汽封

汽封設(shè)計(jì)應(yīng)考慮：

①封汽阻力盡量大，使漏汽在形成蒸汽曲徑通道及膨脹室中能量消耗盡量充分。

②動(dòng)靜部件之間的徑向間隙盡量小，但不能相互碰磨。還要考慮如一旦碰磨，使其接觸面積盡量小，產(chǎn)生的摩擦熱量盡量少，且加大傳熱熱阻，不使周?chē)骷軣嶙冃蔚慕Y(jié)構(gòu)。

③動(dòng)靜部件之間的軸向間隙應(yīng)在汽輪機(jī)組起動(dòng)、停機(jī)全過(guò)程中，動(dòng)靜之間軸向不致碰磨，且留有其熱膨脹差及相對(duì)機(jī)械位移的余地。

根據(jù)上述原則，現(xiàn)代大型汽輪機(jī)汽封的成熟結(jié)構(gòu)為：早期使用的整體汽封、鑲片式汽封、無(wú)凸肩梳齒式汽封、蜂窩式汽封和可調(diào)式汽封。可調(diào)式汽封的汽封齒與轉(zhuǎn)子之間間隙隨著蒸汽壓力增加而減小，直到設(shè)計(jì)值。當(dāng)停機(jī)時(shí)，氣壓降低，由彈簧力的作用使汽封間隙回到最大值，以防止動(dòng)靜之間碰磨。

汽封性能對(duì)機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性和可靠性有著重要的影響。為降低漏汽損失，提高機(jī)組安全性和經(jīng)濟(jì)性，采用先進(jìn)汽封技術(shù)對(duì)原有的傳統(tǒng)汽封進(jìn)行改造是十分必要的 。

汽封徑向間隙

如果粗略選取徑向間隙，可用計(jì)算公式δ=0.001d （0.1~0.2）mm（δ為間隙值），為考慮軸的直徑、汽封的結(jié)構(gòu)及材料、汽封距支持軸承的支持軸承的形式及轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)方向等諸多因素。

設(shè)計(jì)時(shí)可按下列數(shù)值選取（中、低壓汽輪機(jī)取較小值）：軸端汽封和隔板汽封的徑向間隙：鑲嵌片式為0.25~0.70mm（用黃銅或德國(guó)銀作汽封片時(shí)取較小值）；整車(chē)式為0.40~0.70mm；薄片式為0.40~0.65mm；樅樹(shù)形為0.25~0.50mm。

當(dāng)采用圓柱形或橢圓形支持軸承且轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)轫槙r(shí)針時(shí)，左側(cè)徑向間隙應(yīng)比右側(cè)的大0~0.20mm，高壓前汽封及高壓級(jí)隔板汽封下部徑向間隙應(yīng)比兩側(cè)的大0.2~0.3mm。圍帶汽封徑向間隙：1.5~2mm。圍帶鉚釘頭與汽封體的徑向間隙：2.5~3.5mm。

汽封軸向間隙

通流部分和汽封軸向間隙值的選取以正常和事故情況下動(dòng)、靜部分不發(fā)生軸向摩擦為原則，這一間隙值可以根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹計(jì)算、隔板撓曲計(jì)算和汽輪機(jī)啟停時(shí)最大溫差所引起的脹差估算求出，也可參照汽輪機(jī)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)決定。

一般，軸向間隙的布置趨勢(shì)由推力軸承往后逐漸增大。為了提高大容量汽輪機(jī)的啟停性能，縮短啟停時(shí)間，某些制造廠采用了放大通流部分和汽封軸向間隙，保持較小的汽封徑向間隙，葉根部位設(shè)置徑向式汽封等設(shè)計(jì)方案。

(一)

汽輪機(jī)有靜子和轉(zhuǎn)子兩大部分。在工作時(shí)轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)，靜子固定，因此轉(zhuǎn)子和靜子之間必須保持一定的間隙，不使相互摩擦。蒸汽流過(guò)汽輪機(jī)各級(jí)工作時(shí)，壓力、溫度逐級(jí)下降，在隔板兩側(cè)存在著壓差。當(dāng)動(dòng)葉片有反動(dòng)度時(shí)，動(dòng)葉片前后也存在著壓差。蒸汽除了絕大部分從導(dǎo)葉、動(dòng)葉的通道中流過(guò)做功外，一小部分會(huì)從各種間隙中流過(guò)而不做功，成為一種損失，降低了機(jī)組的效率。

