15 MW汽輪機(jī)軸封磨損原因分析及處理

趙軼炫

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司動(dòng)力廠,河北張家口075100）

15 MW汽輪機(jī)軸封磨損原因分析及處理

趙軼炫

（河北鋼鐵集團(tuán)宣鋼公司動(dòng)力廠,河北張家口075100）

介紹了宣鋼公司動(dòng)力廠15 MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸封磨損原因分析及處理，通過檢修及工藝優(yōu)化，解決了困擾汽輪機(jī)軸封磨損問題，為快速恢復(fù)機(jī)組的安全運(yùn)行積累了經(jīng)驗(yàn)。

汽輪機(jī);軸封;磨損;三通閥

1 概述

宣鋼公司15 WM汽輪發(fā)電機(jī)組2010年12月并網(wǎng)發(fā)電，汽輪機(jī)型號(hào)為15-3.43/0.981-13型單抽凝汽式汽輪機(jī)，額定功率15 MW。2011年2月份、2011年6月份在運(yùn)行中接連出現(xiàn)汽輪機(jī)前后軸封、隔板汽封、轉(zhuǎn)子軸套嚴(yán)重磨損現(xiàn)象，蒸汽沿前后軸封大量泄漏，竄入軸承箱內(nèi)，潤滑油脂含水嚴(yán)重超標(biāo)，調(diào)節(jié)、保安系統(tǒng)的滑閥、電磁閥出現(xiàn)銹蝕、卡澀，機(jī)組軸瓦損壞受傷，威脅機(jī)組的安全運(yùn)行。機(jī)組漏汽損失增大，發(fā)電量減少，蒸汽單耗增加。同時(shí)轉(zhuǎn)子軸封套磨損需要汽輪機(jī)揭缸返廠更換，每次檢修工期25天，停產(chǎn)損失發(fā)電量800萬kWh。

2 1 5 MW汽輪機(jī)軸封作用及組成

2.1 汽輪機(jī)軸端汽封的作用

一是防止高中壓汽缸內(nèi)的壓力蒸汽從軸端向大汽中泄漏，造成汽輪機(jī)油中進(jìn)水和環(huán)境污染；二是防止大汽中的空氣從低壓缸的軸端漏入低壓排汽缸中，造成凝汽器真空降低、循環(huán)熱效率減低、抽真空功耗增加。

2.2 15 WM汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)組成

汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)分為軸封供汽系統(tǒng)和軸封回汽系統(tǒng)兩部分。正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)軸端密封供汽為自密封系統(tǒng)，即高中壓缸軸端泄出的壓力蒸汽經(jīng)過減溫后供低壓缸的軸端密封。軸封回汽系統(tǒng)是將高低壓缸軸端的最末端的汽、氣混合物回收至軸封加熱器，回汽中的蒸汽凝結(jié)成水回收至凝汽器，回汽中的空氣經(jīng)抽風(fēng)機(jī)排至大氣，確保汽輪機(jī)軸端無蒸汽漏出，無空氣漏入。

（1）前軸封為梳齒型剛性密封，汽封圈數(shù)量11道。

（2）隔板汽封為梳齒型剛性密封，汽封圈數(shù)量15道。

（3)后軸封為梳齒型剛性密封，汽封圈數(shù)量4道。

(4)軸封供汽由均壓箱提供。

(5)軸封泄汽由汽封加熱器回收。

2.3 15 WM汽輪機(jī)軸封系統(tǒng)工藝流程

（1）前軸封汽啟機(jī)前由外部蒸汽通過均壓箱提供，機(jī)組并網(wǎng)后外部蒸汽停止，由高壓軸封自供，多余蒸汽通過管道進(jìn)入汽封加熱器。

（2）后軸封汽啟機(jī)前由外部蒸汽通過均壓箱提供，機(jī)組并網(wǎng)后由高壓軸封泄汽提供，多余蒸汽通過管道進(jìn)入汽封加熱器。

（3）均壓箱通過管道與前汽封、后汽封及凝汽器、外供蒸汽、抽汽管道相連接，提供軸封供汽的汽源。

（4）汽封加熱汽通過管道與前軸封、后軸封泄汽相連，回收泄汽余熱，加熱凝結(jié)水。

（5）隔板汽封安裝在隔板底部，其作用為減少級(jí)間漏汽損失，提高機(jī)組熱效率。

15 MW汽輪發(fā)電軸封系統(tǒng)圖見圖1。

圖1 15MW汽輪發(fā)電軸封系統(tǒng)圖

3 1 5 MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸封存在的問題

3.1 軸封汽供汽均壓箱壓力無法自動(dòng)調(diào)整。機(jī)組投產(chǎn)后，均壓箱不能根據(jù)運(yùn)行工況及時(shí)對(duì)軸封供汽壓力進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)，均壓箱內(nèi)蒸汽溫度也無法調(diào)整，導(dǎo)致均壓箱蒸汽超壓、超溫。

