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摘要 轴封系统足汽轮机安全经济运行不可缺少的重要组成部分，轴封系统在汽轮机运行中起着重要的作用，一个完善的轴封系统既要防止级问、端汽封漏汽；又要避免动静碰磨。本文详细的分析了200MW、300MW和600MW典型机组的轴封系统结构特点，通过找到最合理的轴封系统来提高汽轮机轴封系统的热效率。
關键词：汽轮机，轴封系统，提高效率
一、课题研究现状
根据近几年来现场的新型汽封陆续出现的型式，汽封可分为大间隙汽封和小问隙汽封两类。传统的齿形汽封是大间隙汽封。近10年来，为了提高机组的经济性和安全性，提出了一些改型的汽封，如可调汽封(布莱登汽封)，蜂窝式汽封，铁素体汽封，铜汽封等。近几年国内出现了几种小间隙汽封，如刷子汽封、接触式王常春汽封、柔齿汽封以及弹性齿汽封，这些汽封的共同特点是汽封齿相当柔软，汽封齿安装间隙可为零，转子可自适应地摩擦出轴径轨迹所需要的汽封内椭圆，对转子表面不会有损伤。这就使汽封漏汽间隙降到最小值，其效益非常明显。汽轮机汽封按其装置位置的不同分为隔板汽封、叶顶汽封以及汽缸端部的汽封(轴封)。
而目前，国产汽轮机轴封系统，特别是九十年代以前的机组均未设计轴封系统蒸汽温度、压力调节站，要使汽封系统的温度和压力能够在启动，运行以及停机时均能自动调节，就必须设置温度、压力调节站，使系统达到稳定调节，大型汽轮机组的轴封系统为了达到安全、经济运行，采用全自动微电脑控制程序，取得良好的效果，但投资颇大[1]。
二、轴封结构对机组煤耗影响的分析
2.1典型轴封结构特点分析
汽轮机的轴封系统是汽轮机装置中不可缺少的一部分，它直接影响到整个机组的经济性。汽轮机轴封系统的作用是在汽轮机的轴端形成蒸汽密封，防止高压部分缸内的蒸汽外漏造成轴承油内进水和蒸汽能量损失；防止真空部分外界空气顺转轴漏进汽缸。影响机组真空和运行安全。同时轴封回收利用系统合理的回收利用了轴封漏汽，使机组的经济性得以提高[2]。
2.2 200MW轴封系统分析
图3．1为国产N200．12．75／535／535汽轮机的轴封系统示意图，共有六组轴端汽封组成(三个正压轴封，三个负压轴封)。来自除氧器水箱汽空间或汽平衡管的轴封供汽，经历压力调节器，送到供汽母管，然后分别送到三个汽缸的端部汽封，以防止空气漏入真空系统；此外，当机组启动前凝汽器内需要抽真空时，仍可防止空气从轴封进入汽缸。轴封供汽供到轴封第五、六段之间后，分别经第五、六段轴封齿中漏出，一部分同由四段漏出的蒸汽一起，送入轴封加热器，另一部分同空气一起被轴封抽气器抽到轴封抽气冷却器中，此股汽一气混合物也被称为轴封回汽。用轴封抽气器的目的是防止漏出的蒸汽进入厂房和油系统中，为此对漏出的蒸汽进行工质和热量的回收。在正常运行中，轴封供汽因管中压力为O．147Mpa，轴封内供汽压力为O．10l Mpa，轴封抽汽压力为O．095Mpa。轴封内脏力J监保持住规定值附近，压力过高将使油中进水，压力过低还会影响真空。为了便于调整轴封内压力，在各轴封供汽管路上均装有阀门[3]。
国产200MW轴封系统的设计合理性在于系统中加入了轴封加热器，使能位较低的漏汽得到了更充分、合理的应用，因此机组的循环效率有了大幅度的提高。它的缺点在于低压轴封供汽不足，温度过高；由于大部分阀门都是人工手动调节，这样就造成了调节不及时，会出现轴瓦冒汽，造成油中进水；还会出现真空下降，严重影响机组的安全经济运行。
2.3 300MW轴封系统分析
