大型汽轮机轴封系统运行中的问题及解决措施
摘要：汽轮机在长期的运行过程中，特别是在启停和快速变负荷的过程中，汽
轮机转子和汽缸都会受到较大的应力和冲击，不可避免地对轴封产生一定的磨损。

另外随着环保要求的日益提高，汽轮发电机组的启停时间被进一步缩短，对汽轮
机产生更大的应力损伤，更加剧了汽轮机轴封的磨损。

再加上电力行业市场化的
不断推进，汽轮发电机组时常需要深度调频、调压、调峰，使汽轮机的应力变化
更加频繁，这些都进一步增加了汽轮机的轴封磨损，进而造成轴封漏汽量增大，
降低机组效率。

本文通过金湾公司600MW汽轮机的运行实例，分析了高、低轴
封漏汽异常的原因及提出了相应的解决措施。

关键词：大型汽轮机；高低压轴封；轴封漏汽
前言
汽轮机在安装过程中，转子和汽缸之间需留有适当的间隙，确保转子和汽缸
之间不相互碰撞。

由于汽缸内与外界大气压力不等，就必然会使缸内蒸汽或缸外
空气沿主轴与汽缸之间径向间隙漏出或漏入，造成工质损失，恶化运行环境，并
加热轴颈或使蒸汽进入轴承室，引起油质恶化，漏入空气又破坏真空，从而增大
抽气负荷，这些将降低机组效率。

为此在转子穿过汽缸两端处都装有汽封，以防
止汽轮机缸内蒸汽或缸外空气漏出或漏入，其安装在转子穿过汽缸的两端处，称
为轴端汽封或简称轴封。

其中，高压轴封用来防止蒸汽漏出汽缸，低压轴封用来
防止空气漏入汽缸。

1 汽轮机轴封系统结构
汽轮机轴封系统主要由高、低压缸轴封、低压轴封减温器、轴封冷却器等部
件组成
1.1 高、低压缸轴封结构
高、低压缸轴封是由许多汽封齿组成的曲径迷宫式汽封，汽封齿和转子上的
汽封槽形成了高低交错排列的很小的运行间隙，可防止汽流直线通过汽封缝隙，
这可以使漏汽量大大减少。

每个轴封有两个腔室：“X”腔室和“Y”腔室，“X”腔室与
轴封供汽管连接，轴封蒸汽通过轴封供汽管到达“X”腔室，“Y”腔室与轴封回汽管
连接，漏汽从“Y”腔室通过轴封回汽管到达轴封冷却器。

轴封冷却器使“Y”腔室中
维持低真空，以防止蒸汽通过此腔室泄漏到汽机房。

1.2 低压轴封减温器
低压轴封减温器的作用是降低进入低压轴封的蒸汽温度，使低压轴封汽温维
持在121度～176度范围内，以防止轴封壳体可能的变形和损坏汽轮机转子。

1.3 轴封冷却器
轴封冷却器主要由壳体、进、出口水室，进、出口管板及管板上的热交换管
组成。

轴封冷却器的作用是维持轴封漏泄系统的压力略低于大气压力，防止从轴
封端逸出蒸汽以及加热凝结水。

运行时，主凝结水进入轴封冷却器进水室，流过
冷却器中的管束，由排水室排出。

轴封的漏泄蒸汽通过进汽口进入冷却器冷凝段，然后它流过管子的外表面被凝结。

所形成的凝结水通过壳体疏水而被排出。

空气
和其他不凝结气体由排风机排至大气。

排风机壳体的疏水任何时都敞开排污，通
过U型管排出冷凝水。

2 汽轮机轴封系统工作原理
在汽轮机起动和低负荷时，所有汽缸中压力都低于大气压力。

轴封蒸汽供到“X”腔室，再通过轴封片一边漏入汽轮机，另一边漏到“Y”腔室，再通过轴封回汽
管进入轴封冷却器。

由于轴封冷却器压力稍低于大气压力，所以空气会从大气通
过外部轴封片漏到“Y”腔室，最后同漏泄蒸汽一同进入轴封冷却器。

随着汽轮机负荷的增加，高中压缸的排汽压力超过“X”腔室的压力时，汽流在
内轴封环发生相反流动，漏汽由高中压缸流向“X”腔室。

随着排汽端压力增加，流量也增加，当达到一定负荷时，泄漏蒸汽从“X”腔室排出，通过轴封母管流至低压轴封。

随着负荷的进一步增加，高中压端轴封漏气压力和流量能够满足低压轴封
的要求，只需要进行适当降温就可以直接供给低压轴封，若还有多余的蒸汽，便
会根据设定的压力，自动排至凝汽器，这样就实现了完全自密封。

