（中核核电运行管理有限公司 浙江海盐 314300）
摘要：这几年来，在国家提倡节能减排的背景下，很多电厂借大修的机会，使用各种新型汽封来取代以前的迷宫气封，并把汽封间隙依据规范的下限加以调整。这些工作对提高机组热效率有很好的作用，但也给机组带来了很多的振动方面的问题，其中也有疑难、顽固的振动故障。本文结合一个困扰电厂很长时间的振动问题，分析了故障诊断和处理的过程。这个故障的处理表明汽封改造需要在遵循汽轮机自身工艺特点的条件下，按照各种汽轮的技术特点，合理、有效地使用新型汽封，防止给设备带来安全问题。
关键词：汽轮机汽封改造；疑难振动；故障治理
1、汽轮机汽封介绍
汽轮机是把蒸汽的热能转化为机械能的一种动力机械，级是汽轮机的最小的工作单元，在结构上它是由喷嘴和它后面的动叶栅组成，蒸汽进入喷嘴后，它的热能变成 动能，然后进入动叶给动叶片以冲击力，使叶轮旋转而产生机械功。大型汽轮机的级非常多，每个级包括动、静两部分，汽轮机的转动和静止部分之间应该有一些间隙，以避免相互摩擦。因为气缸里面和外面、隔板前后和带反动度的动叶两侧有压力差，而各处动静部分之间还应该保持一些间隙，以使它们不会碰撞，所以应该设置气封装置[1]。
作为汽轮机的非常容易受损 的部件，汽轮机的气封逐渐引起从事汽轮机设计的技术员的重视，由于从汽轮机运行的测试结果能够发现汽轮机的漏气损失占了所有损失的1/3左右。
2、振动原因
振动的异常波动以基频分量为主，表明振动的性质是一般的强迫振动。从振动波动出现的时机和能够复原的特点分析，2号机组高中压转子在启动带负荷过程中的振动波动的原因是动静碰摩故障。 机组的动静碰摩使得转子在圆周方向上出现温差，造成转子产生热弯曲，使得振动增大，这还使动静碰摩更加激烈，造成了恶性循环，使振动快速增长。
一般造成动静碰摩的 故障的原因有：第一，动静间隙调整太小，或调整不够均匀；第二，运行参数没有控制好，使转子产生热弯曲；第三，气缸膨胀不畅、保温没有做好、进冷蒸汽或水等造成气缸形状变化、跑偏；第四，隔板、汽封等结构部件出现形状变化；第五，汽缸或基础沉降；第六，机组剧烈振动。对于2号机组来说，因为高中压转子振动波动和气缸的温度有着显著关系，而且气缸膨胀速度比较慢，加上降负荷停机的时候，在低负荷工况也会出现 振动波动，所以诊断这个机组动静碰摩的原因有两种可能：一是高中压气缸膨胀不畅；二是汽封部件出现形状变化[2]。
3、动静摩擦的溯源分析及处理
3.1依据气缸膨胀不畅的故障机理进行振动处理
高中压缸膨胀不畅使得缸体在受热的时候膨胀不畅，产生了压缩，出现了压应力；冷却的时候收缩不畅，受到了拉伸，出现了拉应力，这使缸体出现形状变化，产生了动静碰摩。通常，气缸膨胀不畅的原因有滑销系统卡涩、管道额外作用力等，所以停机检修的时候，主要做了下面的检查和处理：
第一，对滑销系统的安装间隙加以检查，看到前箱下面的滑销没有间隙，然后在前侧左右滑销都进行加垫，把滑销的间隙改成0.10mm。
第二，气缸滑销和推拉设备的外观检查，进行了加润滑脂的处理，实际加的润滑脂比较少。
第三，检查和高中压连接的大口径管道，没有发现有错位或憋劲的地方。
第四，查询各抽汽温度都没有超出正常的范围，疏水都没有出现异常，没有发现缸体被快速加热或冷却。
该机启动后发现，虽然气缸比以前膨胀更加顺畅，但其缸胀的过程曲线还是比不上相同型号的1号机组平滑，且低负荷工况下 振动的剧烈 波动没有获得改良，在停机的时候，使用架设百分表的办法，检测气缸冷却收缩时候的数据，找到了一些问题，例如：前箱在升压站侧以及锅炉侧冷却收缩 数据最大相差0.6mm，这与前箱的膨胀基数相比是比较大的，而且升压站侧的收缩数据大体上没有变化，这说明前箱的膨胀有偏斜，这都说明气缸还是存在膨胀不畅的问题[3]。