(二)

轉(zhuǎn)子還必須穿出汽缸，支撐在軸承上，此處也必然要留有間隙。對(duì)于高壓汽缸兩端和中壓汽缸的前端，汽缸內(nèi)的蒸汽壓力大于外界大氣壓力，此處將有蒸汽漏出來(lái)，降低了機(jī)組效率，并造成部分凝結(jié)水損失。

在中壓缸的排氣端和低壓缸的兩端因汽缸內(nèi)的蒸汽壓力低于外界的大氣壓力，在主軸穿出汽缸的間隙中，將會(huì)有空氣漏入汽缸中。由于空氣在凝汽器中不能凝結(jié)，從而降低了真空度，減小了蒸汽做功能力。

(三)

為了減小上述各處間隙中的漏氣，又要保證汽輪機(jī)正常安全運(yùn)行，特設(shè)置了各種汽封。這些汽封可分為通流部分汽封、隔板汽封和軸端汽封三大類(lèi)。就工作原理來(lái)講，這三類(lèi)汽封均屬迷宮式汽封。

汽輪機(jī)的汽封根據(jù)安裝部位的不同分為葉片汽封、隔板汽封和軸端汽封。

汽封葉片汽封

葉片汽封包括： 動(dòng)葉片圍帶處和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封以及動(dòng)葉片根部和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封。

汽封隔板汽封

隔板內(nèi)圓面或靜葉片環(huán)內(nèi)圓面與轉(zhuǎn)子或輪轂外圓面之間用來(lái)限制級(jí)與級(jí)之間的漏汽的汽封。

汽封軸端汽封

在轉(zhuǎn)子兩端穿過(guò)汽缸的部位設(shè)置適合不同壓力降的成組汽封，也稱(chēng)為軸封。

典型的自密封供汽軸封蒸汽系統(tǒng)如圖1《自密封供汽式軸封蒸汽系統(tǒng)》所示。自密封軸封蒸汽系統(tǒng)是指在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高、中壓缸軸封與低壓缸軸封通過(guò)母管連接起來(lái)，高、中壓缸軸端汽封的漏汽經(jīng)噴水減溫后，作為低壓軸端汽封供汽，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的自身平衡蒸汽密封。多余漏汽經(jīng)溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器。

在汽封母管上設(shè)置三個(gè)汽源管道：主蒸汽、輔助蒸汽、冷再熱蒸汽。在機(jī)組啟動(dòng)初期，由輔助蒸汽向軸封供汽。當(dāng)主蒸汽參數(shù)滿(mǎn)足軸封供汽要求時(shí)，由主蒸汽向軸封供汽。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在(10%～20%)MCR時(shí)，由冷再熱蒸汽供汽。各汽源的供汽壓力由設(shè)在各汽源管道導(dǎo)航的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制。隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，當(dāng)負(fù)荷大于(25%～30%)MCR時(shí)，高、中壓缸的內(nèi)缸漏汽壓力滿(mǎn)足低壓缸汽封用汽要求時(shí)，由高、中壓缸的內(nèi)缸漏汽向低壓缸供汽。供汽溫度由減溫器控制，供汽壓力由溢流站控制，它將多余的蒸汽通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排人凝汽器，以保持低壓缸供汽壓力溫度。這時(shí)的各供汽汽源則處于熱備用狀態(tài)，以便隨時(shí)啟用。這種軸封蒸汽系統(tǒng)，在機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)由外來(lái)汽源供汽，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、安全可靠、被普遍應(yīng)用于引進(jìn)型300、600MW機(jī)組上。

軸封蒸汽系統(tǒng)1．用外來(lái)汽源供汽的軸封蒸汽系統(tǒng)

