第一章 绪论
在汽轮机热功转换的各项损失中，汽封漏汽损失占有很大比重，对汽轮机的热功转换效率有重要影响。汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低，漏汽损失占级总损失的29%，动叶顶部漏汽损失则占总漏汽损失的80% ，比静叶或动叶的型面损失或二次流损失还大，后者仅占级总损失15%。因此减少汽封间的漏气损失对提高汽轮机效率有着重要的意义。
第二章 汽封所存在的问题
2.1汽封本身问题
1．汽封材质不对，运行中造成汽封片倒伏，造成漏气。
2．汽封弧度不对，汽封弧度过大或过小，造成密封不严漏气。
3．汽封圆周尺寸不对，汽封圈周长过长或过短形成漏气。
4．汽封块相对结合面不严密，造成漏气。
2.2检修问题
1．汽封盒汽封槽道结垢，未清理彻底，汽封与汽封槽道间隙过小。汽封块有卡涩，造成漏气。
2．汽封盒洼窝中心不对。
3．汽封弹簧片强度不够。
4．汽封安装间隙与转子旋转方向相反。
5．汽封装反。
6．汽封膨胀间隙不对。
7．汽封轴向间隙、径向间隙调整不合理。
8．汽封排气管不畅通，排汽管流量不够
2.3运行问题
1．检修后开机气缸膨胀不均匀，造成汽封磨损，产生漏气。
2．机组震动过大，造成汽封瞬间损坏，产生漏汽。
3．汽封压力调整过大，造成漏气。
2.4汽封问题的影响
汽封又是汽轮机动静部件之间的过渡部件，极易因汽封体故障而引起汽轮机动静部件之间直接摩擦碰撞，伤及汽轮机大轴，严重时造成大轴永久性弯曲的重大事故。
轴封的蒸汽泄漏除了浪费大量高品质蒸汽，而且外漏蒸汽进入轴承箱，使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量变差，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振动甚至烧轴瓦停机。油中进水也会造成调节部件锈蚀卡涩，危及机组安全。低压缸轴端汽封密封不严，引起真空降低，汽机效率下降，汽耗增大。
第三章 各种型式汽封的特点及应用效果
3.1传统曲径汽封(梳齿汽封)
传统曲径汽封一般采用高低齿曲径式结构、斜平齿结构或镶嵌齿片式结构 ,利用许多依次排列的汽封齿与轴之间较小的间隙 ,形成一个个的小汽室 ,使高压蒸汽在这些汽室中逐级降低压力 ,来达到减少蒸汽泄漏的目的。如图1所示：
图1传统型曲径汽封
曲径汽封存在以下主要缺点:
(1) 汽轮机在起停机过程中过临界转速时 ,转子振幅较大 ,若汽封径向安装间隙较小 ,汽封齿很容易磨损;
(2) 由于轴封漏汽量较大(尤其在汽封齿被磨损后) ,蒸汽对轴的加热区段长度有所增加 ,并且温度也有所升高 ,使胀差变大 ,轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏 ,造成漏汽量增加 ,密封效果得不到保证;
(3) 汽封齿与轴发生碰磨时 ,瞬间产生大量热量 ,造成轴局部过热 ,甚至可能导致大轴弯曲。所以在机组检修时 ,电厂只能把汽封径向间隙调大 ,以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性;
(4) 曲径汽封环形腔室的不均匀性,是产生汽流激振的重要原因,而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决,危及机组的安全运行。
3.2 布莱登汽封
布莱登汽封改进了曲径汽封块背部采用板弹簧的退让结构 ,将螺旋弹簧安装在两个相邻汽封块的垂直断面 ,并在汽封块上加工出蒸汽槽 ,以便在汽封块背部通入蒸汽(图 2) ,汽封齿仍采用传统的梳齿式。在自由状态和空负荷工况时 ,汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开 ,使径向间隙大于传统汽封的间隙值 ,避免或减轻了机组起停过程中过临界转速时 ,由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。随着负荷增加 ,汽封块背部所承受的蒸汽压力逐渐增大并克服弹簧张力 ,使汽封块逐渐合拢 ,径向间隙逐步减小 ,各级汽封块完全合拢 ,达到设计最小径向间隙小于传统曲径汽封的间隙值。
图2自调整汽封
布莱登汽封的安装条件是汽封块背部须有足够大的压差 ,因此仅可以使用在高、中压缸隔板汽封和轴封 ,而低压部分不适用。布莱登汽封应用中两个最主要的问题是弹簧质量和卡塞 ,对蒸汽品质要求较高。
