1、2010年第lO期(总第154期) 应用能源技术 9 西门子技术1000MW超超临界汽轮机防止汽封 抱轴的分析与处理 张鹏 (广东省电力设计研究院，广东广kl，510730) 摘要：介绍了西门子技术1 000 MW超超临界汽轮机本体轴封结构的特点、轴封系统的特 占，以及轴封温度要求及温度控制措施。论述了存在端部汽封抱轴的可能，并通过增设电加热 器，改进了轴封供汽系统设计，使得供汽温度可控，防范事故的放生。 关键词：汽轮机轴封；抱轴；电加热器 中图分类号：TK2499 文献标志码：B 文章编号：10093230(2010)10000903 Analysis and Treatment of Av
2、oiding Gland Seal Seize the Shaft of Siemens S 1 000MW Ultrasuper Critical Turbine ZHANG Peng (Guangdong Electric Power Design Institute，Guangzhou 510730，China) Abstract：By introducing the structure and system of grand seal of Siemens 1000MW ultrasuper critical turbine，and by discussing the temperat
3、ure requirements and control methods，this article indicate the possibility that gland seal could seize the shaft，and offer a way to forbid by adding an electric heater into steam supple system to raise steam temperature Key words：Turbine gland seal；Seize shaft；Electric heater 1 西门子技术l 000 MW超超临界 汽轮机
4、本体轴封结构特点 西门子技术汽轮机在各高、中、低压缸端部均 3高压外缸排气端 设有端部汽封，将汽缸内腔密封，使之与外部大气 隔离。转子和汽缸之间的密封形式为蒸汽轴向通 过的非接触式汽封。以高压缸为例，见图1。 图1高压缸端部汽封 端部汽封在进汽口前侧设有平衡活塞汽封， 其前后压差所产生的力用于抵消汽缸通流部分的 轴向推力。汽封和平衡活塞汽封问有很多蒸汽腔 收稿日期：201008一l1 修订日期：201009一l2 作者简介：张鹏(1978一)，男，硕士，工程师，主要从事大型 火力发电机组热机设计工作。 室。首级腔室的蒸汽供汽由外部汽源提供。前一 级腔室的漏汽通过内缸上的开孔引至下一级内外 缸夹
5、层腔室，这样一来，只有极少的漏汽仍能进入 最后一级腔室，最终排至汽封冷却器。 在端部汽封进汽端，使用平齿和高低齿的汽 封片，交错安装在端部汽封和转子上，组成了迷宫 10 应用能源技术 2010年第l0期(总第154期) 图2平衡活塞与蒸汽腔室 式汽封。根据迷宫式汽封原理，在蒸汽通过汽封 腔室时，压降转换为汽流速度(动能)，在经过多 级汽封腔室后，由于紊流的作用汽流速度逐渐降 低，从而有效地减少汽封漏汽。 j 汽封片 l 0 0 抽 七 齿 图3迷宫式汽封片 2 西门子技术l 000 MW超超临界 汽轮机本体轴封系统特点 21汽轮机本体轴封系统 在西门子技术汽轮机本体轴封系统设计中， 供汽只有一
