600MW汽轮机三种形式汽封改造经济性对比

600MW汽轮机三种形式汽封改造经济性对比
摘要：以2台东汽600MW直接空冷亚临界机组为例，对比高、中压缸采用不同形式汽封的节能效果，以及低压缸刷式汽封使用不同检修工艺效果对比，结合汽
封改造的实践,介绍了汽封改造的组合方案、技术要点及注意事项，供同类型电厂汽封改造时参考。

关键词：汽轮机；高压缸；低压缸；汽封改造；刷式汽封
０引言
华能铜川电厂一期2台机组2007年年底实现双投，为东方汽轮机厂设计和制造的，型号为NZK600-16.67/538/538型亚临界、一次中间再热、单轴、三缸四排汽、直接空冷凝汽式汽
轮机，设计额定功率为600MW。

为提高机组运行的经济性，2010年10月和2012年10月以及2014年10月相继对2台机组进行了大修，并在大修中对高、中、低三缸进行了汽封改造，三次改造均实现开机一次启动成功。

１汽轮机高、中、低压缸汽封改造前状况
东汽的两台600MW机组，高、中压缸为合缸布置，高压缸共9级（含1个调节级），
中压缸共5级，低压缸共有2×2×6级，2个低压缸完全相同，高中低三缸叶顶汽封均为镶嵌
式固定阻汽片，在转子根部和隔板之间设有传统形式的迷宫梳齿汽封，每级隔板汽封圈由
6~8块汽封块组成，汽封块背部有弹簧片，以确保汽封块能够退让，由于修前缸效率与设计
值存在较大差距，所以制订计划进行汽封改造，2014年改造后，2台机组高中压缸均改成浮
动齿铁素体蜂窝汽封，低压缸均改成刷式汽封，拆除了原有的梳齿汽封与布莱登汽封。

2 三种形式汽封原理及优缺点
2.1 梳齿式汽封现状
传统汽封形式为迷宫梳齿结构，由于结构简单可靠，安装检修方便，得到了长期广泛使用。

梳齿式汽封的密封原理为“多齿节流膨胀”，汽流在流经每道齿隙和齿面组成的腔体时不
断地受到间隙的节流和腔体的膨胀而使漏气能量逐渐衰减，达到密封的作用。

但其受尺寸限制，故迷宫级数有限，梳齿与轴的碰磨，退让不灵活，造成轴振，泄露加剧，在启停机过超
临界点时以及轴振大时，其碰磨后无法恢复原有间隙，这是其天生固有的缺陷。

2.2 刷式汽封的工作原理及结构
在原有梳齿汽封基础上加装一圈刷式密封，此刷封代替原来的高齿，高度要比原高齿要高，因此减小了汽封间隙。

刷式密封由前面板、后面板和夹于两者之间的高密度集合金属丝
组成的刷子组成，刷子沿转子旋转反向有一定倾角，这样一来，顺从的毛刷能倾斜以吸收转
子径向偏移，并且很容易恢复闭合状态，在短时期与轴过盈接触后，不会象迷宫密封和蜂窝
密封一样，出现永久性的性能损失，见图一。

图一：刷式汽封结构图
2.3 浮动齿蜂窝汽封的工作原理及结构
浮动齿铁素体蜂窝汽封，采用在原梳齿汽封上，用一个可退让的铁素体齿替代原来的一
个齿，该齿与轴的间隙可以调的很小，达到阻流的目的，由于该浮动齿质量轻、弹簧刚度小，相比汽封块的退让要灵活的多，与轴碰磨后压力很轻，退让迅速，有效的保护了齿尖，避免
了永久性间隙变大。

该浮动齿采用铁素体制成，具有抗高温氧化和耐腐蚀性能。

由于蜂窝使
节流的次数大大增加，蒸汽进入蜂窝后回旋反冲，大大阻碍后部蒸汽前进，密封效果大大增强。

见图二。

图二浮动齿铁素体蜂窝汽封结构图
3 汽封改造方案
3.1 #2机高中压缸布莱登汽封改造数据表（2010年）
4 改造实施过程存在的问题
在改造过程中，由于隔板吊出后，需要送到加工厂拔除原阻汽片，镶嵌新毛坯件，然后
在立车上找正后车削阻汽片，并留有0.5mm的修刮余量，隔板到厂后时间紧，一般用铅丝在新的阻汽片上得到下部间隙，左右用塞尺测量叶顶间隙，据此进行隔板中心调整，而不用隔
板汽封凹窝调整，粗略调整后即进行实缸滚胶布，根据胶布再调整隔板以及修刮阻汽片，此
种工艺建立在隔板未变形与阻汽片修刮均匀的情况下，实际情况还是存在一定的误差，导致
隔板与叶轮汽道不能完全对正，应采用假轴便于检查调整隔板中心比较准确，且不能采用半
缸计算的方法算出隔板上下方向的调整量，避免隔板不圆带来的误差。

高中压缸由于半缸调
整好汽封间隙后，在全实缸验收时，发现全实缸状态下相比半缸状态，过桥汽封处汽缸最大
有约0.23mm的下降量，至两端下降量逐步递减，故在半缸状态下可据此数据进行修正提高
效率。