如圖1（1-高中壓缸均壓箱；2-低壓缸均壓箱；3-軸封加熱器）所示，300MW機(jī)組上采用的用外來(lái)汽源供汽的汽輪機(jī)軸封蒸汽系統(tǒng)，該軸封蒸汽系統(tǒng)由減溫器、均壓箱、軸封冷卻器(即凝結(jié)水系統(tǒng)中的軸封加熱器)、壓力調(diào)節(jié)裝置及其連接管道組成。

軸封汽源從輔助蒸汽聯(lián)箱接出。對(duì)汽輪機(jī)低壓缸的軸封供汽，由于要求的供汽溫度較低，因此在其供汽管道上安裝一臺(tái)噴水減溫器，減溫水來(lái)自于凝結(jié)水升壓泵出口，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)裝置自動(dòng)保持減溫器出口氣溫為160～170℃，減溫器前、后隔離閥和旁路閥便于減溫水系統(tǒng)檢修。通過(guò)調(diào)節(jié)減溫器旁路閥的開(kāi)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)向高、中壓缸軸封提供溫度合適的密封蒸汽，正常運(yùn)行中，汽輪機(jī)高、中壓汽缸的軸封供汽溫度為345～350℃。

汽輪機(jī)高、中壓汽缸合并使用一個(gè)均壓箱，低壓缸用另一個(gè)均壓箱。為保持軸封供汽壓力的穩(wěn)定，通過(guò)軸封壓力氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，控制軸封均壓箱汽壓保持在0.127～0.147MPa，再利用各供汽管道上進(jìn)汽閥的微量調(diào)節(jié)，使供汽腔室的汽壓在各種工況下始終穩(wěn)定在0.1009～0.127MPa范圍內(nèi)。軸封蒸汽抽出腔室的汽壓，通過(guò)軸封冷卻器中凝結(jié)水的冷凝作用及其抽真空裝置，使其保持在0．095MPa左右的微負(fù)壓狀態(tài)下，以達(dá)到軸封和閥桿漏汽不向外泄漏，回收工質(zhì)和熱量的目的。

各級(jí)抽汽管道上止回閥的閥桿均要設(shè)置汽閥，這是因?yàn)楦骷?jí)抽汽管道內(nèi)所處的壓力不同，當(dāng)止回閥內(nèi)是正壓時(shí)，沿閥桿將向外漏汽；當(dāng)處于負(fù)壓時(shí)，大氣就會(huì)通過(guò)閥桿漏人閥體內(nèi)。在每個(gè)抽汽止回閥上均設(shè)有兩道汽封接口。第二道與汽封供汽母管相連接，第一道接至汽封漏汽母管。當(dāng)止回閥內(nèi)部的蒸汽壓力大于汽封供汽母管壓力時(shí)，由汽封供汽母管供密封蒸汽，以防止空氣沿閥桿漏人閥體內(nèi)。另外，軸封蒸汽系統(tǒng)還設(shè)有完善的疏水系統(tǒng)，以防軸封蒸汽將水帶入汽輪機(jī)。

軸封蒸汽系統(tǒng)2．自密封供汽式軸封蒸汽系統(tǒng)

典型的自密封供汽軸封蒸汽系統(tǒng)如圖2所示。自密封軸封蒸汽系統(tǒng)是指在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，高、中壓缸軸封與低壓缸軸封通過(guò)母管連接起來(lái)，高、中壓缸軸端汽封的漏汽經(jīng)噴水減溫后，作為低壓軸端汽封供汽，可實(shí)現(xiàn)兩者之間的自身平衡蒸汽密封。多余漏汽經(jīng)溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器。