3.2 均壓箱無清掃雜質(zhì)人孔，混入均壓箱內(nèi)雜質(zhì)無法及時(shí)清除，雜質(zhì)在運(yùn)行中可隨軸封汽進(jìn)入軸封導(dǎo)致軸封磨損。

3.3 后軸封泄汽過大，造成低壓軸封供汽不足，導(dǎo)致空氣混入低壓缸內(nèi)，造成機(jī)組真空下降，機(jī)組效率降低，單耗增加。

3.4 軸端密封汽封圈采用不銹鋼材質(zhì)，機(jī)組在啟機(jī)過臨界轉(zhuǎn)速過程中振動(dòng)增大，汽封圈與轉(zhuǎn)子軸封套產(chǎn)生碰磨，由于汽封圈材質(zhì)較硬，轉(zhuǎn)子軸封套和汽封圈均磨損嚴(yán)重。

3.5 汽缸底部疏水管節(jié)流孔板孔徑較小，導(dǎo)致汽缸底部疏水不暢，隔板汽封受水沖擊磨損。

3.6 軸端密封汽封圈與轉(zhuǎn)子安裝間隙范圍偏小，導(dǎo)致機(jī)組過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，軸封汽封片磨損嚴(yán)重。

4 軸封系統(tǒng)采取解決問題的措施

根據(jù)上述分析問題，逐步進(jìn)行軸封系統(tǒng)工藝系統(tǒng)優(yōu)化及改造：

4.1 均壓箱工藝系統(tǒng)優(yōu)化

4.1.1 均壓箱系統(tǒng)運(yùn)行分析

15 WM汽輪機(jī)均壓箱作用是機(jī)組啟機(jī)及運(yùn)行中供前軸封蒸汽及泄漏蒸汽通過其對(duì)機(jī)組后軸封提供蒸汽進(jìn)行密封。根據(jù)連續(xù)發(fā)生的前、后軸封磨損事故運(yùn)行前后參數(shù)分析，均壓箱蒸汽壓力過高，日常運(yùn)行中最高達(dá)到0.1 MPa。為此，通過在均壓箱增設(shè)自動(dòng)控制三通閥門，調(diào)整前、后汽封壓力，使均壓箱保持2.94~29.4 kPa的壓力。當(dāng)均壓箱內(nèi)壓力低于2.94 kPa時(shí)，與二級(jí)抽汽相連的調(diào)節(jié)閥閥口開度增大向均壓箱內(nèi)補(bǔ)汽，同時(shí)與凝汽器相連調(diào)節(jié)閥閥口關(guān)小。當(dāng)均壓箱內(nèi)壓力升高大于29.4 kPa時(shí)，調(diào)節(jié)閥與凝汽器相連閥口開大排汽降低壓力，同時(shí)與二級(jí)抽汽相連的調(diào)節(jié)閥閥口開度減小，減少向均壓箱內(nèi)補(bǔ)汽。

4.1.2 通過微機(jī)編程，采用程序控制均壓箱三通閥工作，通過程序的全自動(dòng)控制，均壓箱實(shí)際運(yùn)行壓力得到逐步穩(wěn)定，運(yùn)行壓力達(dá)到額定壓力29 kPa下運(yùn)行。程序邏輯原理圖如下2所示：

圖2 微機(jī)自動(dòng)控制均壓箱三通閥工作原理圖

4.1.3 均壓箱增加降溫補(bǔ)汽

均壓箱運(yùn)行中，箱內(nèi)蒸汽溫度可達(dá)到200益以上，造成軸封片過熱產(chǎn)生金屬變形。為此在均壓箱增加外供蒸汽調(diào)節(jié)管路及調(diào)節(jié)閥門，當(dāng)均壓箱內(nèi)蒸汽溫度較高時(shí)，可由低溫蒸汽進(jìn)行降溫，確保均壓箱內(nèi)溫度在低于150益范圍運(yùn)行。

4.1.4 均壓箱增加雜物清掃孔

運(yùn)行中外界雜質(zhì)，管道焊渣等異物會(huì)進(jìn)入均壓箱內(nèi)，原均壓箱未設(shè)計(jì)雜物清掃檢查孔，箱內(nèi)異物無法及時(shí)清理，將隨軸封汽進(jìn)入軸端密封，如果異物尺寸較大，在汽封圈與轉(zhuǎn)子軸封套間卡澀從而產(chǎn)生劇烈磨損，損害軸封密封。為此在均壓箱側(cè)面開漬110孔，焊接DN100，PN2.5法蘭，同時(shí)制作DN100盲盤進(jìn)行封堵，在檢修中可方便拆卸對(duì)均壓箱內(nèi)雜物進(jìn)行清理。均壓箱增加雜物清掃盲板示意圖見圖3。

圖3 均壓箱增加雜物清掃盲板示意圖

4.2 后軸封泄汽管路工藝優(yōu)化

后軸封汽由均壓箱供汽后，后軸封產(chǎn)生泄汽進(jìn)入汽封加熱器內(nèi)，進(jìn)行熱交換，當(dāng)后軸封間隙發(fā)生變化泄汽量較大時(shí)，無法保證后軸封密封蒸汽壓力，為此在后軸封泄汽管路增加調(diào)節(jié)閥門，根據(jù)后軸封汽量、負(fù)荷大小控制后軸封泄汽，確保后軸封密封及蒸汽回收。（見圖4）

