汽轮机设备及运行讲义（全部） - 图文

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径上流过，所以这种齿形汽封又称为曲径汽封。

蒸汽流过汽封齿尖的最小间隙处，通道面积变小，流速加快、压力降低。蒸汽进入汽封齿后边的汽室，容积突然扩大，产生涡流和碰撞，功能全部消耗，转为热能，在此压力下自行加热，其焓沿等压线又恢复到原来的数值。可见蒸汽通过汽封的过程是压力逐渐降低、焓值保持不变的节流过程，如图2－21所示。蒸汽在汽封前压力为p。，温度为t。。通过一道汽封齿后压力降到p1,然后在第一道汽封齿后的汽室里，蒸汽又在等压下自行

加热到原来的焓值。每经一道汽封齿，就 2—20齿形汽封

重复一次上述过程，直至蒸汽压力降至汽封后边的压力pz。可见，每道汽封齿都分担一部分压降。因为各汽封齿尖间隙δ与齿尖对应的环形面积都大致相等.。

为减少汽封漏汽量，可以减少漏汽面积A,即减少漏汽间隙δ,但δ太小，会发生汽封齿与轴之间的摩擦，引起事故，故δ一般在0.35～0．5mm之间。减少漏汽量的另一方法是降低蒸汽的流速C，由于流速与汽封齿两侧的压差有关，汽封齿越多（当然超过临界值后就不行了），每个齿分担的压降就越小，蒸汽流过齿隙的流速就越小，漏汽量也就越小，也就是齿形汽封能减少漏汽的原因。

图2－21芬诺曲线

二、汽封的种类、构造和材质

早期汽轮机的汽封有碳精汽封和固定式齿形汽封两种。这两种汽封在现代汽轮机中已被淘汰，现在采用的汽封都是弹簧式的金属汽封。弹簧式汽封也有多种形式，如图2－22所示。

图2－22各种类型汽封示意图 1一汽封块；2一汽封套；3一弹簧片

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纵树状汽封最大的优点是允许动、静之间有较大的轴向位移，汽流阻力大，阻汽效果好，在相同的汽封齿数情况下可缩短端部轴封的轴向尺寸。纵树状汽封块一般都用于高压汽轮机组上，放这里不做详细介绍。

图2－22（a）所示为“J形汽封齿的汽封。先在汽封块上车好凹槽，再将弯制好的汽封片下到槽内，然后用弯制好的金属捻条，将汽封片捻在槽中，把凹槽收口铆牢。其静止部分为“J”形汽封齿，转动部分为带有台阶的汽封套。有些小型汽轮机，其轴封不论静止部分还是转动部分，都采用“J”形汽封齿。该汽封齿用厚0．3mm的ICrl8Ni9Ti弯制，捻条也是使用直径约1.5mm的ICr18Ni9Ti钢丝轧制。这种汽封的特点是结构简单，效率高，汽封片薄，柔性好，易变形，即使发生动静摩擦，产生的摩擦热也木大，因此比较安全。

图2－22（b）是常用的隔板汽封结构。在汽封块上先车好汽封齿槽，在汽封槽的端侧钻有小孔，一般直径为3mm左右，将预制好的汽封齿插入槽中，用特制的冲子从孔眼处冲打，汽封片便牢固地和汽封块形成一体，这种汽封齿由两片金属片组成，迎着汽流方向的第一片为软金属材料制成，温度不高时可以铜片作为汽封齿用；后边的一片比第一片短，由20号钢制成，用来增加汽封片的刚度。

图2－22（C）所示的汽封块是一种较常用的汽封形式，汽封齿和汽封块由同一材料整体车制而成。为满足汽封齿耐温、抗蚀、韧性高的需要，整体都要用好材料制做，如黄铜、镍铜，其造价较高。为了将汽封片和汽封块用不同材料分开制做，汽封才发展成图2－22（d）所示的形式。

汽封的材料根据不同的工作温度可分别采用黄铜、镍青铜、镍片、ICr13、15CrMoA及ICr18Ni9Ti等。

汽封间隙要选取适当，要兼顾阻汽效果和安全性，不可偏废。在发电厂中，因汽封间隙小而造成机组振动，使主轴弯曲的，都有先例；因汽封间隙大导致漏汽很大者，更是屡见不鲜。汽封间隙一般按下列数值调整：高压汽封，如图2－22

（a）及（b）的结构形式，汽封径向间隙为0．15～0.3mm，图2－22（c）、（d）结构形 式，可取径向间隙为0.2～0.4mm；低压汽封，径向间隙一般为0.3～

0.7mm。

图2－23汽封间隙简图

汽封间隙的大小，除考虑汽封本身的结构外，还应考虑汽轮机转子的结构情况。对于 整体锻制的转子，汽封的径向间隙可以取为 0．3～0，5mm；对于长度大的挠性转子，还应考虑挠度的影响。另外还与汽封套的直径有关，根据经验，一般汽封径向间隙可按下式选取：

a=0.001～0.0012D b=0.0013～0.0016D

式中：D为汽封齿对应的轴径，mm。a、b、c、d的意义请参看图2－23。汽轮机在冷状态下汽封齿轴向间隙C及d不应相等，因为汽轮机在启动中，汽缸与转子间有温差，转子的膨胀要大于汽缸的膨胀，若转子的膨胀方向如图2－23中所示，则间隙d要比C大，具体数值视转子与汽缸胀差的大小而定。

