密封效果应用：应用：TPRI 侧齿汽封是与传统迷宫汽封最接近的一种新型汽封2.2侧齿汽封侧齿汽封侧齿汽封结构图 TPRI光滑腔内增加侧齿和底齿侧齿汽封侧齿汽封TPRI1616基本原理降低透气效应提高摩阻效应、热力学效应、流束收缩效应 普通梳齿汽封侧齿迷宫汽封.2.2侧齿汽封侧齿汽封TPRI1717“梳齿汽封：由于汽封齿之间空腔内形成的漩涡流动，将泄漏射流动能转化为热能，起到了常规密封作用高低齿汽封子午平面速度矢量图 漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡侧齿汽封子午平面速度矢量图“由于侧齿的分割作用，涡流区耗散强度增加，汽封腔室中的湍流特性变得更加复杂，在侧齿周围形成几个漩涡TPRI1818梳齿汽封的流场图 侧齿汽封的流场图 TPRI1919 综上，由于侧齿的存在，相当于把单一汽封腔室分割成多份，在汽封腔室内形成更多的大小漩涡，相应的热力学效应和摩阻效应大大增加，汽体涡流的动能转化为热能更为强化据有关单位测试：“侧齿汽封的漏气量明显低于高低齿汽封的漏气量。

侧齿汽封漏气量为高低齿汽封的71.61%”TPRI侧齿汽封的特点侧齿汽封的特点与传统汽封最为接近，安全可靠性高与传统汽封最为接近，安全可靠性高侧齿的设置有效的阻止了蒸汽泄漏，大大降侧齿的设置有效的阻止了蒸汽泄漏，大大降低了漏气损失，与高低齿汽封比较可减少漏低了漏气损失，与高低齿汽封比较可减少漏气量气量25%25%以上可以依然采用疏齿汽封的安装调试方式，检可以依然采用疏齿汽封的安装调试方式，检修安装人员无需再经过技术培训修安装人员无需再经过技术培训使用范围较广（隔板、过桥、轴端等）使用范围较广（隔板、过桥、轴端等）要有先进的成型工艺作保障要有先进的成型工艺作保障专利技术、独家生产专利技术、独家生产TPRI安装在机组上的侧齿汽封已成功在国内300MW、600MW等多台机组上应用TPRI 2.3 2.3蜂窝式汽封蜂窝式汽封上世纪90年代初，美国航天科学家在研究航天飞机液体燃料蜗轮泵的密封问题时，试验发现蜂窝状的汽封可产生很好的密封效果,于是蜂窝式汽封便开始在航天飞机、飞机发动机及燃气轮机上推广应用根据蜂窝状阻汽原理设计蜂窝式汽封组件包括汽封环、蜂窝带、调整块和调整垫片等部件TPRI 蜂窝汽封局部图 TPRI增加了密封的当量齿数，减少了泄漏量；蜂窝的吐纳作用阻滞流体泄漏，从而使泄露量减少；蜂窝状结构具有良好能量耗散功能，可形成阻碍沿轴向流动的工质泄漏的有效屏障。

蜂窝式汽封密封机理TPRI蜂窝式汽封特点蜂窝式汽封特点(1)(1)蜂窝带由合金制成，耐高温、质地较软，与转子碰磨时，蜂窝带由合金制成，耐高温、质地较软，与转子碰磨时，对转子伤害对转子伤害较轻；较轻；(2)(2)蜂窝带钎焊在曲径式汽封相邻高齿中间部位，尺寸较宽，轴上凸台始终对蜂窝带钎焊在曲径式汽封相邻高齿中间部位，尺寸较宽，轴上凸台始终对着蜂窝带，着蜂窝带，能保持良好的密封间隙能保持良好的密封间隙；(3)(3)蜂窝式汽封的安装间隙可取原标准间隙的下限，蜂窝式汽封的安装间隙可取原标准间隙的下限，密封间隙较小密封间隙较小，此外，此外蜂窝结构相对于曲径汽封的环形腔室可大大降低泄露蒸汽的流速，使涡流阻蜂窝结构相对于曲径汽封的环形腔室可大大降低泄露蒸汽的流速，使涡流阻尼作用增强，进入蜂窝孔的蒸汽充满蜂窝孔后反流出，对迎面泄漏来的蒸汽尼作用增强，进入蜂窝孔的蒸汽充满蜂窝孔后反流出，对迎面泄漏来的蒸汽产生阻滞作用，因此产生阻滞作用，因此密封效果较好密封效果较好，试验表明，在相同汽封间隙和压差，试验表明，在相同汽封间隙和压差的条件下，蜂窝式汽封比曲径汽封平均减小泄漏损失约的条件下，蜂窝式汽封比曲径汽封平均减小泄漏损失约30%30%50%50%；(4)(4)每个蜂窝带都每个蜂窝带都可收集水可收集水，并通过背部的环形槽将水疏出，提高湿蒸汽，并通过背部的环形槽将水疏出，提高湿蒸汽区叶片通道上的去湿能力，减少末几级动叶的水蚀，其缺点是易于结垢；区叶片通道上的去湿能力，减少末几级动叶的水蚀，其缺点是易于结垢；(5)(5)蒸汽充满蜂窝孔后反流出，在轴的汽封套表面形成一层汽垫，增强了轴的蒸汽充满蜂窝孔后反流出，在轴的汽封套表面形成一层汽垫，增强了轴的振动阻尼，削弱轴的振动阻尼，削弱轴的振动振动，阻碍了汽流激振的形成阻碍了汽流激振的形成。

TPRI蜂窝迷宫汽封 TPRI采用蜂窝汽封改造后的隔板汽封和叶顶汽封 TPRI采用蜂窝汽封改造后的低压轴封 TPRI蜂窝式汽封蜂窝式汽封的二种现象分析的二种现象分析 目前蜂窝式汽封在推广应用过程中存在着二种现象应当引起重视：u其一：国内经销蜂窝式汽封的公司过多过杂，其产品质量良国内经销蜂窝式汽封的公司过多过杂，其产品质量良莠不齐，导致汽封改造效果难以保证莠不齐，导致汽封改造效果难以保证拥有自主知识产权、掌握精湛设计技术、具备先进制造手段、有强大的持续改进能力、有完善的质量保证体系、取得突出的改造业绩、信誉良好的公司应该作为首选u其二：在有些汽封改造项目中把单台机组上所有的轴封和隔在有些汽封改造项目中把单台机组上所有的轴封和隔板汽封全改为蜂窝式汽封，这种改造未必能达到满意的效果板汽封全改为蜂窝式汽封，这种改造未必能达到满意的效果在某些部位(例如：高中压缸之间的过桥汽封)换成其它形式的先进汽封(例如：自调整汽封)，可能会收到更好的效果TPRI 2.4 2.4自调整汽封自调整汽封自调整汽封TPRI自调整汽封是在1987年由美国 GE公司雇员Ron Brandon提出并完成设计制造，并取得了ABE专利 将螺旋弹簧安装在两个相邻汽封块的垂直断面，并在汽封块上加工出蒸汽槽，以便在汽封块背部通入蒸汽，汽封齿仍采用传统的梳齿式。

TPRI在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开，使径向间隙达的弹力作用下张开，使径向。