使用布莱登汽封应注意的问题有:
(1) 冷态起动胀差较大 ,在起动和初始负荷阶段 ,汽封在弹簧作用下 ,处于全开位置 ,此时间隙最大 ,汽封漏汽量大 ,转子加热快 ,若汽缸加热滞后 ,易出现较大的正胀差;
(2) 运行中汽封块不能完全合拢 ,在所调查的机组中 , 有些机组由于自调整汽封加工尺寸、弹簧质量或安装工艺等方面存在问题 ,使得机组在运行中汽封块不能完全合拢 ,因此需要选择质量可靠的产品 ,并保证实施时具有精湛的安装工艺;
(3) 起停机时汽封块打不开 ,若汽水品质差 ,通流积垢严重 ,汽封块被卡死 ,停机过程不能打开。再次起机时 ,因汽封间隙较小而出现动静碰磨 ,损伤齿、轴 ,并可能产生振动。
3.3刷式汽封
近年来国外有公司开发出一种性能较好的刷式汽封(如图 3、图 4) ,其刷子纤维材料采用高温合金 Haynes 25 ,汽封侧板材料采用 300 或400系列不锈钢,刷子纤维沿轴转向成一定角度安装,可柔性地适应转子的瞬态偏震。刷式汽封具有良好的柔性,一旦与转子发生碰磨,刷子不易磨损,并且对轴无伤害。
图3自调整刷式汽封 图4动叶顶刷式汽封
采用刷式汽封可将动叶叶顶汽封间隙由设计值0.75mm减小至 0. 45mm,隔板汽封可由设计值 0. 75mm缩小至 0.051mm,汽封间隙的降低使得密封效果得到改善 ,汽轮机缸效率提高。刷式汽封的一个重要问题就是应用于汽轮机高、中压部分时由于刷子前后压差过大 ,导致刷子纤维倒伏 ,为此国外公司设计出一种带压力平衡腔的刷式汽封(如图 5 所示) ,很好地解决了该问题。刷式汽封的使用寿命一般为 8～10 年。
图5刷式汽封
3.4蜂窝式汽封
该型汽封根据蜂窝状阻汽原理设计 ,蜂窝式汽封组件包括汽封环、蜂窝带、调整块和调整垫片等部件。蜂窝带由厚度为 (0. 05～0. 1) mm 的海斯特镍基耐高温合金(Hastelloy2x)薄板加工成正六棱形孔状结构 ,工作温度可达 1000 ℃。汽封环材质为 15CrMoA ,在 550 ℃以下工作时具有较高的热强性和足够的抗氧化性。
蜂窝式汽封具有以下特点:
(1) 蜂窝带由合金制成 ,耐高温、质地较软 ,与转子碰磨时 ,对转子伤害较轻;
(2) 蜂窝带钎焊在曲径式汽封相邻高齿中间部位 ,尺寸较宽 ,轴上凸台始终对着蜂窝带 ,能保持良好的密封间隙;
(3) 蜂窝式汽封的安装间隙可取原标准间隙的下限 ,密封间隙较小 ,此外蜂窝结构相对于曲径汽封的环形腔室可大大降低泄露蒸汽的流速 ,使涡流阻尼作用增强 ,进入蜂窝孔的蒸汽充满蜂窝孔后反流出 ,对迎面泄漏来的蒸汽产生阻滞作用 ,因此密封效果较好 ,试验表明 ,在相同汽封间隙和压差的条件下 ,蜂窝式汽封比曲径汽封平均减小泄漏损失约 30 %～50 %;
(4) 每个蜂窝带都可收集水 ,并通过背部的环形槽将水疏出 ,提高湿蒸汽区叶片通道上的去湿能力 ,减少末几级动叶的水蚀 ,其缺点是易于结垢;
(5) 蒸汽充满蜂窝孔后反流出 ,在轴的汽封套表面形成一层汽垫 ,增强了轴的振动阻尼 ,削弱轴的振动 ,阻碍了汽流激振的形成。
3.5我公司#2机轴端汽封改造效果分析
#2机轴封存在的问题
① 轴封密封效果不佳，漏汽大；
② 如果开机控制欠妥，膨胀不顺，上下缸温偏大导致汽缸变形等都会导致轴承振动，振动偏大会导致轴封碰磨，碰磨又会加剧振动，形成恶性循环（机组自投产运行以来，滑销系统时有膨胀不顺，轴瓦振动偏大）；
③ #1、2瓦轴承箱内进汽严重，使油中带水，破坏油质，影响机组安全。
针对上述原因，将#2机高压缸高压侧三道，低压侧两道迷宫式汽封，改为蜂窝式汽封后。
改造后漏气现象明显减少，机组效率有所提高，轴承箱进水现象减轻。
针对#4机大修前的建议及看法
(1) #4机低压缸结合面不严造成，漏气现象严重，严重影响机组真空。高压缸内缸也存在漏气现象。
建议：研磨汽缸结合面，并焊补的方法进行密封。
(2) 针对汽轮机启停中在临界转速时振动加大，为了避开震动过大对汽封的伤害，建议在高压缸轴封系统的高压侧更换几道布莱登汽封。
(3) 为了减小#4级内损失，建议将动叶顶部的阻汽片改为动叶顶刷式汽封。
(4) 利用蜂窝式汽封的蜂窝带都可收集水 ,并通过背部的环形槽将水疏出 ,提高湿蒸汽区叶片通道上的去湿能力 ,减少末几级动叶的水蚀的特点，建议将处于低压缸湿蒸汽区的末级隔板汽封改为蜂窝式汽封。
(5) 打磨叶片，减少摩擦损失，提高效率。
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