2008年4月第33卷第4期润滑与密封LUBR I C A TI ON EN GI N EER I N G Ap r 12008V ol 133No 14收稿日期5联系人陈庆,2q 6@11汽轮机轴封故障分析与治理陈　庆1　康成连2(1.吉林化工学院　吉林吉林132022;2.中油吉林石化股份有限公司染料厂　吉林吉林132021)摘要:根据汽轮机轴封泄漏现象,分析轴封故障产生原因,经过改造密封系统和科学调整间隙,从而改善了轴封效果,使汽轮机更加安全可靠、经济地运行。

关键词:汽轮机;轴封泄漏;改造系统;调整间隙中图分类号:T B42　文献标识码:A 文章编号:0254-0150(2008)4-106-2Tr ouble Ana lysis and Im provem en t of Ax i a l Sea l i n g of Tur b i n eChe n Q i ng 1　Ka ng Che ngli a n2(1.J ilin Institut e of Chem ical Technol ogy,Jilin of J ilin Province 132022,China;2.Petrochina (Jilin)Dye Processing P lant of Pe trochemica l Co .,Ltd .,J ilin of J ilin Province 132021,China)A bstr ac t:I n accordance w ith leakage pheno menon of axial sealing,the reas on of cau sing tr ouble was analyzed .Eff ect ofAxial sealing was i mp r oved by ref or m ing syste m and scientific adju sting clearance,thu s stea m turbine can run more saf e,r eliab ly and ec onom ically .Keyword s :sten m turbine;leakage of axial sealing;ref oming syste m;ad justing clear ance　某公司自备电站汽轮机为背压式B2528183/11078型,最大功率为25M W ,转数3000r/m in,主蒸汽压力(表压)为8183MPa 、温度为535℃,最大进汽量248t /h ,额定排汽量17015t/h,排汽压力(表压)为11078M Pa (0188～1137MPa )。

由于进汽压力大,排汽压力(表压)为11078MPa,所以对轴封漏汽要求非常严格。

汽轮机是该电站的主要设备,在安装过程中经过一段时间试运行,可调试轴端汽封(轴封)漏气非常严重,从而导致该机组不能正常运行。

本文作者分析了轴封泄漏原因,经过汽封结构改造、科学合理调整汽封间隙后,密封效果良好,符合密封要求,保证了汽轮机的运行效率和安全生产。

1　汽封基本结构汽轮机的前后轴封均为高低齿梳齿迷宫密封,结构如图1所示。

前汽封(高压汽封)由三级汽封套15个汽封环组成,后汽封(低压汽封)由三级汽封套12个汽封环组成,汽封间隙技术标准(0125～0135mm,)是根据轴的直径,考虑热膨胀效应和轴的漂移效应,在计算基础上确定的,每一汽封套后都有一级轴封抽汽,其作用是排走沿轴向漏出的蒸汽,使之不漏到外部。

一般工业用迷宫密封的冷态(室温状态)最小间隙C (mm )按下式计算:C =C ed1000+0125式中:d 为轴直径,mm;C e为考虑热膨胀和轴径向位移的系数,对于蒸汽和气体透平,C e=0185(铁素体钢)或者C e=113(奥氏体钢)。

计算迷宫密封的泄漏率时,必须确定迷宫密封的热态间隙,即在工作状态下的径向C 。

图1　轴封基本结构示意图Fig 1　The struc t u re o f ax i a l s ealing2　汽封失效原因分析泄漏的根本原因是由于汽封不严,轴封系统排汽不畅,轴封排汽系统原设计不符合实际要求,所以泄漏严重。

211　轴封间隙问题(1)人为把间隙调大,担心间隙小在启动或停车中易摩擦引起振动、磨损和轴弯曲;(2)汽封封间隙调整、测量方法不当,实际间隙比测量得到的间隙数据偏大;(3)汽封材料或结构有问题,机组运行一段时间后,发生汽封片倒伏;()轴瓦磨损,轴偏移而产生振动较大,造成:2007-12-0:E mail :c 1941001t o m co m 4轴封间隙因磨损严重。