另外在猫爪置换时要求严格监视转子与汽缸在水平与垂直两个方向上的相对位置变化
不得大于2丝。

#1机低压缸刷式汽封改造采用半缸状态下压硅胶和铅丝调整汽封及叶顶间隙，而#2机低压缸刷式汽封改造采用5次全实缸滚胶布的工艺，根据表中数据，后者效率低于前
者0.5%，说明低压缸半缸与实缸下沉量较小，滚胶布工艺误差较大，还应优化工艺。

2台机
组改造后首次冲转以及后续历次启动都十分顺利，说明厂家提供的汽封调整间隙偏大，在缸
效率上还有潜力可挖，毕竟几次改造都无法达到设计值。

5 改造效果
5.1 汽轮机高中压缸大修前、后3VWO工况热力性能试验数据
5.5 高中压缸改造后性能试验对比
5.5.1 高中压合缸处轴封漏汽量
在#2机组汽轮机高中压中部过桥汽封漏汽量采用布莱登汽封后占再热蒸汽流量的1.94％，在#2机组汽轮机高中压中部过桥汽封漏汽量采用浮动齿蜂窝汽封后占再热蒸汽流量的2.66％，与设计值0.5%都相差较大，且历次检修后也都是在2%左右，故东汽的设计值偏小。

5.5.2 高压缸效率
在#2机组汽轮机高压缸采用布莱登汽封后缸效率3VWO下83.68%，4VWO下85.28%。

在#2机组汽轮机高压缸采用浮动齿蜂窝汽封后缸效率3VWO下84.34% ，4VWO下86.22% 。

在#1机组高压缸采用浮动齿蜂窝汽封后缸效率3VWO下85.03%，两次改造浮动齿蜂窝汽封
均优于布莱登汽封1%左右，且价格非常低廉，故已经拆除布莱登汽封，均改造成浮动齿蜂窝汽封。

5.5.3 中压缸效率
在#2机组汽轮机中压缸采用布莱登汽封后缸效率3VWO下90.21%，4VWO下90.07%。

在#2机组汽轮机中压缸采用浮动齿蜂窝汽封后缸效率3VWO下92.61% ，4VWO下92.23% 。

在#1机组高压缸采用浮动齿蜂窝汽封后缸效率3VWO下92.53%，两次改造浮动齿蜂窝汽封
均优于布莱登汽封2%以上，且价格非常低廉。

5.6 低压缸改造后性能试验对比
在#2机低压缸仍然使用梳齿汽封大修后缸效率3VWO下89.35%，4VWO下89.82%。

在
#2机低压缸采用刷式汽封改造后缸效率3VWO下90.52%，4VWO下90.85%。

在#1机低压缸
采用刷式汽封改造后缸效率3VWO下91.03%。

两次改造刷式汽封后均优于原梳齿汽封1%个
点以上，但是价格非常高。

5.7 改造效果对比
高压缸部分，采用布莱登汽封虽然效率低于浮动齿蜂窝汽封，但是从表中可以看到布莱
登汽封在一个大修周期内效率没有下降，说明布莱登汽封闭合开启顺利，减少过临界时汽封
磨损。

可长周期保持效率。

而刷式汽封与浮动齿蜂窝汽封确实更好的证明了密封间隙更小一
些，但要在下次检修前才能确定缸效率的下降情况，以便得知缸效率能否长久保持。

5.8 提高效率的途径
影响高压缸部分效率的另一重要因素是叶顶固定式阻汽片间隙值的调整，在隔板汽封改造的同时，适当压缩叶顶阻汽片间隙是很有必要的。

在低压缸部分，采用刷式汽封或浮动环汽封，效率要高于平齿汽封，此时由于体积流量变大，叶顶阻汽片的间隙值大小对效率影响不太明显。

汽轮机通流部分除垢采用喷珠法，对汽轮机隔板静叶和转子叶片进行清洗，可以大幅提高通流部分光洁度，从而提高缸效率。

6 结束语
经过对几种汽封使用情况以及采购费用对比，总体来说，刷式汽封退让原理比较新颖，密封效果最好，是最有前途的一种汽封，但由于费用太高，多采取部分改造，例如下次改造可考虑对叶顶进行刷式汽封改造，以及在中压缸上采用刷式汽封，刷式汽封最关键的2个问题也尚待时间检验：一是刷毛能否在高温下保持自身的弹性和寿命，至少在一个大修周期内保持完好；二是在与转子（轴和叶轮）碰磨后产生的摩擦发热危害，现多用在低压缸部分，性价比较差。

布莱登汽封因受工作区蒸汽压力限制，多用在高压缸部分，性价比居中，铁素体浮动环蜂窝汽封在高压缸和低压缸都可使用，且加工制造厂家较多，性价比最高。

参考文献
[1] #1机组修前修后性能试验报告.西安热工研究院有限公司
[2] #2机组修前修后性能试验报告.西安热工研究院有限公司
[3] 徐传堂.超临界机组低压缸刷式汽封改造与节能.《江苏电机工程》.2010年第29卷第4期作者简介
穆肖静，男，1973年,陕西咸阳人，工程师，从事发电厂汽机专业设备检修工作（E—mail：muxiaojing168@）。