在汽封母管上設(shè)置三個(gè)汽源管道：主蒸汽、輔助蒸汽、冷再熱蒸汽。在機(jī)組啟動(dòng)初期，由輔助蒸汽向軸封供汽。當(dāng)主蒸汽參數(shù)滿(mǎn)足軸封供汽要求時(shí)，由主蒸汽向軸封供汽。當(dāng)機(jī)組負(fù)荷在(10%～20%)MCR時(shí)，由冷再熱蒸汽供汽。各汽源的供汽壓力由設(shè)在各汽源管道導(dǎo)航的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制。隨著機(jī)組負(fù)荷的增加，當(dāng)負(fù)荷大于(25%～30%)MCR時(shí)，高、中壓缸的內(nèi)缸漏汽壓力滿(mǎn)足低壓缸汽封用汽要求時(shí)，由高、中壓缸的內(nèi)缸漏汽向低壓缸供汽。供汽溫度由減溫器控制，供汽壓力由溢流站控制，它將多余的蒸汽通過(guò)氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥排人凝汽器，以保持低壓缸供汽壓力溫度。這時(shí)的各供汽汽源則處于熱備用狀態(tài)，以便隨時(shí)啟用。這種軸封蒸汽系統(tǒng)，在機(jī)組啟動(dòng)或停機(jī)時(shí)由外來(lái)汽源供汽，在機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，實(shí)現(xiàn)自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，運(yùn)行經(jīng)濟(jì)、安全可靠、被普遍應(yīng)用于引進(jìn)型300、600MW機(jī)組上。

軸封蒸汽系統(tǒng)3．小汽輪機(jī)的軸封蒸汽系統(tǒng)

小汽輪機(jī)軸端汽封的供汽和漏汽管道、主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥的閥桿漏汽管道以及蒸汽過(guò)濾器等組成了小汽輪機(jī)的軸封蒸汽系統(tǒng)，如圖3所示。

小汽輪機(jī)前軸封共分為四段，從汽缸向軸端依次設(shè)有內(nèi)漏汽腔室、供汽腔室、外漏汽腔室。后軸端汽封共分為三段，依次設(shè)有汽封腔室和漏汽腔室。前軸封內(nèi)汽封第一段漏汽引到小汽輪機(jī)第五壓力級(jí)繼續(xù)做功，前后軸封外漏汽進(jìn)入主汽輪機(jī)軸封冷卻器。

小汽輪機(jī)軸封供汽來(lái)自主汽輪機(jī)低壓缸汽封供汽母管，供汽壓力一般在0.03MPa表壓，供汽溫度應(yīng)與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子溫度相匹配，否則易在轉(zhuǎn)子表面引起高的熱應(yīng)力而影響轉(zhuǎn)子壽命，溫差太大，甚至?xí)a(chǎn)生軸端變形，損壞汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子，因此供汽溫度要求限制在177℃以下。當(dāng)引自主汽輪機(jī)汽封供汽系統(tǒng)的蒸汽壓力和溫度偏高時(shí)，軸封蒸汽系統(tǒng)還備有均壓箱或壓力調(diào)節(jié)閥、噴水減溫器及一套溫度控制設(shè)備。

高壓主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥閥桿漏汽均分高、低壓兩段漏汽。其高壓段漏汽接至小汽輪機(jī)低壓進(jìn)汽電動(dòng)截止閥前，(有的小汽輪機(jī)該段漏汽接至除氧器)，其低壓段漏汽接至主汽輪機(jī)軸封冷卻器。低壓主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥的閥桿漏汽進(jìn)入主汽輪機(jī)軸封冷卻器。

軸封蒸汽系統(tǒng)的主要功能是向汽輪機(jī)、給水泵小汽輪機(jī)的軸封和主汽閥、調(diào)節(jié)閥的閥桿汽封提供密封蒸汽，同時(shí)將各汽封的漏汽合理導(dǎo)向或抽出。在汽輪機(jī)的高壓區(qū)段，軸封系統(tǒng)的正常功能是防止蒸汽向外泄漏，以確保汽輪機(jī)有較高的效率；在汽輪機(jī)的低壓區(qū)段，則是防止外界的空氣進(jìn)入汽輪機(jī)內(nèi)部，保證汽輪機(jī)有盡可能高的真空（也即盡可能低的背參數(shù)），也是為了保證汽輪機(jī)組的高效率。軸封蒸汽系統(tǒng)主要是由密封裝置、軸封蒸汽母管、汽封冷卻器等設(shè)備及相應(yīng)的閥門(mén)、管路系統(tǒng)構(gòu)成。