三、汽封弹簧片

汽封的好坏对汽封漏汽量的影响较大，但弹簧汽封在完成阻止渴汽的过程中，弹簧片起着重要作用，它使汽封块在活动范围内向轴心靠拢，保证汽封齿有一理想的最佳间隙。另外，弹簧片可使汽封块的燕尾紧贴在燕尾槽的内壁上，增加燕尾槽处的密封性。再者，一旦汽封和轴套相碰，汽封块可以做径向移动，减轻动静间的摩擦。总之，要求汽封弹簧片有适度的刚性，太软或太硬，都不能保证上述功能的实现。有些弹簧，在冷状态弹性尚可，在机组运

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行中，弹簧一受热，刚度便明显降低，甚至完全失去弹性。采用销子与汽封块连接的弹簧片如图2－24中I、Ⅱ所示，钻孔后的弹簧片强度减弱，有时会从销孔处断裂。

为了增加弹簧片自身的强度，改变弹簧片和汽封块的连接方式，将弹簧片做成十字形，使两侧的突肩嵌在汽封块燕尾槽的开口中，实现弹簧片和汽封块的连接，如图2－24中的Ⅲ所示。将弹簧片弯出一个圆角。嵌在汽封决背后相应的圆槽里，实现弹簧片和汽封块的连接，如图2－24中Ⅳ所示。Ⅲ和Ⅳ两种弹簧片强度较好，但加工费时。

为了使弹簧片在使用中能保持良好的性能，必须适当选用弹簧片的材质。当温度在400℃时，可选用3Cr13或4Cr13。工作温度为500℃时，可采用60Crl6M2A。对不同的材料采用不同的热处理方法，以改善弹簧片的机械性能。

图2－24汽封弹簧片

四、汽轮机的轴封系统

最简单的轴封系统如图2－25所示。机组启动时，蒸汽经进汽门1、调整门2和3分别进入高、低压轴封的腔室A2和B2，然后向两边分流：一部分进入汽缸。另一部分沿轴向流入腔室A1和B1，防止空气顺着这条通道漏入汽缸，以保持冲动转子所必需的真空度，最后经信号管排入大气。机组正常运行时，关闭进汽门1，高压轴封的漏汽由腔室A2引出，经

图2—25简单的轴封系统

1一进汽门，2．3一调整门；4—排汽门

调整门2和3流向低压轴封的腔室B2。作为低压轴封汽源，多余的蒸汽可经汽门4排入凝汽器。少量的漏汽仍经过腔室A1和B1从信号管排入大气，以使监视轴封系统的工作情况。该轴封系统虽然简单，但不能避免工质损失，并且运行时需要经常进行调整。以保持两端的信号管始终有少量蒸汽冒出。这种情况显然是不能满足大型机组对运行安全性和经济性的要求的。

大型机组通常有一个比较复杂的轴封系统。在这些系统中，除有较多的汽封管道外，还有一些使其工作更加完善的辅助设备。现以国产12．5万千瓦汽轮机组的外部轴封系统（图2一26）为例说明大型机组轴封系统的工作情况。

大型汽轮机的轴封比较长，通常分成若干段，相邻两段之间有一环形腔室，可以装置

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引出或导人蒸汽的管道。国产12．5万千瓦汽轮机的高压缸后轴封有五段四个腔室．中压缸和低压缸的后轴封均为三段二个腔室。与图2－25所示的系统相比，这个系统多了两套辅助设备；一是轴封抽气器和轴封加热器；一是轴封均压箱（轴封压力调整器）。 轴封抽气器是一只低真空的射水式抽气器，装置在主抽气器下部排水管上，利用主抽气器排水的余速建立低于0．97绝对大气压的真空。。轴封加热器是一只表面式加热器。主凝结水流过它的水侧，其汽侧的进口端接轴封抽汽母管，出口端接轴封抽气器。在正常运行状态下，汽侧经常保持约20毫米水银柱的真空度，轴封抽汽母管中的蒸汽、空气混合物便被不断地吸入轴封加热器并将其热量传给主凝缩水。混合物中的蒸汽放热后凝结成水疏入凝汽器，而空气则流向轴封抽气器并被射水流挟带着排入大气。

轴封均压箱又称轴封供汽联箱，与1．03～1比绝对大气压的轴封供汽母管连通，并经轴封压力调整器与6绝对大气压的除氧器汽平衡管连接。轴封压力调整器是一只自动调节的三通汽门，用来维持均压箱和供汽母管的压力在1．03～1．3绝对大气压范围内。当均压箱汽压偏低（例如机组启动过程中和低负荷运行）时，调整器动作，开启除氧器汽平衡管至均

图2－26国产12．5万千瓦汽轮机的轴封系统

压箱的汽门向均压箱供汽；随着汽压升高，汽门自动相应地关小。机组负荷升高时，轴封供汽母管的蒸汽将倒流入均压箱。当均压箱汽压过高时。调整器动作，开启至凝汽器的汽门，将蒸汽排入凝汽器。轴封压力调整器的旁路门是供人工操作向均压箱供汽用的。

轴封系统的工作情况如下；在机组启动和低负荷运行时，轴封均压箱通过供汽母管向各轴封第二腔室A2、B2、C2、D2供汽，在机组高负荷运行时，高、中压缸后轴封漏汽的压力和温度均甚高，此时，腔室A4、A3的部分蒸汽分别送入第三段和第六段抽汽管，去除氧器和第二号低压加热器以加热凝结水。腔室A2、B2中的部分蒸汽倒入1，03～1．3绝对大气压母管并流向腔室C2、D2供低压后轴封用，多余的部分经轴封压力调整器排入凝器器。各轴封末端腔室A1、B1、C1、D1内的蒸汽、空气混合物则通过0.97绝对大气压母管流入轴封加热器。

由此可见，由于增加了两套辅助设备，这个系统便具有如下优点：第一，全部轴封漏