发电厂汽轮机轴封系统

汽轮机是一种高速旋转的动力机械。为了保证设备运行安全，防止动、静部分产生摩擦，动、静部分必须存在间隙。而这些间隙的存在，对机组的运行又会产生以下两方面的影响：一方面是导致蒸汽的泄漏，降低汽轮机的效率；另一方面是导致空气向机组的真空部分泄漏，降低运行真空，导致影响机组的经济性和安全性。

汽封系统的功能

1、防止汽机内蒸汽沿轴线外泄进入轴承后造成油中带水，影响油质；

2、防止蒸汽泄入汽轮机房，影响环境；

3、防止空气漏入低压缸内影响机组真空度。

4、回收高、中压主汽门和调节汽门的阀杆漏出来的蒸汽。

汽轮机轴封系统主要包括主汽门和调节汽门的门杆漏气；中压联合汽门门杆漏气；高、中、低压缸前后轴封漏汽和轴封供汽。

汽封的分类

高速旋转的的汽轮机，其动静部分必须留有一定的间隙，为了减小泄漏，必须安装防止泄漏的装置来提高汽轮机的工作效率，这种装置通常称为汽封。

密封从结构原理上讲，一般分为三种类型，即：迷宫式汽封、炭精环式密封和水环式汽封，炭精式密封和水环式密封属于接触式密封，仅在小功率机组上使用，而广泛使用在大功率汽轮发电机组上的是非接触式的迷宫式密封。

根据汽封装设的位置不同，汽封又分为下列几种：

1、叶栅汽封

主要密封的位置包括动叶片围带处和静叶片或隔板之间的径向、轴向以及动叶片根部和静叶片或隔板之间的径向、轴向汽封。

2、隔板汽封

隔板内圆面之间用来限制级与级之间漏气的汽封。

3、轴端汽封

在转子两端穿过汽缸的部位设置合适的不同压力降的成组汽封。

由于装设部位不同，密封方式不同，采用的汽封形式也不尽相同，通常叶栅汽封和隔板汽封又称为通流部分汽封。

迷宫式汽封又称为拉别令汽封或曲径汽封，其工作原理是：在合金钢环体上侧制出一连串较薄的薄片，每一个扼流圈后一个膨胀室，当蒸汽通过时，速度加快，在膨胀室蒸汽的动能变化为热能，压力降低，比容增大，依此类推，在蒸汽通过多个扼流圈时，其每个扼流圈的前后压差就很小，泄漏量就降低很多。

曲径式汽封的结构形式

高低齿汽封

轴端密封

汽轮机轴端密封装置有两个方面的功能，一是在汽轮机压力区段防止蒸汽外泄，确保进入汽轮机的全部蒸汽都沿汽轮机的叶栅通道前进做功，提高汽轮机的效率；二是在真空区段，防止汽轮机外侧的空气向汽轮机内泄，保证汽轮机组有良好的真空，降低汽轮机的背压，提高汽轮机的做功能力。一般情况下每一个汽缸都有一组轴封，每组轴封有多段轴封组成，并配有相应的供汽系统。

汽轮机轴封蒸汽系统

该系统是由汽轮机的轴封装置、汽封冷却器、轴封压力调节阀、轴封风机、压力调节阀以及相应的管道、阀门等部件组成。当机组在启动时，轴封蒸汽系统的汽源主要来自辅汽母管。为了防止杂质进入端轴封，供汽母管上设有蒸汽过滤网。辅汽进入轴封调压部件进行调压，调压后的辅汽随时由压力表、温度表监测，使辅汽在各种工况下维持其压力和温度的正常值。另外，还有一部分轴封汽来自高、中调门杆漏汽。

在汽轮机的高、中、低压缸中，汽缸内外压差较大。正常运行时，高压缸轴封要承受很高的正压差，中压缸轴封次之，而低压缸则要承受很高的负压差。因此，这三个汽缸的轴封设计有较大的区别。为实现蒸汽不外漏、空气不内漏的轴封设计准则，除通过结构设计减小通过轴封的蒸汽（或空气）的通流量外，还必须借助外部调节控制手段阻止蒸汽的外泄和空气的内漏。因此汽缸轴封必然设计成多段多腔室结构。为阻止蒸汽不外泄到大气，避免轴承的润滑油中带水，应使与大气交界的腔室处于微真空状态；为防止空气漏入汽缸，应使与蒸汽交界的腔室处于正压状态。

汽封的基本工作流程

在汽轮机启动和低负荷时，所有汽缸中压力都低于大气压力。密封汽供到“X”腔室，通过汽封片一侧漏入汽轮机，另一侧漏到“Y”腔室。“Y”腔室由装于汽封冷却器上的电动机驱动的风机使之保持稍低于大气的压力。从而使空气从大气通过外部汽封片漏到“Y”腔室。漏泄蒸汽和空气混合物通过与汽封冷却器的连接管从“Y”腔室抽出。

当高压、中压或高、中压合缸的排汽压力超过“X”区的压力时，汽流在内汽封环发生相反流动。随着排汽区压力增加，流量也增加，因此对于一个单独高压缸的汽封，在大约 10%负荷时变成自密封，而对于一个中压或高、中压合缸的汽封，在大约 25%负荷时变成自密封。大于这一负荷，蒸汽从“X”区排出，通到汽封系统总管。蒸汽再由总管流至低压汽封。如有任何过剩的蒸汽，则通过溢流阀流到凝汽器。