图3．2为国产300MW凝汽式汽轮机轴封系统示意图。从图可以看出高压缸前端轴封A由七段六个腔室构成，其后端轴封B有五段四个腔室；中压缸前端C有六段五个腔室，其后端轴封D为三段二腔室；低压缸的前端轴封E、F、G、H均为三段二腔室构成。
由于高压缸前端轴封漏汽的压力、温度较高，因此A端轴封较长，轴封各段形成的六个腔室中，A5、A6布置在高压外缸内。蒸汽从调节级喷嘴后漏入A6腔，其中部分蒸汽通过管子引入第8级后参加做功，另一部分蒸汽送入中压缸前轴封C的C5腔。A5腔与高压内外缸的夹层相通、而央层内汽压比A6高，所以将所有部分蒸汽漏至A6腔，其余的漏向A4腔。这样安排的目的是不让A6腔的高温汽流向外泄漏，而用温度较低的央层汽流代替。A4腔同第4级抽汽0．77Mpa，去除氧器)的管路相连，由此回收漏汽量。A3腔同第7级抽汽0．082Mpa，去第7号低压加热器)的管路相连，从A4腔来漏汽可全部由A3腔回收第7级低压加热器加热凝结水。
国产300MW轴封系统的合理性在于加入了均压箱，均压箱装有压力调整器，汽源来自除氧器或二次减温器。若均压箱内汽压太高，则压力调整器工作，减小进入均压箱的增气量。若仍然太高，还可增大泄放量，使之维持均压：若均压箱压力较低，则进行相反的调节。此外，还有一只调整器的旁路汽阀，可以人工控制除氧器送来的蒸汽，以维持均压箱的汽压。
而它的缺点在于它是负压轴封，在负压较高时，蒸汽将漏入O．10lMpa母管；当负压较低需要来自0．10lMpa母管的蒸汽封隔大气。而这部分的压力很难调整，若供汽压力高了，则蒸汽外漏，使油中进水；若供汽压力低了，空气就会进入凝汽器内，使真空降低。
2.4 600MW自密封轴封系统分析
图3．3为600Mw超临界汽轮机轴封系统多为自密封系统。这种轴封系统的特点是：高、中压缸轴封“X”腔室前没有与低压缸加热器相通的腔室，在机组高负荷运行时，“X’’腔室的压力可以高于轴封供汽联箱的压力，其漏汽可以向低压缸轴封供汽，实现两者之间供汽的自身平衡。系统配置一套可靠的供汽调压、调温装置，可以在任何运行工况满足高中压缸和低压缸各轴封供汽参数的要求，还能向给水泵汽轮机轴封供汽，其汽源能满足机组冷、热态启动和停机的需要，并设有溢流泄压装置和轴封抽气装置。
600Mw自密封系统最大的优点在于当机组达到75％负荷时，高、中压缸的轴封漏汽可以满足低压缸轴封供汽的需要量，此时轴封系统达到自密封(无需外部汽源供汽)。并且该系统的所有调节阀由Dcs(集中控制系统)控制，调节阀的阀体及执行机构采用进口件，性能稳定，运行可靠。该系统还设置l台汽封加热器及2台轴封风机(其中l台备用)，用于抽出最后一段轴封腔室漏汽，并通过调节汽封加热器的冷却水量或轴封风机的风门维持该腔室微负压运行，以防止蒸汽从轴端漏出[4]。
而它的缺点就在于对阀门性能要求高，因此调节阀全部采用进口设备，投资相应增加，系统维护费用也相应增加。
三、结论
由上述分析可以看出600MW自密封系统设计最为合理，经济性最高。自密封汽封系统各控制站实行自动控制，这样，该汽封系统从机组启动到满负荷运行，全过程均能按机组汽封供汽要求自动进行切换。
传统汽封系统与臼密封汽封系统棚比，盼者组成及主要设备并未减少，正常运行时还需2套调压控制站同时工作，系统运行较复杂，向且漏汽多少有时也需要人工丌启阀门调整，没有充分利用汽封系统自身循环及自动控制性能，其可靠性及工况适应性均较差。
参考文献
[1]伟良，黄其励．热经济学的结构理论及其应用．哈尔滨工业大学学报，2005，10：1388～1445
[2]亚萍．汽轮发电机组轴封系统改造经验介绍．河南电力，2006，4：58～60
[3]丽华，李勇，谭旭．带有侧齿的曲径轴封及其漏汽量研究．汽轮机技术，2005，
47(1)：49～5l
