尹海生華樹明聶丹文
（太倉港協鑫發電****裝置管理部江蘇省太倉市 215433）
摘要：本文對太倉港協鑫發電****#3汽輪機汽封改造情況進行了介紹，並對現場施工方法及改造前後效果進行了對比分析。
關鍵字：蜂窩式汽封、布萊登汽封、改造、熱耗
1．概述
太倉港協鑫發電****#3汽輪機為上海汽輪機廠引進西屋技術生產的c300-16.67/0.981/538/538型亞臨界、雙缸雙排汽、抽汽凝汽式機組，於2023年投入執行。
由於汽輪機效率偏低，不能達到設計工況，為了改善汽輪機的熱效率，提高機組的經濟效能，我公司於2023年3月機組的首次大修期間對汽輪機汽封進行了改造，主要是將部分梳齒式汽封更換為蜂窩式和可調式（布萊登）汽封。改造後通過機組的熱力效能試驗證明達到了預期的效果。
2．機組改造前的狀況
改造前在機組穩定執行期間由江蘇省方天電力技術****（原江蘇省電科院）進行了熱力效能試驗。主要資料如下：
從上表可以看出：高壓缸效率較設計值偏低約2%，中壓缸效率偏低約0.5%。
1) 不考慮高調門節流損失，高、中壓缸效率偏低的原因主要是汽封間隙偏大，造成級間的漏汽偏大，部分蒸汽在本級未做功就流向下一級；
2) 高、中壓缸之間的漏汽率7.73%，是設計值1.85%的4倍多，說明過橋汽封（高壓缸進汽側平衡活塞汽封及中壓缸平衡活塞汽封）間隙嚴重偏大；
3) 機組熱耗率8447.68 kj/（kwh），高於設計值7915.3 kj/（kwh）約6.
73%。不考慮凝汽器真空及系統的影響，從汽輪機本體方面分析，熱耗偏大的原因主要是過橋汽封漏汽偏大；
4) 各級抽汽溫度、壓力（資料略）均超過設計值，尤其是低壓缸部分超過較多，也說明級間漏汽偏大。
3．布萊登汽封和蜂窩式汽封簡介
1）布萊登汽封
布萊登汽封屬於可調式汽封的一種，其技術特點是將傳統汽封塊退讓（背部採用板彈簧）改進為由螺旋彈簧安裝在兩相鄰汽封塊垂直斷面的結構形式，如下所示。在自由和空負荷工況下，汽封塊在螺旋彈簧的作用下，汽封塊張開，可退讓徑向間隙1.5mm左右。
隨著符合增加，汽封塊在背弧受到蒸汽壓力的作用下，克服彈簧力，各級逐漸關閉，一般設計在20%負荷前各級汽封完全閉合，閉合後設計的徑向間隙為（0.25-0.5）mm，這時汽封達到最小徑向間隙。
這種汽封的優點是機組正常執行時其徑向間隙遠遠小於傳統結構的汽封，因此有效的減少了漏汽。但該汽封也有致命的缺點：其一是若由於某種原因導致汽封不能正常閉合，那麼其徑向間隙將達到（1.
75-2）mm，遠大於傳統汽封的間隙值0.75mm，漏汽量將大大增加。其二是由於結垢等原因導致停機時汽封不能正常開啟，則再次啟機時，會因為汽封間隙較小而出現動靜碰磨，損傷轉子和汽封，並可能產生振動。
2）蜂窩式汽封
蜂窩式汽封根據蜂窩狀阻汽原理設計，蜂窩帶由厚度為0.05-0.1mm的海斯特鎳基耐高溫合金（hastelloy-x）薄板加工成正六角形孔狀結構（如下圖所示），汽封背板材質為15crmoa，在550℃以下工作時具有較高的熱強性和足夠的抗氧化性。
蜂窩式汽封具有以下優點：
a． 蜂窩帶由合金製成，耐高溫、質地較軟，與轉子碰磨時傷害較輕；
b． 由於蜂窩汽封與轉子的密封是面密封，脹差變化較大時，不會出現「錯台」現象；
c． 同樣的情況下，蜂窩汽封的蒸汽洩漏量僅為梳齒汽封的25%，甚至是更小；
d． 增強軸的振動阻尼，消弱軸的振動，阻礙了汽流激振的形成。
但是蜂窩汽封的製造技術涉及雷射加工、電加工和高溫真空釺焊等特種加工工藝，製造過程中，應保證蜂窩和背板的釺焊接頭強度的同時，保證蜂窩體的柔軟（可磨性）。另乙個關鍵的技術問題是：在汽封背板上釺焊蜂窩帶時，有乙個從室溫加熱到1100℃左右，再冷卻到室溫的過程，汽封背板肯定存在變形。
如何保證汽封的設計要求，是該汽封製作過程的關鍵。
4．通流部分改造方案
本次改造主要內容是將部分梳齒式汽封改為可調式（布萊登）汽封和蜂窩式汽封以及更換部分阻汽片，並將未更換的活動汽封進行優化調整。具體如下：
1) 高壓缸部分：更換1-11級隔板阻汽片3×11道及調節級阻汽片4道；在內外缸夾層下缸部分擋汽環處加裝阻汽片；進、排汽側平衡活塞更換為布萊登汽封。