3.2依据气封部件变形的故障机理进行振动处理
2号机组把迷宫汽封 改造成蜂窝汽封以后，出现了高中压转子 在低负荷工况的 振动波动故障。与别的汽封比较，蜂窝汽封的明显特点是有着非常好的耐磨性以及密封性。哈尔滨汽轮机厂在 模拟试验机上试验结果证明：蜂窝汽封耐磨损性能是铁素体迷 宫汽封的2.5倍；在一样的间隙和压差的状况下，蜂窝汽封比迷宫汽封平均降低泄漏损失大约是30％~50％.蜂窝带由合金支撑，可以耐高温、质地非常软，和转子碰摩的时候不会出现很大的伤害，密封效果非常好。其工作原理见图一。
按照气缸膨胀不畅的常见原因进行振动处理的效果不是很好，决定从2号机组气封部件形状变化的故障机理，结合高中压转子振动波动的发生实际入手，找出动静碰摩的原因，分析如下：
第一，在冷态启动的时候，机组处于低负 荷工况下、 进入自密封前，高中压缸轴封供汽来源于辅汽联箱，温度都在350℃左右，而轴封附近的缸壁温度这个时候还处在加热的过程中，和排汽温度大体一样，是260℃。 这表明在 低负荷工况下，因为汽轮机 工艺设计的特点，轴封供汽和 它附近的高中压缸 壁温度有90℃左右的温差。
第二，与迷宫气封比较，2号机组高中压轴封使用蜂窝汽封以后，因为轴封级间泄漏不大，使得高温轴 封供汽被堵在了轴封套里面，降低了轴向流动，轴封体和它附近缸壁温差更加显著和长久，从而造成了轴封体形状变化，同时在一定程度上会对汽缸的膨胀造成作用。
迷宫气封因为有环形腔室，工质的环向流动会出现自激扰动，当气封间隙非常小的时候，就会出现 气流激振，而蜂窝汽封 的蜂窝带结构会把类似于迷宫汽封的环形腔室割裂，降低了圆周方向的力，减少了气流激振出现的可能性，这就使蜂窝 汽封的设计 动静间隙更小。
2号机组高中压转子轴封改造成蜂窝汽封后，使得轴封体出现形状变化，而且阻碍了气缸的膨胀，因为蜂窝汽封的动静间隙非常小，转子运行时候的振型高点又正好在轴封的地方，高中压转子就在轴封的地方造成动静摩擦，同时，蜂窝汽封耐磨性非常好，使得轴封地方的摩擦振动非常长久、牢固，可以长达很多年。
在2016年的机组检修中，对2号机组高中压缸进行 揭缸检查后发现，前后轴封的密封环已经出现磨损，这也证实了以前的诊断结论。在机组的回装的时候，把轴封改成迷宫气封设计，并对有显著划痕的转子表面加以打磨。维修完成后启动发现，2号机组高中压转子在低负荷工况下的振动波动故障已经消失，而且高中压缸膨胀的不正常现象也没有了，缸胀曲线变得平滑、顺畅。
结语
汽封改造能够提高汽轮机热效率，但也会造成一些机组的振动故障，其中也有疑难、顽固的振动问题。对某汽轮机在蜂窝汽封改造后出现的振动问题加以研究，得出振动原因是这个型号的汽封的技术特点和高中压轴封工艺设计不吻合，造成了轴封体形状变化，对汽缸膨胀造成了作用，使得高中压转子在轴封的地方出现持久的动静碰摩。因为很多汽轮机在低负荷工况下，高中压轴封供汽温度和周围缸壁都会存在明显的温差的工艺特点，高中压轴封需要慎重选择蜂窝汽封，以防止由于汽封改造带来的振动问题。
参考文献：
[1]何国安，穆元军，赵忠海，张学延.汽轮机汽封改造引发的疑难振动故障治理[J].中国电力，2016，49（06）：57-60.
[2]王学栋，郝玉振，董洋.汽轮机汽封改造的节能效果分析[J].山东电力技术，2014，41（06）：31-35+46.
[3]王学栋，吴丽曼，郝玉振.汽轮机汽封改造对经济指标和振动影响的测试分析[J].山东电力技术，2014，41（03）：63-68.
论文作者:龚文科
论文发表刊物:《电力设备》2017年第22期
论文发表时间:2017/11/30
标签：汽轮机论文; 转子论文; 气缸论文; 机组论文; 蜂窝论文; 动静论文; 间隙论文; 《电力设备》2017年第22期论文;