汽封間隙

汽封徑向間隙

如果粗略選取徑向間隙，可用計算公式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)動方向等諸多因素。

設(shè)計時可按下列數(shù)值選?。ㄖ小⒌蛪浩啓C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（用黃銅或德國銀作汽封片時取較小值）；整車式為0.40~0.70mm；薄片式為0.40~0.65mm；樅樹形為0.25~0.50mm。

當采用圓柱形或橢圓形支持軸承且轉(zhuǎn)動方向為順時針時，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、靜部分不發(fā)生軸向摩擦為原則，這一間隙值可以根據(jù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)下轉(zhuǎn)子和汽缸的熱膨脹計算、隔板撓曲計算和汽輪機啟停時最大溫差所引起的脹差估算求出，也可參照汽輪機運行經(jīng)驗決定。

一般，軸向間隙的布置趨勢由推力軸承往后逐漸增大。為了提高大容量汽輪機的啟停性能，縮短啟停時間，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)計方案。

汽輪機的汽封根據(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： 動葉片圍帶處和靜葉片或隔板之間的徑向、軸向汽封以及動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限制級與級之間的漏汽的汽封。

汽封軸端汽封

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

汽封設(shè)計應(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，不使周圍主件受熱變形的結(jié)構(gòu)。

③動靜部件之間的軸向間隙應(yīng)在汽輪機組起動、停機全過程中，動靜之間軸向不致碰磨，且留有其熱膨脹差及相對機械位移的余地。

根據(jù)上述原則，現(xiàn)代大型汽輪機汽封的成熟結(jié)構(gòu)為：早期使用的整體汽封、鑲片式汽封、無凸肩梳齒式汽封、蜂窩式汽封和可調(diào)式汽封?？烧{(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)計值。當停機時，氣壓降低，由彈簧力的作用使汽封間隙回到最大值，以防止動靜之間碰磨。

汽封性能對機組的經(jīng)濟性和可靠性有著重要的影響。為降低漏汽損失，提高機組安全性和經(jīng)濟性，采用先進汽封技術(shù)對原有的傳統(tǒng)汽封進行改造是十分必要的 。

(一)

汽輪機有靜子和轉(zhuǎn)子兩大部分。在工作時轉(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。蒸汽流過汽輪機各級工作時，壓力、溫度逐級下降，在隔板兩側(cè)存在著壓差。當動葉片有反動度時，動葉片前后也存在著壓差。蒸汽除了絕大部分從導(dǎo)葉、動葉的通道中流過做功外，一小部分會從各種間隙中流過而不做功，成為一種損失，降低了機組的效率。

(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，降低了機組效率，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，又要保證汽輪機正常安全運行，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。就工作原理來講，這三類汽封均屬迷宮式汽封。

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)是指在機組正常運行時，高、中壓缸軸封與低壓缸軸封通過母管連接起來，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)置三個汽源管道：主蒸汽、輔助蒸汽、冷再熱蒸汽。在機組啟動初期，由輔助蒸汽向軸封供汽。當主蒸汽參數(shù)滿足軸封供汽要求時，由主蒸汽向軸封供汽。當機組負荷在(10%～20%)MCR時，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)航的氣動調(diào)節(jié)閥控制。隨著機組負荷的增加，當負荷大于(25%～30%)MCR時，高、中壓缸的內(nèi)缸漏汽壓力滿足低壓缸汽封用汽要求時，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氣動調(diào)節(jié)閥排人凝汽器，以保持低壓缸供汽壓力溫度。這時的各供汽汽源則處于熱備用狀態(tài)，以便隨時啟用。這種軸封蒸汽系統(tǒng)，在機組啟動或停機時由外來汽源供汽，在機組正常運行時，實現(xiàn)自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，運行經(jīng)濟、安全可靠、被普遍應(yīng)用于引進型300、600MW機組上。

