摘 要：就目前來(lái)看，汽輪機(jī)汽封存在著一定的漏氣問(wèn)題，致使機(jī)組運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性受到影響。因此，應(yīng)該提高對(duì)汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)節(jié)能改造的重視程度，結(jié)合實(shí)際情況和發(fā)展要求，采用科學(xué)有效的技術(shù)和措施對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化和改造，以實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行安全性以及經(jīng)濟(jì)性的有效增強(qiáng)。對(duì)此，文章對(duì)汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)節(jié)能改造進(jìn)行深入的分析，以供參考。
關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);汽封系統(tǒng);節(jié)能改造;優(yōu)化
引言
汽輪機(jī)的運(yùn)行頻率受多方面因素的影響，而其中最為常見的是汽輪機(jī)通流部分的前后軸封以及動(dòng)靜葉汽封漏氣問(wèn)題，從而降低了汽輪機(jī)組的運(yùn)行效率。對(duì)此，為了降低汽封系統(tǒng)漏氣問(wèn)題對(duì)汽輪機(jī)運(yùn)行效率的影響，汽輪機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)人員應(yīng)該注重汽輪機(jī)汽封設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，做好設(shè)計(jì)工作，并結(jié)合實(shí)際對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的節(jié)能設(shè)計(jì)。
1 汽輪機(jī)汽封的概述
在汽輪機(jī)正常運(yùn)行的過(guò)程中，由于其內(nèi)部主軸在穿出汽缸時(shí)存在一定的徑向間隙，再加上內(nèi)外壓力差的作用力，致使其在主軸和隔板之間、汽缸（或隔板套）和動(dòng)葉頂部之間的間隙處存在的級(jí)間蒸汽產(chǎn)生自高壓端向著低壓端的泄漏問(wèn)題。另外，在汽輪機(jī)中低壓缸的兩端或低壓端、高壓缸的兩端或高壓端，同樣存在著自內(nèi)向外的高壓蒸汽外泄問(wèn)題，低壓缸空氣流入汽缸的狀況。正是由于這些問(wèn)題的存在，使得汽輪機(jī)的各級(jí)效率不斷降低，真空、增大凝結(jié)水的損失不斷增加，并提高了廠用電率，從而降低了汽輪機(jī)組對(duì)燃煤的利用率。所以在汽輪機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該注重對(duì)齒數(shù)的優(yōu)化，調(diào)整齒形曲徑減小間隙增強(qiáng)阻力，確保汽封系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)較好的防漏汽效果，從而提升汽輪機(jī)的運(yùn)行效能[1]�，F(xiàn)階段，在汽封系統(tǒng)的改造當(dāng)中，主要以蜂窩汽封技術(shù)以及新興的刷式汽封技術(shù)為主。其中，刷式汽封技術(shù)具有漏量小、防漏效果明顯的優(yōu)點(diǎn)，在保證密封效果的基礎(chǔ)上，對(duì)汽輪機(jī)靜葉與動(dòng)葉之間的瞬態(tài)不同心也具備一定的包容性，具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性和安全性。隨著刷式汽封技術(shù)的不斷完善和應(yīng)用，得到了汽輪機(jī)節(jié)能改造的廣泛應(yīng)用，并且取得了一定的成果。
2 蜂窩汽封技術(shù)以及刷式汽封技術(shù)的特點(diǎn)
2.1 蜂窩汽封技術(shù)的特點(diǎn)
相對(duì)刷式汽封技術(shù)，蜂窩汽封技術(shù)是一項(xiàng)相對(duì)更加成熟的技術(shù)，該技術(shù)在飛機(jī)、船舶的汽輪機(jī)、壓縮機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)動(dòng)機(jī)中具有較為廣泛的應(yīng)用。與普通梳齒汽封結(jié)構(gòu)的使用壽命相比，蜂窩汽封結(jié)構(gòu)具有更長(zhǎng)的使用壽命，大約在普通梳齒汽封結(jié)構(gòu)使用壽命的兩倍以上，并且具有提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性、減少泄漏量、提升運(yùn)行效率等多方面的優(yōu)勢(shì)特征。
汽輪機(jī)蜂窩式汽封的制造材料主要以鎳基耐高溫合金為主，其結(jié)構(gòu)包含了蜂窩帶和環(huán)體兩個(gè)部分，安裝在汽封體當(dāng)中。蜂窩式汽封技術(shù)的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