圖4 15 MW汽輪發(fā)電軸封優(yōu)化系統(tǒng)圖

4.3 軸端汽封圈選型優(yōu)化

15 MW汽輪機(jī)汽封圈采用不銹鋼材質(zhì)，機(jī)組啟機(jī)過程通過臨界轉(zhuǎn)速，機(jī)組振動(dòng)達(dá)到180滋m，動(dòng)靜摩擦將會(huì)產(chǎn)生，由于汽封圈材質(zhì)硬度較高，在瞬間動(dòng)靜摩擦中與轉(zhuǎn)子進(jìn)行硬接觸，導(dǎo)致汽封圈梳齒損傷，損傷的汽封圈梳齒脫落后在汽封圈與轉(zhuǎn)子間隙中進(jìn)行劇烈摩擦，加重汽封圈的磨損，最終導(dǎo)致轉(zhuǎn)子軸套嚴(yán)重?fù)p害。

針對(duì)汽封圈在實(shí)際運(yùn)行中產(chǎn)生的問題，軸端密封圈選型采用銅質(zhì)材料，當(dāng)銅質(zhì)汽封圈與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦?xí)r，由于銅質(zhì)較軟，當(dāng)汽封圈出現(xiàn)輕微摩擦?xí)r可有效避免汽封圈與轉(zhuǎn)子磨損的加重，避免轉(zhuǎn)子軸套的嚴(yán)重?fù)p傷。

4.4 汽缸底部疏水管工藝優(yōu)化

汽輪機(jī)底部疏水管采用DN20法蘭連接，法蘭內(nèi)裝有節(jié)流孔板，孔板孔徑漬8mm，根據(jù)隔板汽封磨損情況，判斷汽缸底部疏水管節(jié)流孔板孔徑較小，疏水不暢，機(jī)組在啟機(jī)中隔板汽封處產(chǎn)生水沖擊，導(dǎo)致隔板汽封磨損。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在原孔板基礎(chǔ)上增加孔板孔徑至漬10mm，解決汽缸底部疏水不暢問題。

4.5 軸端密封汽封圈安裝優(yōu)化

機(jī)組在冷態(tài)啟動(dòng)中，過臨界轉(zhuǎn)速振動(dòng)較大，振幅值最高達(dá)到190~200滋m，汽封圈與軸套安裝間隙偏小將導(dǎo)致機(jī)組過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)出現(xiàn)汽封圈與軸套磨損?？紤]到安裝間隙標(biāo)準(zhǔn)的尺寸范圍，根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用在原安裝尺寸基礎(chǔ)上公差范圍增加+ 0.02 mm，增加汽封圈與轉(zhuǎn)子相對(duì)間隙，在機(jī)組過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)，減少汽封圈及轉(zhuǎn)子軸套磨擦，提高汽封圈及軸套的使用壽命。

5 結(jié)論

2012年7月1日機(jī)組軸封經(jīng)改造完成后并網(wǎng)發(fā)電，完成72 h試運(yùn)行，機(jī)組各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常。通過實(shí)際運(yùn)行，此次15 MW汽輪發(fā)電機(jī)組軸端密封系統(tǒng)工藝優(yōu)化，徹底解決了汽輪機(jī)前軸封、后軸封、隔板汽封及轉(zhuǎn)子軸套運(yùn)行中出現(xiàn)嚴(yán)重磨損的設(shè)備問題。經(jīng)過一年時(shí)間的運(yùn)行觀察，優(yōu)化后的軸端密封系統(tǒng)，工作運(yùn)行正常，均壓箱內(nèi)壓力、溫度運(yùn)行正常；汽封加熱器運(yùn)行狀態(tài)正常，換熱效果良好；汽輪機(jī)潤滑油脂含水量恢復(fù)正常值，解決了由于軸封竄汽導(dǎo)致油脂含水的問題，機(jī)組其他各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)正常。

Causes and Treatm ent of W ear of the Shaft Seal in 15 MW Steam Turbine

ZHAO Yixuan
(The Power Plant of Xuanhua Steel of Hebei Steel Group,Zhangjiakou,Hebei 075100,China)

The causes and treatment of shaft seal wear in the 15 MW steam turbine of the Power Plant of Xuanhua Steel was introduced.Through repair and process optimization the problem of shaft seal wear in the steam turbine was solved,enriching experience in rapid recovery of safe operation of generating units.

steam turbine;shaft seal;wear;three-way valve

TK26

B

1006-6764（2014）04-0036-03

2013-12-09

趙軼炫（1980-），男，畢業(yè)于河北工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，機(jī)械制造及其自動(dòng)化專業(yè)，工程師，現(xiàn)從事汽輪機(jī)運(yùn)行管理工作。