轴封供汽在汽轮机所有运行工况下，供汽压力通过四个调节阀：高压供汽调节阀门阀、再热冷段供汽调节阀、辅助汽源供汽调节阀和溢流调节阀来控制。上述四个调节阀及其前后截止阀和必要的旁路阀组成四个压力控制站。此外，为满足低压缸轴封供汽温度要求，在低压轴封供汽母管上设置了一台喷水减温器，减温的蒸汽温度通过温度控制站控制喷水量来实现调节。

系统还设置一台汽封加热器（即轴加）和两台轴加风机，用于抽出最后一段轴封腔室漏汽（或气），并维持该腔室微负压运行。系统供汽母管还设有安全阀，可防止因供汽压力过高而危及机组安全。

高压供汽调节阀门站

用以控制极热态启动时来自新蒸汽的供轴封蒸汽参数（压力、流量），它由气动调节阀、截止阀、减温装置和旁路阀组成。由于高压蒸汽的供汽点选在汽机主汽阀前的新蒸汽管上，阀门的额定参数应为新蒸汽参数。考虑到新蒸汽参数较高的情况，为了保证所供蒸汽能很好地满足轴封系统对蒸汽的要求，高压供汽调节阀门站设置两道气动调节阀和一个减温装置对蒸汽参数进行调节。

冷再热供汽调节阀门站

冷再热供汽调节阀门站在热态或温态启动时用以控制再热冷段（高排）蒸汽的供汽封用汽量。它由气动调节阀、截止阀和止回阀组成。

辅助供汽调节阀门站

辅助供汽调节阀门站在冷态或温态启动工况下，用启动锅炉或邻机辅汽联箱的蒸汽以控制汽封供汽参数（压力、流量），它由气动调节阀、截止阀和旁路阀组成。

溢流调节阀门站

在汽轮机组较高负荷（一般大于 25%额定负荷）及满负荷运行时，机组达到自密封。此时，汽轮机组不需要外部供汽（即高压、辅助、冷再热阀门站都关闭），汽轮机组通过机组高中压缸自身的漏汽即可满足汽封系统的要求。由于高中压缸的漏汽参数和机组负荷相关，不同负荷的工况下，高中压缸的漏汽量也不同，而汽轮机组的汽封系统整体参数应是基本相同的，所以设计溢流调节阀门站用以控制汽封蒸汽总管中的蒸汽压力，使其维持在最佳范围内。从溢流阀门站溢出的蒸汽到凝汽器。它由气动调节阀、截止阀和旁路阀组成。

汽封管路

汽封管路主要作用是把汽封系统调节阀供汽引至汽轮机汽封体，并把汽封体漏汽引至汽封冷却器凝结。为保护汽轮机，汽封管路还上设置了汽封减温装置、汽封蒸汽滤网、安全阀和爆破盘（或安全阀）、疏水罐等。

汽封减温装置

在高中压汽封供汽管进入低压轴封之前，设有喷水减温器用以降低低压汽封密封蒸汽的温度，减温器的温度整定值为 149℃，低压汽封供汽温度控制范围维持在 121℃～177℃范围，以防止汽封壳体可能的变形和损坏汽轮机转子。

过热蒸汽进入减温器后，汽流随管道截面缩减而加速。然后，蒸汽通过喷射喷嘴，在那里冷却水被吸入高速汽流，这就保证可靠的雾化，随冷却水蒸发而使蒸汽降温。来自凝结水泵的冷却水进到位于减温器喉部的喷射喷嘴。

汽封蒸汽温度的规定

1、进入汽轮机汽封内的蒸汽应保持 14℃以上的过热度。

2、为了避免转子弯曲，故在盘车装置运行前，不得将汽封蒸汽系统投入使用。

3、低压汽轮机汽封所用蒸汽的温度下限为 121℃，上限177℃。汽封系统温度控制器建议整定在 149℃。

4、为了保护汽封区的转子，使之免受热应力造成的损害，故开机或停机时均应使汽封蒸汽温度与转子表面温度间的温差保持在最低限度。

5、在热态启动时，若用辅助锅炉来提供汽封用蒸汽，则应保证辅助锅炉供应的蒸汽，其温度与转子的最大温差在允许范围以内。

汽封冷却器

汽封冷却器是一个卧式热交换器，一般用主凝结水作为冷却介质。它的作用是：冷凝阀杆及轴封漏汽，回收凝结水，并加热主凝结水；由装在汽封冷却器顶部的排气风机将未凝结蒸汽及空气排出，以维持汽封漏泄系统的压力略低于大气压力，防止从各汽封端逸出蒸汽。

运行时，主凝结水进入汽封冷却器进口腔室，流过冷却器中的换热管，由出口腔室排出。阀杆漏汽和轴封漏汽由蒸汽入口进入冷凝端。汽、气混合物进入壳体后，在换热管外迂回流动，通过管壁凝结成水，然后通过壳体疏水而被排出。空气和其他不凝结气体由排气风机排至大气。排气风机壳体的疏水任何时候都应敞开排污，通过合适的密封 U 型管排出冷凝水。

轴加风机

汽封排气风机是汽封系统的一个重要设备。本汽封冷却器配备两台排气风机，一台运行一台备用。汽封排气风机的作用是维持汽轮机轴封腔室的微负压。

汽封排气风机采用离心式风机作为汽封抽气设备来抽吸经汽封冷却器冷却后剩余的汽气混合物，并使冷却器内维持一定的负压。它具有系统简单、操作方便、运行可靠、经济性好等优点。

汽封排气风机进口汽气混合物的温度要求不超过 50℃，汽气混合物中的蒸汽含量占 10%左右。汽封排气风机的进口设置一逆止阀防止空气渗透至汽轮机，在汽封排气风机的进口处还装设一手动蝶阀，以调整汽封冷却器内的真空度。汽封排气风机的本体和管道低位点设置疏水管。

常见的故障及简单处理措施