3 汽轮机轴封系统运行情况分析
3.1 轴封系统运行中存在的问题
以金湾发电公司#3机2017年1月7号的一次减负荷工况为例来说明汽轮机
轴封系统运行存在的问题。

当时的机组状态：负荷550MW，CCS投入，一次调频投入，给水1600 t/h，
煤量227t/h，A、B凝汽器真空分别为-96.57和-96.17kPa，A、C真空泵运行，轴
封系统处于完全自密封状态，辅汽供轴封母管压力调节阀开度为1.8%。

减负荷过程及出现的问题：1月7号夜班05：00至06：00之间，AGC指令
一直在550MW至558MW之间小幅波动。

06：06分，AGC指令由552MW变为401MW，随着负荷的下降，A凝汽器的真空轻微变好，而B凝汽器的真空却缓慢
变差。

从06：17分开始，B凝汽器的真空明显变差，十分钟内真空最低降至-
95.83kPa，之后真空便立即变好，恢复至-97.62kPa。

另外轴封母管的压力也从26.7kPa最低降至17.0kPa，如下图所示：
3.2轴封系统运行异常的原因分析
第一，B凝汽器真空为什么会下降？理论上，当负荷降低，凝汽器排汽量减少，在真空
泵抽吸能力和循环水流量不变的情况下，凝汽器真空应保持不变或轻微升高。

实际中，负荷
降低时，A凝汽器的真空确实有轻微变好，但B凝汽器的真空却明显变差，而此时轴封母管
的压力也大幅降低。

由此可以推断，正是轴封蒸汽压力下降，造成汽轮机低压缸轴封汽源不足，外界空气从轴端漏入凝汽器，最终导致B凝汽器真空下降（两台小机排汽端的真空未发
生明显变化，故可排除小机轴端漏汽的可能）。

第二，轴封母管压力为什么会下降？#3机在550WM时，轴封系统可以实现完全自密封，此时辅汽供轴封母管调节阀开度基本为0。

当负荷下降，特别是从520WM往下走时，高中
压缸的漏汽远不能满足低压缸轴封蒸汽量的需求，加上辅汽供轴封母管压力调节阀的自动调
节速度跟不上，导致轴封母管压力快速下降。

对比#4机的曲线发现（如下图所示），#4机在同样的降负荷过程中，轴封母管压力波动
较小（最低也有22.0 kPa），分析原因是＃4机高、低压轴封均进行过改造，高压轴封漏汽较小。

轴封系统始终都无法实现完全自密封，辅汽供轴封母管压力调节阀始终有较大开度，所
以轴封母管压力受负荷变化的影响较小。

轴封母管压力相对稳定，凝汽器真空也就不会变差。

3.2 轴封系统的运行措施
通过以上分析，在#3机轴封系统从完全自密封快速过渡到无法自密封的过程中，轴封母
管压力较大下降，汽轮机低压缸轴封供汽不足，外界冷空气由轴封进入汽轮机，可能造成转
子部分金属温度过冷，影响转子使用寿命。

为避免再次出现以上问题，提高机组的安全性和
经济性，金湾公司运行部制定了相应的预防措施。

第一，#3机轴封母管压力低于25.0kPa时，凝汽器真空就会受到影响，所以轴封母管的
压力设定值要大于25.0kPa。

第二，在#3机轴封系统从完全自密封到无法自密封的过渡阶段（临界负荷约在550WM
到520WM之间），适当设高轴封母管压力，以防轴封母管压力过低而使冷空气从轴端进入
汽轮机，影响凝汽器真空。

第三，热工调整#3机辅汽供轴封母管压力调节阀的自动调节速度，使其能在机组负荷下
降时，能迅速开大供汽调节阀，保持轴封母管压力的稳定。

4 结束语
汽轮机轴封是结构非常精密的部件，但其工作环境却十分恶劣——高温、高压、高速旋转，这对汽轮机轴封的设计、制造、安装和运行及维护都提出了很高的要求，任何一个环节
没有达标，都会对轴封系统的运行状态产生不良影响。

另外，在长期的运行过程中，轴封的磨损会导致轴封漏汽量发生变化。

如果高压轴封漏
汽量小，低压轴封需汽量较大，那么该轴封系统不可能实现完全自密封。

相反，如果高压轴
封漏汽量大，低压轴封需汽量较小，那么该轴封系统需要将大量蒸汽排进凝汽器，造成浪费。

所以只有根据现场实际情况，定期对高、低压轴封进行检修或间隙调整，才能使轴封系统达
到最良好的工作状态，最大限度提高机组的安全性和经济性。

参考文献：
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