軸封蒸汽系統(tǒng)1．用外來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機組上采用的用外來汽源供汽的汽輪機軸封蒸汽系統(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。對汽輪機低壓缸的軸封供汽，由于要求的供汽溫度較低，因此在其供汽管道上安裝一臺噴水減溫器，減溫水來自于凝結(jié)水升壓泵出口，通過溫度調(diào)節(jié)裝置自動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。通過調(diào)節(jié)減溫器旁路閥的開度，來實現(xiàn)向高、中壓缸軸封提供溫度合適的密封蒸汽，正常運行中，汽輪機高、中壓汽缸的軸封供汽溫度為345～350℃。

汽輪機高、中壓汽缸合并使用一個均壓箱，低壓缸用另一個均壓箱。為保持軸封供汽壓力的穩(wěn)定，通過軸封壓力氣動調(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左右的微負壓狀態(tài)下，以達到軸封和閥桿漏汽不向外泄漏，回收工質(zhì)和熱量的目的。

各級抽汽管道上止回閥的閥桿均要設(shè)置汽閥，這是因為各級抽汽管道內(nèi)所處的壓力不同，當止回閥內(nèi)是正壓時，沿閥桿將向外漏汽；當處于負壓時，大氣就會通過閥桿漏人閥體內(nèi)。在每個抽汽止回閥上均設(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。當止回閥內(nèi)部的蒸汽壓力大于汽封供汽母管壓力時，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。

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)是指在機組正常運行時，高、中壓缸軸封與低壓缸軸封通過母管連接起來，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)置三個汽源管道：主蒸汽、輔助蒸汽、冷再熱蒸汽。在機組啟動初期，由輔助蒸汽向軸封供汽。當主蒸汽參數(shù)滿足軸封供汽要求時，由主蒸汽向軸封供汽。當機組負荷在(10%～20%)MCR時，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)航的氣動調(diào)節(jié)閥控制。隨著機組負荷的增加，當負荷大于(25%～30%)MCR時，高、中壓缸的內(nèi)缸漏汽壓力滿足低壓缸汽封用汽要求時，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氣動調(diào)節(jié)閥排人凝汽器，以保持低壓缸供汽壓力溫度。這時的各供汽汽源則處于熱備用狀態(tài)，以便隨時啟用。這種軸封蒸汽系統(tǒng)，在機組啟動或停機時由外來汽源供汽，在機組正常運行時，實現(xiàn)自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，運行經(jīng)濟、安全可靠、被普遍應(yīng)用于引進型300、600MW機組上。

軸封蒸汽系統(tǒng)3．小汽輪機的軸封蒸汽系統(tǒng)

小汽輪機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濾器等組成了小汽輪機的軸封蒸汽系統(tǒng)，如圖3所示。

小汽輪機前軸封共分為四段，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第五壓力級繼續(xù)做功，前后軸封外漏汽進入主汽輪機軸封冷卻器。

小汽輪機軸封供汽來自主汽輪機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，損壞汽輪機轉(zhuǎn)子，因此供汽溫度要求限制在177℃以下。當引自主汽輪機汽封供汽系統(tǒng)的蒸汽壓力和溫度偏高時，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低壓進汽電動截止閥前，(有的小汽輪機該段漏汽接至除氧器)，其低壓段漏汽接至主汽輪機軸封冷卻器。低壓主汽閥和調(diào)節(jié)汽閥的閥桿漏汽進入主汽輪機軸封冷卻器。

軸封蒸汽系統(tǒng)的主要功能是向汽輪機、給水泵小汽輪機的軸封和主汽閥、調(diào)節(jié)閥的閥桿汽封提供密封蒸汽，同時將各汽封的漏汽合理導(dǎo)向或抽出。在汽輪機的高壓區(qū)段，軸封系統(tǒng)的正常功能是防止蒸汽向外泄漏，以確保汽輪機有較高的效率；在汽輪機的低壓區(qū)段，則是防止外界的空氣進入汽輪機內(nèi)部，保證汽輪機有盡可能高的真空（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、管路系統(tǒng)構(gòu)成。