[4]云辉．200Mw汽轮机轴封压力控制系统改造．江西电力，2005，5：22～24
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
關键词：汽轮机，轴封系统，提高效率
一、课题研究现状
根据近几年来现场的新型汽封陆续出现的型式，汽封可分为大间隙汽封和小问隙汽封两类。传统的齿形汽封是大间隙汽封。近10年来，为了提高机组的经济性和安全性，提出了一些改型的汽封，如可调汽封(布莱登汽封)，蜂窝式汽封，铁素体汽封，铜汽封等。近几年国内出现了几种小间隙汽封，如刷子汽封、接触式王常春汽封、柔齿汽封以及弹性齿汽封，这些汽封的共同特点是汽封齿相当柔软，汽封齿安装间隙可为零，转子可自适应地摩擦出轴径轨迹所需要的汽封内椭圆，对转子表面不会有损伤。这就使汽封漏汽间隙降到最小值，其效益非常明显。汽轮机汽封按其装置位置的不同分为隔板汽封、叶顶汽封以及汽缸端部的汽封(轴封)。
而目前，国产汽轮机轴封系统，特别是九十年代以前的机组均未设计轴封系统蒸汽温度、压力调节站，要使汽封系统的温度和压力能够在启动，运行以及停机时均能自动调节，就必须设置温度、压力调节站，使系统达到稳定调节，大型汽轮机组的轴封系统为了达到安全、经济运行，采用全自动微电脑控制程序，取得良好的效果，但投资颇大[1]。
二、轴封结构对机组煤耗影响的分析
2.1典型轴封结构特点分析
汽轮机的轴封系统是汽轮机装置中不可缺少的一部分，它直接影响到整个机组的经济性。汽轮机轴封系统的作用是在汽轮机的轴端形成蒸汽密封，防止高压部分缸内的蒸汽外漏造成轴承油内进水和蒸汽能量损失；防止真空部分外界空气顺转轴漏进汽缸。影响机组真空和运行安全。同时轴封回收利用系统合理的回收利用了轴封漏汽，使机组的经济性得以提高[2]。
2.2 200MW轴封系统分析
图3．1为国产N200．12．75／535／535汽轮机的轴封系统示意图，共有六组轴端汽封组成(三个正压轴封，三个负压轴封)。来自除氧器水箱汽空间或汽平衡管的轴封供汽，经历压力调节器，送到供汽母管，然后分别送到三个汽缸的端部汽封，以防止空气漏入真空系统；此外，当机组启动前凝汽器内需要抽真空时，仍可防止空气从轴封进入汽缸。轴封供汽供到轴封第五、六段之间后，分别经第五、六段轴封齿中漏出，一部分同由四段漏出的蒸汽一起，送入轴封加热器，另一部分同空气一起被轴封抽气器抽到轴封抽气冷却器中，此股汽一气混合物也被称为轴封回汽。用轴封抽气器的目的是防止漏出的蒸汽进入厂房和油系统中，为此对漏出的蒸汽进行工质和热量的回收。在正常运行中，轴封供汽因管中压力为O．147Mpa，轴封内供汽压力为O．10l Mpa，轴封抽汽压力为O．095Mpa。轴封内脏力J监保持住规定值附近，压力过高将使油中进水，压力过低还会影响真空。为了便于调整轴封内压力，在各轴封供汽管路上均装有阀门[3]。
国产200MW轴封系统的设计合理性在于系统中加入了轴封加热器，使能位较低的漏汽得到了更充分、合理的应用，因此机组的循环效率有了大幅度的提高。它的缺点在于低压轴封供汽不足，温度过高；由于大部分阀门都是人工手动调节，这样就造成了调节不及时，会出现轴瓦冒汽，造成油中进水；还会出现真空下降，严重影响机组的安全经济运行。
2.3 300MW轴封系统分析
图3．2为国产300MW凝汽式汽轮机轴封系统示意图。从图可以看出高压缸前端轴封A由七段六个腔室构成，其后端轴封B有五段四个腔室；中压缸前端C有六段五个腔室，其后端轴封D为三段二腔室；低压缸的前端轴封E、F、G、H均为三段二腔室构成。