212　轴封系统设计不合理轴封系统是否合理以及能否在任何工况下稳定运行,对轴封漏汽的影响很大。

尽管轴封间隙调得很小,可漏汽的情况仍然存在,除振动、温度变化、偏心等因素造成汽封齿磨损,间隙增大外,往往是由于轴封系统的问题所致。

本机轴封系统存在以下主要问题:(1)轴封排汽不畅,蒸汽从轴端漏出。

其原因是轴封管路通流截面不够,轴封套上的泄气口狭窄,以及泄气背压高等。

(2)轴封系统配置不合理。

高、低压轴封系统在同一母管上,系统和管径配置有问题,造成高压侧泄漏汽。

(3)轴冷却器的面积不足,凝结水排泄管路通流面积不够,排泄不畅。

3　改进措施311　调整轴封间隙(1)严格执行所给定的技术要求,科学合理地进行调整。

轴封的间隙调整沿转子轴向分布的规律应是外侧小里侧大。

因为轴封外侧距轴支点(轴承)很近,转子、汽缸垂弧、冷热态变化对轴封间隙影响小。

转子过临界转数时晃度小,不易发生摩擦。

即使发生摩擦,也不会发生因晃度造成轴弯曲故障。

并且这个部位间隙调得小些,对避免轴封泄漏起关键作用;对于轴封里侧的情况恰恰相反,正是轴易弯曲的部位,因此,间隙调整应适当放大。

即使有些漏汽,也只能漏到汽缸夹层和轴封泄汽管中,而不会漏到轴封外面,转子的安全得到了保证。

当然并不是这部分间隙越大约好,太大了也会影响机组效率,使泄汽室压力升高而引起轴封泄漏。

因此间隙大小只是相对而言。

(2)轴封间隙沿四周分布从小至大的次序应该是:顺时针旋转的转子为右侧、左侧、上侧、下侧。

轴封间隙受机组负荷、冷热态变化影响较小,间隙变化最小。

考虑转子的转动左右偏心,把轴心偏向的一侧适当调大些即可。

轴封上侧间隙的影响因素较多,如:轴下沉、汽缸支撑中心抬高、转子垂弧以及汽缸垂弧发生变化,都有可能使上部汽封摩擦,因此,上部的间隙应稍大些。

轴封下侧间隙应该是最小的。

因为下部间隙冷热态变化影响因素除了和上部相同部分外,还要考虑轴瓦磨损对下部间隙的影响。

对于本机采用的梳齿式汽封,一般要求间隙在15～13之间。

(3)轴封间隙的调整力求准确,要充分考虑各种因素的影响。

对于轴封间隙的测量采用贴橡皮膏和塞尺的测量方法。

但要正确判断间隙值,最好是2组以上测量数据,确保准确无误。

(4)汽缸中心定位可靠、牢固,避免轴瓦磨损的条件良好,以及机组振动小都是轴封间隙保持较小值的条件。

(5)采用新技术对前后轴封最外端的轴封进行改造。

采用了高强度耐磨材料制成的接触式密封环,这也是目前最先进的轴封密封技术。

312　轴封系统改造(1)轴封系统管路需有足够的通流面积,高压侧的泄气管路直径要确保满负荷工况下泄气通畅。

其余泄汽管道一定要有足够的通流能力。

为此,将轴封漏汽至门杆漏汽的通流管路直径由原来的<108mm×4mm改为<159mm×415mm。

(2)对轴封配置不合理进行必要的技术改造,使原有的轴封排汽系统压力降低,排汽更加通畅。

改造前后系统如图2所示,图中粗线为改造后的系统图线。

图2　改造后的轴封系统Fi g2　The axial seali ng s yst em after i mp rovemen t4　结束语通过科学、合理地调整汽封间隙,对轴封系统进行技术改造,并采用新型的汽封装置,从而使轴封效果得到改善,基本解决了该汽轮机轴端密封问题,保证了安全、稳定运行。

因各种因素的影响,上述传统的汽封结构难免在运行过程中,特别是开停车阶段密封齿严重磨损而产生泄漏,尽管标准规定在1N径向推力下,疏齿可以收缩,但高速旋转产生的磨损严重。

因此在条件允许的情况下,采用新型可调式汽(下转第5页)7012008年第4期陈　庆等:汽轮机轴封故障分析与治理020mm14711低了冷却液对静环法兰盘口环的冲蚀破坏。

调整后急冷流道进水口与出水口由原来的垂直方向布置变成了水平方向布置,由于现场没有使用急冷系统,所以这样调整后不会对机械密封产生影响。

图10　改造后冲洗液进口断面图(2)由于机械密封工作环境温度不高,输油管内成品油温度保持在19℃左右,可以考虑增加一道限流孔板,降低冲洗液流量。

有资料显示,通过2个限流孔板的流量约等于一个限流孔板流量的70%。

限流孔板材料选高强度不锈钢板,钢板厚度宜取3～5mm 。

每半年对限流孔板检查一次,发现有损坏现象,立即更换。

(3)加工一个不锈钢挡环(如图10所示),安装在静环密封圈沟槽外挡圈和静环之间(现场测量静环密封圈沟槽外挡圈和静环之间的轴向间隙为15mm ),阻止冲洗液对静环密封圈沟槽外挡圈和静环O 形密封圈的冲蚀。

5　改进原机械密封设计受原机械密封的结构限制,对其进行的技术改造是有限的。

为了更有效地防止自冲洗液对机械密封的冲蚀损坏,根据机械密封现场使用情况提出如下设计改进设想:(1)改变静环法兰盘口环导流孔的布置,按如图10所示的布置方式重新进行设计。

可以考虑增加导流孔的数量。

(2)根据输油泵进出口压力差值大小,在冲洗管上串联安装2～3道限流孔板,降低冲洗液进入密封腔的流量和流速,选高强度不锈钢板制作限流孔板,钢板厚度宜取3～5mm 。

(3)通过调整其它尺寸,适当增加静环法兰盘口环凹槽钢圈的厚度,提高其强度,增强抗冲蚀能力。

(4)将静环密封圈沟槽外挡圈的断面结构改成如图10所示的结构,提高静环密封圈沟槽外挡圈的机械强度,防止冲洗液对静环密封圈沟槽外挡圈和静环O 形密封圈的冲蚀。

6　结束语机械密封最常见的故障是端面密封失效,辅助系统较少出现故障,因而对端面密封失效分析讨论得较多,对辅助系统讨论得要少一些,因此对此类故障的探讨不多。

本文作者对高压差(冲洗液压力与密封腔内压力之差)下,自冲洗液对机械密封造成冲蚀损伤的原因进行了探讨,并提出了相应的改进措施。

参考文献【1】王汝美.实用机械密封技术问答[M ].2版.北京:中国石化出版社,2004.【2】明赐东.调节阀应用1000问[M ].北京.化学工业出版社,2006.(上接第107页)封结构更为科学合理。

可调式汽封在启动和低负荷时保持较大间隙,此时机组温度场变化剧烈,影响汽封磨损的诸因素变化较大,较大的间隙可以避免磨损,保证机组运行的安全可靠性。