第一，較強(qiáng)的可磨性特點(diǎn)。蜂窩汽封主要是由中正六邊形的蜂窩孔構(gòu)成，其厚度大約在0.05mm到0.10mm之間，對(duì)鎳基耐高溫合金進(jìn)行特殊的加工，并將其制作成蜂窩帶而形成。由于蜂窩帶的材質(zhì)較為柔軟，使得蜂窩帶具有較強(qiáng)的可磨性，從而增強(qiáng)對(duì)徑向間隙的控制能力，降低漏出量。通過(guò)對(duì)相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的查閱可以看出，蜂窩式汽封能夠有效降低對(duì)軸的磨損程度，不到鐵素體梳齒式汽封對(duì)軸造成磨損程度的兩成。由于蜂窩帶材質(zhì)的柔軟性，即便蜂窩帶與軸之間發(fā)生動(dòng)靜摩擦，也不會(huì)對(duì)軸頸產(chǎn)生損傷，有效增強(qiáng)了汽輪機(jī)的安全性以及可靠性。
第二，高效密封特點(diǎn)。在徑向間隙值相同的前提下，蜂窩式汽封的漏氣量要比梳齒式少60%左右。在汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)改造中應(yīng)用蜂窩式汽封技術(shù)，不僅可以從結(jié)構(gòu)上解決低壓缸軸端存在的高齒倒伏、低齒掉臺(tái)問(wèn)題，還能夠?yàn)槟鞯恼婵斩忍峁┍Ｕ�，�?duì)機(jī)組效率的增強(qiáng)存在著重要的作用。由此可見，將蜂窩汽封技術(shù)應(yīng)用于汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)節(jié)能改造中可以得到更為顯著的密封效果。
第三，雙向阻尼特點(diǎn)。由于汽輪機(jī)中軸與葉輪的高速旋轉(zhuǎn)，會(huì)產(chǎn)生氣體的切向運(yùn)動(dòng)，再加上汽封兩側(cè)存在的壓力差，使得氣體開始軸向運(yùn)動(dòng)。當(dāng)氣體通過(guò)蜂窩表面時(shí)，則會(huì)遇到軸向和切向阻力，能夠遏制工質(zhì)在周向的運(yùn)動(dòng)，從而降低軸系的自激振動(dòng)程度。蜂窩汽封的軸向網(wǎng)格能夠控制氣流的軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，避免汽輪機(jī)組內(nèi)軸的震動(dòng)問(wèn)題的出現(xiàn)，從而確保轉(zhuǎn)子運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。同時(shí)，在氣流進(jìn)入蜂窩網(wǎng)格時(shí)會(huì)增加汽封圈和氣流間的熱交換面積，有利于氣流動(dòng)能的進(jìn)一步削弱。 2.2 刷式汽封技術(shù)的特點(diǎn)
該技術(shù)是近些年新興起的新型汽封技術(shù)，在航空方面有著較為廣泛的應(yīng)用，比如在我國(guó)的J10以及美國(guó)的F22、F16等戰(zhàn)斗機(jī)所使用發(fā)動(dòng)機(jī)中，均涉及到了刷式汽封技術(shù)。隨著該技術(shù)的不斷成熟和完善，已經(jīng)逐漸運(yùn)用在民用燃?xì)馐狡啓C(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)等方面。當(dāng)前階段，我國(guó)對(duì)該項(xiàng)汽封技術(shù)的應(yīng)用已進(jìn)入了起步階段，與傳統(tǒng)汽封技術(shù)相比，刷式汽封技術(shù)具有更加顯著的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，成為傳統(tǒng)梳齒汽封最為可行、適用的替代品，也是大型轉(zhuǎn)子器械設(shè)備汽封技術(shù)發(fā)展的主要途徑，刷式汽封技術(shù)特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。
第一，柔性密封特點(diǎn)。刷式汽封屬于一種柔性密封，可以很好的包容轉(zhuǎn)子的偏心運(yùn)動(dòng)以及瞬間徑向變形，從而可以在確保汽輪機(jī)安全的前提下有效降低間隙大小。與此同時(shí)，由于轉(zhuǎn)子振動(dòng)阻力的增強(qiáng)，能夠有效提升轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。另外，由于刷式汽封的刷環(huán)是由緊密排列的特種細(xì)金屬絲組成的，具有良好的彈性特征，這些金屬絲與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)，其彈性可以有效減少對(duì)轉(zhuǎn)子的損耗，提升汽輪機(jī)組安全性。通過(guò)對(duì)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的查閱可以看出，刷式汽封的漏氣量?jī)H為梳齒式汽封的一成到兩成之間。
