姜文斌　牟海燕

【摘 要】我公司汽輪機存在汽耗率較高的現(xiàn)象，通過測試發(fā)現(xiàn)汽輪機軸封漏汽現(xiàn)象較為嚴重。導致機組汽耗量增加、效率降低，并且軸封泄漏的蒸汽能沿軸向進入汽輪機前后軸承室內，導致汽輪機潤滑油內含水，造成油質惡化。通過此次對蜂窩汽封的研究應用，使汽輪機軸封密封性能和壽命得到了大幅提高，有效提高了機組的效率；增加機組運行安全性的同時又可達到節(jié)能降耗的目的。

【關鍵詞】汽輪機；汽封；蜂窩；節(jié)能

0.項目簡介

我公司汽輪機存在汽耗率較高的現(xiàn)象，通過測試發(fā)現(xiàn)汽輪機軸封漏汽現(xiàn)象較為嚴重。導致機組汽耗量增加、效率降低，并且軸封泄漏的蒸汽能沿軸向進入汽輪機前后軸承室內，導致汽輪機潤滑油內含水，造成油質惡化。汽輪機是在高速下旋轉設備，而轉動部分和靜止部分之間必須有一定的間隙，以防磨擦造成設備損壞，因此除了絕大部分從導葉、動葉的通道中流過做功外，一小部分會從各種間隙中流過而不做功，成為一種損失，降低了機組的效率。為減少蒸汽由這些間隙漏出，于是裝設了汽封裝置。一般高參數大容量機組的汽封多為迷宮式的。我公司汽輪機的汽封在此前全部使用傳統(tǒng)的梳齒汽封，由于汽輪機轉子中心的運行軌跡是橢圓形軌跡。在汽機啟、停機過程中，當轉子達到臨界轉速時，轉子的振動最大。在轉子中心軌跡長軸方向上，轉子勢必要接觸汽封的密封齒。當汽輪機高速旋轉的轉子和汽封齒接觸時，一方面汽封齒迅速被磨掉，密封間隙得不到保障。另一方面，即便汽封齒做的很薄，如果和軸接觸時間較長，也同樣發(fā)生汽輪機轉子被磨損的現(xiàn)象，使得轉子局部瞬間發(fā)熱造成大軸彎曲，安全性很差。鑒于以上原因，在安裝汽封時，一般把汽封間隙作的很大，以犧牲經濟效益為代價來獲得機組的安全，使漏汽量增大，從而可能導致下述嚴重后果：

（1）機組運行過程中，蒸汽漏入潤滑油內，破壞油質，甚至造成油質乳化， 威脅機組安全運行。

（2）漏汽量增大，汽流激振，蒸汽振蕩造成機組振動，直接威脅機組安全運行。

（3）級間漏汽量增大，汽機級效率降低，導致各缸內效率降低，因而引起汽耗和煤耗增加。

（4）高、低壓軸端汽封密封不嚴，引起真空降低，汽機效率下降，煤耗增大。

（5）梳齒式汽封易磨損，使用壽命短，在機組每次大修時必須進行更換，且檢修工藝繁瑣，耗費人力物力。

蜂窩汽封最早應用于航天領域，適用于高溫、高壓差的密封。近年逐漸應用于各種機械中的油、蒸汽等帶壓介質的密封，在同樣的壓力和間隙條件下，蜂窩式密封與傳統(tǒng)梳齒式汽封相比，泄漏量將減少70%左右；同時減少軸封的供汽量，使更多的蒸汽作有用功；另外，換可有效解決油中進水問題。從而達到降能節(jié)耗的效果。

1.蜂窩式汽封的密封原理

1.1汽旋效應

由于軸系的高速旋轉，使汽流形成螺旋方式向前流動，當汽流經過蜂窩帶時，被分解的汽流在風格的微小空間形成汽旋，這些汽旋在軸與蜂窩帶之間形成很多道汽簾，同時在蜂窩帶頂部與軸頸表面之間的汽體在高速旋轉下形成一層汽膜，在徑向和軸向上產生強烈的阻尼作用，防止了蒸汽的泄漏。

1.2阻透效應

梳齒汽封由于產生的雙向阻尼作用較小，導致汽流越過各齒頂流向低壓側，產生泄漏。而蜂窩汽封由于雙向阻尼作用較大，而且蜂窩帶受熱面加大，使汽流動能充分向熱能轉換，有效減少透氣效應帶來的泄漏。

1.3熱力學效應

由于高效的阻透效應使蒸汽的動能充分轉換成熱能，減小了蒸汽的動能，同時特殊的蜂窩網格結構也減少了汽體流動時的動能，因此蜂窩汽封可大大降低蒸汽的泄漏量。

1.4密封比面

梳齒汽封均為線形密封，而蜂窩汽封為面密封，增加了密封比面，有效的提高了密封效果，同時由于其結構特殊，機組在啟停過程中通過臨界轉速時，，有效的保護轉子不受磨損，延長了設備使用壽命。

2.蜂窩汽封的優(yōu)點

密封效果較高：從蜂窩汽封的密封原理以及在我公司的應用來看，密封效果較傳統(tǒng)汽封明顯要高，汽耗率明顯較使用傳統(tǒng)汽封時降低；使用壽命長：同等使用條件下較傳統(tǒng)汽封的使用壽命約長1倍多，可以使用2～3個大修期，其特殊的結構使彈簧可以充分的發(fā)揮退讓作用，防止了對轉子的損傷，而傳統(tǒng)汽封汽封齒是線形接觸，導致汽封彈簧不能靈敏的退讓，在與轉子接觸時極易磨損，對轉子易造成傷害。

因此在2013年我公司4#機大修期間、5#機大修期間，分別對這兩臺機組軸間汽封進行了改造，安裝使用了蜂窩汽封。改造完成后，通過長時間的運行分析發(fā)現(xiàn)，更換后汽耗量明顯降低，潤滑油內含水現(xiàn)象明顯減少，不僅提高了機組效率，又防止了油質惡化降低材料消耗。

3.經濟性分析

改造成本：兩臺機組改造蜂窩汽封合計價格（含安裝費）約55萬元（1#機25萬元，4#機30萬元）。

經統(tǒng)計，1#機組平均汽耗量降低1.2t/h，4#機組平均汽耗量降低1.1t/h，全年運行時間按6500小時計算，中溫中壓蒸汽參數下焓值查表為3300kj/kg，計算如下：

1#汽輪機：節(jié)約蒸汽熱量為：1.2*1000*3300*6500=25740Gj，折合標煤約878t，標煤價格以600元計算，每年可節(jié)約成本約52.7萬元。2009年去除改造費用25萬元，可節(jié)支27.7萬元。

4#汽輪機：節(jié)約蒸汽熱量為：1.1*1000*3300*6500=23595Gj，折合標煤約804t，標煤價格以600元計算，每年可節(jié)約成本約48.3元。2011年去除改造費用30萬元，可節(jié)支18.3萬元。

另外汽輪機油中不進水，油的使用壽命得到延長，過去每個月兩臺機組需補充#46汽輪機油約340kg，其市場價格為14元/kg，每年可節(jié)省材料費約6萬元。

4.結論

蜂窩接觸式汽封與迷宮汽封相比，其密封性能和壽命有了大幅提高，有效提高了機組的效率；有效的增加了機組的安全性又可節(jié)能降耗。蜂窩接觸式汽封的使用應大力推廣。