由于高压缸前端轴封漏汽的压力、温度较高，因此A端轴封较长，轴封各段形成的六个腔室中，A5、A6布置在高压外缸内。蒸汽从调节级喷嘴后漏入A6腔，其中部分蒸汽通过管子引入第8级后参加做功，另一部分蒸汽送入中压缸前轴封C的C5腔。A5腔与高压内外缸的夹层相通、而央层内汽压比A6高，所以将所有部分蒸汽漏至A6腔，其余的漏向A4腔。这样安排的目的是不让A6腔的高温汽流向外泄漏，而用温度较低的央层汽流代替。A4腔同第4级抽汽0．77Mpa，去除氧器)的管路相连，由此回收漏汽量。A3腔同第7级抽汽0．082Mpa，去第7号低压加热器)的管路相连，从A4腔来漏汽可全部由A3腔回收第7级低压加热器加热凝结水。
国产300MW轴封系统的合理性在于加入了均压箱，均压箱装有压力调整器，汽源来自除氧器或二次减温器。若均压箱内汽压太高，则压力调整器工作，减小进入均压箱的增气量。若仍然太高，还可增大泄放量，使之维持均压：若均压箱压力较低，则进行相反的调节。此外，还有一只调整器的旁路汽阀，可以人工控制除氧器送来的蒸汽，以维持均压箱的汽压。
而它的缺点在于它是负压轴封，在负压较高时，蒸汽将漏入O．10lMpa母管；当负压较低需要来自0．10lMpa母管的蒸汽封隔大气。而这部分的压力很难调整，若供汽压力高了，则蒸汽外漏，使油中进水；若供汽压力低了，空气就会进入凝汽器内，使真空降低。
2.4 600MW自密封轴封系统分析
图3．3为600Mw超临界汽轮机轴封系统多为自密封系统。这种轴封系统的特点是：高、中压缸轴封“X”腔室前没有与低压缸加热器相通的腔室，在机组高负荷运行时，“X’’腔室的压力可以高于轴封供汽联箱的压力，其漏汽可以向低压缸轴封供汽，实现两者之间供汽的自身平衡。系统配置一套可靠的供汽调压、调温装置，可以在任何运行工况满足高中压缸和低压缸各轴封供汽参数的要求，还能向给水泵汽轮机轴封供汽，其汽源能满足机组冷、热态启动和停机的需要，并设有溢流泄压装置和轴封抽气装置。
600Mw自密封系统最大的优点在于当机组达到75％负荷时，高、中压缸的轴封漏汽可以满足低压缸轴封供汽的需要量，此时轴封系统达到自密封(无需外部汽源供汽)。并且该系统的所有调节阀由Dcs(集中控制系统)控制，调节阀的阀体及执行机构采用进口件，性能稳定，运行可靠。该系统还设置l台汽封加热器及2台轴封风机(其中l台备用)，用于抽出最后一段轴封腔室漏汽，并通过调节汽封加热器的冷却水量或轴封风机的风门维持该腔室微负压运行，以防止蒸汽从轴端漏出[4]。
而它的缺点就在于对阀门性能要求高，因此调节阀全部采用进口设备，投资相应增加，系统维护费用也相应增加。
三、结论
由上述分析可以看出600MW自密封系统设计最为合理，经济性最高。自密封汽封系统各控制站实行自动控制，这样，该汽封系统从机组启动到满负荷运行，全过程均能按机组汽封供汽要求自动进行切换。
传统汽封系统与臼密封汽封系统棚比，盼者组成及主要设备并未减少，正常运行时还需2套调压控制站同时工作，系统运行较复杂，向且漏汽多少有时也需要人工丌启阀门调整，没有充分利用汽封系统自身循环及自动控制性能，其可靠性及工况适应性均较差。
参考文献
[1]伟良，黄其励．热经济学的结构理论及其应用．哈尔滨工业大学学报，2005，10：1388～1445
[2]亚萍．汽轮发电机组轴封系统改造经验介绍．河南电力，2006，4：58～60
[3]丽华，李勇，谭旭．带有侧齿的曲径轴封及其漏汽量研究．汽轮机技术，2005，
47(1)：49～5l
[4]云辉．200Mw汽轮机轴封压力控制系统改造．江西电力，2005，5：22～24
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。