2) 中壓缸部分：除第一級隔板汽封外，全部更換為蜂窩式汽封；
3) 軸端汽封：高、中壓缸軸端汽封內側各更換2環蜂窩式汽封；低壓缸軸端4道汽封全部更換為蜂窩式汽封（其中內側兩道為觸及式蜂窩汽封）。
其餘活動汽封按要求進行調整。
5．汽封改造預期收益
汽封漏氣量計算公式：
其中：ξ---流量係數；
f----間隙面積；f=πdδ
其中：d---汽封直徑；
汽封間隙；
z---汽封齒數；
p1,v1---進口壓力，比容；
p2---出口壓力；
以布萊登汽封為例，根據上述公式及機組相關引數計算改造後的預期收益如下：
注：「實際執行間隙」資料是根據布萊登公司在對同型別機組進行改造時各機組平均數值。
可見僅僅10道布萊登汽封的改造，即可使熱耗下降50.34 kj/發電煤耗下降1.72g/經測算，汽封全部改造或調整後，煤耗率下降應不低於5g/
6．汽封間隙的現場整定
1） 汽封間隙的最終確定
根據機組的設計要求以及汽封廠家的改造經驗，我們確定了汽封調整的最終間隙，如下表：（單位：mm）
2） 汽封間隙修前情況
汽輪機高、中壓缸解體後，在半缸的狀態下進行了通流間隙的複查工作。檢查發現汽封徑向間隙普遍偏大。葉頂及隔板汽封上部及右側間隙均大於1mm，最大達1.
5mm。下部及左側間隙均小於0.5mm。
同時檢查發現，汽封齒均有不同程度的磨損，葉頂的圍帶甚至磨出較深的溝痕。查閱該機安裝記錄，各徑向間隙均符合設計值要求，但解體後徑向間隙值變化較大及部分汽封齒磨損，說明熱態執行時通流部件徑向相對位置變化較大，造成汽封間隙不均勻，汽封齒磨損。在#4汽輪機大修中亦發現同樣現象，而且更為嚴重。
通流部分徑向間隙嚴重偏離設計值必將造成漏汽損失增加，經濟性降低。因此保證執行狀態下汽封徑向間隙符合要求就成了本次大修施工的重點。
3） 螺栓冷緊與熱緊的差別
分析機組的安裝記錄和大修解體記錄，可以看出汽封間隙的變化主要是由於通流部件冷熱態位置變化造成的。按照傳統的施工方法，尤其是電建公司安裝時，由於工期緊張，在全實缸測量汽封間隙時，接合面螺栓往往採用冷緊的方法而不是熱緊。事實上，螺栓的冷緊與熱緊對汽封的徑向間隙影響是巨大的，尤其是經過幾年執行的機組，缸體會產生一定程度的變形，這種情況下冷、熱緊的差別就更為顯著，在本次大修中也印證了這一點。
調節級噴嘴汽封是4道固定式的阻汽片，我們採用了現場鑲齒，然後組裝好，外委車床加工，再返回現場逐漸調整的辦法。由於噴嘴組是固定在高壓內缸裡的，需要將上下兩半高壓組裝在一起，冷緊接合面螺栓後，測得上下直徑間隙為1587.45mm，將所有螺栓熱緊並冷卻後，再次測得上下直徑間隙為1586.
75mm，可以看出冷緊與熱緊相差0.7mm，因此本次大修高壓內缸不論是在外委加工，還是現場扣全實缸時，接合面螺栓均採用熱緊的方法。
全實缸測汽封間隙時，高中壓外缸螺栓冷緊與熱緊差別同樣是巨大的，因為外缸由於跨距較大，靜垂弧也較大，且由於多年的執行，缸體肯定存在變形。這種差別最明顯就是體現在中部汽封的徑向間隙上。第一次扣全實缸時，我們採用冷緊螺栓的辦法。
用壓膠布的方法測得高進側平衡活塞汽封底部間隙約為0.3-0.4mm，基本符合要求。
而第二次用熱緊的辦法扣全實缸後，測得此處間隙為0-0.2mm，明顯減小。高、中壓持環處的底部汽封間隙也減小了0.
1-0.2mm。因此，我們以第二次扣全實缸測得結果為基礎，調整汽封。
最終全實缸（熱緊）驗收時，取得了較好的效果。
7．機組改造後的效果
改造後仍然委託江蘇省方天電力技術****進行熱力效能試驗。如下表：
從上表可以看出：額定工況下，大修後機組修正後熱耗率與修正後供電煤耗率較大修前分別下降132.79 kj/（kwh）和5.
59g/（kwh）。閥門全開試驗高壓缸效率為84.32％，較大修前提高1.
64％，額定工況高壓缸效率（包括門損）較大修前相當，但供熱工況高壓缸效率為83.58％，較大修前高0.9%,中壓缸效率較大修前提高約0.
36%（絕對值）。改造後高、中壓缸之間過橋汽封漏氣量大幅度下降，漏汽率由大修前7.73%下降到4.
32%。
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