第二，極強(qiáng)的自密封性特點(diǎn)。在刷式汽封中，無(wú)論是線性的刷子或是環(huán)形的刷子，氣體流動(dòng)都是以射流、橫向流、同向流以及漩渦流的方式活動(dòng)。氣流在通過(guò)刷絲時(shí)，若該區(qū)域存在間隙時(shí)，則會(huì)形成射流或者同向流，當(dāng)刷絲周圍沒(méi)有間隙而軸向有間隙時(shí)，則形成橫向流，在射流、橫向流或同向流進(jìn)入到較大的空隙區(qū)域之后則有可能產(chǎn)生漩渦流。刷式汽封中的刷絲可以在流體流動(dòng)中形成極強(qiáng)的密封效果，能實(shí)現(xiàn)良好的節(jié)流作用，從而對(duì)氣流的動(dòng)能進(jìn)行消耗，達(dá)成降壓的效果[2]。
第三，零間隙密封特點(diǎn)。我們知道，減小間隙始終都是密封技術(shù)的目的所在，間隙的減小可以有效降低泄漏量，之前所說(shuō)的蜂窩式汽封就是為了減少間隙。同理，刷式汽封也是以減小間隙為目的，但與其他汽封技術(shù)不同的是，在汽輪機(jī)中應(yīng)用刷式汽封技術(shù)可以達(dá)到零間隙的目的，這是其他汽封技術(shù)所無(wú)法做到的。
3 汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)節(jié)能改造案例分析
3.1 汽輪機(jī)汽封改造項(xiàng)目簡(jiǎn)述
以某公司汽輪機(jī)為例。這一汽輪機(jī)是由東方汽輪機(jī)有限公司生產(chǎn)制造，其型號(hào)為亞臨界、單軸、雙缸、一次中間再熱、雙排汽、抽汽供熱凝汽式汽輪機(jī)，其容量為300MW。該汽輪機(jī)組的隔板、葉頂和軸端均采用舊式的梳齒式汽封結(jié)構(gòu)，由于汽輪機(jī)組運(yùn)行年限較長(zhǎng)，其汽封漏汽狀況也越加明顯，致使其漏氣量越來(lái)越多。因此，針對(duì)這一汽輪機(jī)組的運(yùn)行情況，將應(yīng)用刷式汽封技術(shù)對(duì)汽輪機(jī)組汽封系統(tǒng)進(jìn)行改造和更新。
3.2 改造項(xiàng)目與成效
在實(shí)際的改造過(guò)程中，主要是對(duì)汽輪機(jī)中葉頂處以及低壓、中壓、高壓段隔板軸封方面的改造和更新，將這些部分全部改為刷式汽封結(jié)構(gòu)。中壓缸效率由改造前91.23%升為91.49%;高壓缸效率由改造前80.31%升為81.89%;;五段油氣溫度由改造前295.1℃降為285.3℃;六段油汽溫度由改造前220.5℃降為209.8℃;七段油汽溫度由改造前174.6℃降為157.4℃;試驗(yàn)熱耗率由改造前8328kJ/（kW·h）降為8196kJ/（kW·h）;修正后熱耗率由改造前8338kJ/（kW·h）降為8110kJ/（kW·h）
由以上數(shù)據(jù)可以看出，在經(jīng)過(guò)汽封改造更新之后，汽輪機(jī)組的各項(xiàng)參數(shù)得到了進(jìn)一步的優(yōu)化和改善，有效提高了汽輪機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性，改造后機(jī)組熱耗率約為8196kJ/（kW·h），比改造前提降低了128kJ/（kW·h）。相對(duì)改造前，改造后的機(jī)組中壓缸以及高壓缸效率分別增強(qiáng)了0.26%和1.58%，對(duì)中壓以及高壓缸實(shí)現(xiàn)了較為良好的檢修效果。第五、六、七段的油汽溫度得到了有效的降低，分別減少了9.8℃、10.7℃、18.2℃，使低壓通流部分實(shí)現(xiàn)了較好的汽封效果。因此，結(jié)合汽輪機(jī)的實(shí)際情況和類型，應(yīng)用刷式汽封技術(shù)進(jìn)行科學(xué)合理的節(jié)能改造，不僅可以提高汽輪機(jī)的汽封性能，還能有效增強(qiáng)汽輪機(jī)的安全性和經(jīng)濟(jì)性，增加發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。
4 結(jié)束語(yǔ)
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，對(duì)能源的需求量也在日益增加，雖然我國(guó)不斷提高對(duì)技術(shù)改造與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的扶持力度，但對(duì)能源資源的利用率仍然相對(duì)較低，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展存在著明顯的阻礙作用[3]。其中，電力能源作為推動(dòng)社會(huì)穩(wěn)步前進(jìn)的物質(zhì)基礎(chǔ)，亦是確保工業(yè)穩(wěn)定發(fā)展的重要保障。因此，還需要不斷加強(qiáng)對(duì)汽輪機(jī)汽封系統(tǒng)的節(jié)能改造和優(yōu)化，提升對(duì)汽輪機(jī)組的安全性和可靠性，增強(qiáng)對(duì)燃煤能源的利用率，提高發(fā)電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，從而更好的滿足不斷增長(zhǎng)的電力需求，為我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)步發(fā)展提供積極的推動(dòng)作用。
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