小汽輪機汽封間隙問題研究論文

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摘要：通過對邯峰發電廠＃1機組小汽輪機汽封間隙變化分析，確定了原因在于小汽輪機浮動布置方式和排汽管道萬向鉸接補償器常平環剛度不足，經過中方設計人員計算，確定了改造方案，解決了此問題，同時＃2機組也得到了借鑒。

關鍵詞：給水泵汽輪機；管道位移；分析；汽封間隙

邯峰發電廠＃1、＃2機組分別設計有1臺35％容量的電動給水泵和2臺50％容量的汽動給水泵，3臺給水泵均布置于16m運轉平臺。汽動給水泵由德國KSB泵廠生產，給水泵汽輪機（以下簡稱小汽輪機）由德國SIEMENS公司生產，小汽輪機汽封采用普通的梳齒型結構。供、排汽管道系統由德國SIEMENS公司設計。供汽汽源主要有5段抽汽、再熱冷段、輔助蒸汽，小汽輪機排汽經ø2220mm管道排至凝汽器。

1問題的提出

邯峰發電廠＃1機組自2000年10月開始整套啟動，當凝汽器抽真空后，發現2臺小汽輪機對輪中心發生較大的變化。經檢查發現，小汽輪機排汽管道向凝汽器側有較大的移動。隨著凝汽器真空值增加，管道位移越來越大，外觀觀察排汽管道向凝汽器側最多位移達65mm，造成了小汽輪機汽封間隙跑偏，影響了小汽輪機試運轉。汽封間隙變化見表1。

2原因分析

2．1小汽輪機排汽管道設計原理

＃1機小汽輪機布置在16m運轉層平臺水泥臺座上，水泥臺座由布置在運轉層鋼結構上的彈簧組支撐，整個小汽輪機和運轉層鋼結構屬于國內罕見的懸浮式布置。排汽管道在16m運轉層和9m加熱器平臺之間，管道布置形式如圖1所示。

小汽輪機排汽管道上設計有3個補償器，水平管道上裝有2個萬向鉸接補償器，分別布置在小汽輪機排汽閥門兩側。立管上安裝有1個鉸接補償器。由于來自大氣的壓力較大，水平管道將受到來自A向巨大的軸向推力。為了保證凝汽器不受到推力，水平管道上的2個萬向鉸接補償器將水平管道上的巨大推力吸收。與此同時，立管也將隨之向凝汽器側移動，為了使小汽輪機也不受到推力，此時立管鉸接補償器產生以鉸接點為中心點的小折角。所有來自大氣壓A向的壓力，均應被3個補償器吸收。而鉸接補償器鉸接點以上的部件和閥門后萬向鉸接補償器鉸接點以后的部件均不受力。因此，3個補償器聯合作用可以吸收水平管道上的軸向位移和立管上的徑向位移，小汽輪機排汽管道應按照圖2所示虛線軌跡變化。

當凝汽器破壞真空時，小汽輪機排汽管道立管鉸接補償器鉸接點和水平管道閥門后的萬向鉸接補償器鉸接點之間的管道部件將基本復位，確保機組安全運行。

2．2原因分析

當凝汽器抽真空時，小汽輪機排汽管道運行工況下，來自A向大氣的壓力約為：

式中F———作用在排汽管道上的力，N

P———凝汽器真空與大氣壓差值，MPa

d———排汽管道直徑，m

由于來自大氣的壓力較大，自然水平管道和立管將受到巨大的推力，補償器聯合作用，雖然可以吸收水平管道的軸向位移和立管的徑向位移，但是由于水平管道布置并不是垂直于凝汽器連接，而是A、B2臺小汽輪機排汽水平管道與凝汽器垂直方向均設計了一個7．14°的角度，在水平管道上還產生一個扭力F′＝Ftg7．14°＝348191×tan7．14°＝43160（N）。F′沒有被水平管道上的萬向鉸接補償器完全吸收，余力沿立管向上傳遞，使立管產生扭轉，但立管上的鉸接補償器只能以鉸接點為中心在垂直方向進行很小的轉動，而不能吸收水平管道傳遞來的扭力，因此被直接傳遞到小汽輪機，雖然該扭力很小，但由于德方設計的小汽輪機懸浮布置在彈簧機座上，很小的扭力會導致小汽輪機發生扭轉。因此汽封間隙發生變化，管道偏移過大時，會導致小汽輪機軸承座被拽偏。

3處理措施

3．1處理過程

小汽輪機汽封間隙發生變化后，中德雙方立即成立了缺陷處理小組。德方專家首先在水平管道2個補償器中間的排汽管道正上方安裝固定支撐，用于頂住排汽管道，限制其向上位移，同時，用固定支架限制排汽管道彎頭支架位移，改造后，對凝汽器進行了抽真空試驗，結果問題依然存在，不能滿足小汽輪機啟動要求。然后，德方專家又采取加長水平管道長度，根據真空狀態下排汽管道向凝汽器側移動位移值，在閥門法蘭結合面處加裝50mm厚鋼墊圈，用來補償管道位移，真空試驗結果仍然不能滿足小汽輪機啟動要求。最后，歸納出其根本原因在于小汽輪機的懸浮布置方式，這種方式絕對不允許小汽輪機承受來自立管方向的扭力。由此，制定出2套方案，一是更改圖紙設計，采用1個曲管壓力平衡波紋補償器取代2個萬向鉸接補償器和1個鉸接補償器；二是現場改造已安裝的萬向鉸接補償器。經過現場勘察，安裝曲管壓力平衡波紋補償器需要空間位置較大，如果更換補償器，需要更改許多管道，而且曲管壓力平衡波紋補償器還存在一個生產周期問題，因此決定采取第2套方案。如圖3、圖4所示。

3．2具體措施

在萬向鉸接補償器的常平環兩側拼裝高200mm、厚40mm環形鋼板作為加固翼緣，環形翼緣板內環與萬向鉸接補償器外壁焊接，然后沿翼緣的外環頂端焊接寬570mm、厚25mm環形鋼板，保持萬向鉸接補償器鉸接點處斷開。加固后的萬向鉸接補償器常平環，可以提高水平管道萬向鉸接補償器的剛性，吸收水平管系產生的扭力，同時在水平管道增加滑動支架，當水平管道受到扭力時起到一定的保護作用。由于改造后管系的質量增加，同時需要重新調整＃1和＃2彈簧支架的載荷，確保管系載荷分布平衡。

4應用效果

在2000年11月初的凝汽器抽真空試驗中，小汽輪機排汽管道向凝汽器側位移最大只有10mm左右，滿足了設計要求。并對小汽輪機軸承座、汽封間隙重新進行了調整，同時對小汽輪機各監測點進行了測量，測量結果合格。在＃2機組小汽輪機排汽管道安裝之前，萬向鉸接補償器生產廠家已按照現場實際情況做了改造，運行至今，2臺機組小汽輪機排汽管道工況良好。