6、路汽源，来自机组的辅助蒸汽系统。 供汽调节阀和溢流调节阀在轴封蒸汽母管中维持 一定的压力。在正常运行期间，从高压缸来的过 量的汽封蒸汽经母管向低压缸汽封供汽。 为了防止端部轴封蒸汽溢出至大气，从轴封 蒸汽外侧的泄漏蒸汽被抽出并输送到汽封冷却 器。凝结的泄漏蒸汽排至主凝汽器。夹带的空气 由风机从汽封冷却器抽出并排放至大气。 图4汽机本体轴封系统 22汽轮机本体轴封汽温要求与控制 西门子技术汽轮机对轴封蒸汽温度有严格要 求，见图5。在转子温度低于200时，轴封供汽 的温度应在240 oC300间，转子温度升至 300以上时，轴封蒸汽温度要求在280 c(= 320 oC 渤 p瑚 赠 蓑 委， 汽
7、温过高 I l 汽温适合 f 汽温偏低 汽封温度必须过热 I 1 0 1 O 5oo m 平均转子温度 对应转子温度的汽封温度要求 图5轴封蒸汽温度要求 由于西门子在汽轮机本体轴封系统设计中 只采用一路供汽汽源，系统本身温度控制的手段 匮乏。汽机本体设计中采用的温度控制工艺流 程为：在启动和低负荷范围内，通过供汽调节阀向 轴封母管供应轴封密封蒸汽。此时的供汽温度必 须要满足上述要求。 随着负荷的增加，从高压缸轴封漏入轴封蒸 汽母管的蒸汽温度也增加，当漏汽量满足低压缸 轴封密封压力要求时，关闭供汽调节阀，防止密封 蒸汽母管中压力升高。在高负荷范围内，一旦供 汽调节阀完全关闭，溢流调节阀打开，将过
8、量蒸汽 排入凝汽器。 即便供汽调节阀在节流状态，轴封蒸汽母管 内的蒸汽可能变热使得低压缸轴封的温度超出允 许值。此时，为了降低低压缸轴封蒸汽温度，则又 应开启供汽调节阀，注入相对冷的外部蒸汽进入 密封蒸汽母管。为了缓解压力的升高，压力控制 器打开溢流调节阀，从高压缸来的热蒸汽(根据 管道走向和溢流调节阀的布置)直接进入凝 汽器。 3 西门子技术1 000 MW超超临界 汽轮机汽封抱轴的原因分析 由于其轴封的结构特点、轴封温度的严格要 求，以及本体系统设计中温度控制手段的匮乏，轴 2010年第l0期(总第154期) 应用能源技术 封温度控制是汽机运行的一个要点。当轴封供汽 温度或轴封母管温度不满
9、足温度要求时，端部汽 封热膨胀量小于转子热膨胀量，端部汽封就会 “咬住”汽机转子。 国内运行的西门子技术1 000 Mw超超临界 汽轮机曾发生过汽封抱轴事故。特别是对于扩建 机组，由于邻近机组提供的全厂辅助蒸汽温度往 往偏低，不能满足温度要求时，常常在新机组启动 时发生汽封抱轴现象，如处理不当甚至造成大轴 弯曲事故。 如发生汽封抱轴，应及时对汽机进行闷缸处 理，停用真空泵和凝泵，关闭所有向凝汽器排放的 疏水，防止上下缸温差过大、转子塑性变形，造成 大轴永久弯曲。 4 防止汽封抱轴的系统设计改进措施 鉴于西门子技术1 000 MW超超临界汽轮机 本体轴封结构的特点、本体轴封系统设计存在抱 轴的隐
10、患，有必要在供汽系统设计时就要考虑并 采取措施。 国华台山发电厂二期工程首台机组调试前， 在辅助蒸汽供汽轮机轴封管道增设了电加热器。 系统设计见图6。 通过改进系统设计后，轴封蒸汽的温度将得 到保证：在汽机启动及低负荷时，如轴封供汽不满 足温度要求，则投入电加热器加热蒸汽。当供汽 满足要求时，可不投入或退出电加热器。 图6改进后的汽机本体轴封系统 5 总结 西门子技术l 000 MW超超临界汽轮机本体 轴封结构特殊，对供汽温度有严格要求，但系统本 身的设计温度控制手段匮乏，但外部供汽温度较 低时，难免发生端部轴封抱轴事故。为提高供汽 温度，特别是机组启动前的辅助蒸汽供汽温度，增 设电加热器是一个可行且可靠的防范措施。 参考文献 1 毕华南，李红艳660MW机组轴封系统结构与运行 分析J华电技术，2009，10：4850 2 曹智强，陈晓辉，林士涛轴封蒸汽电加热器在国 产联合循环汽机辅助系统配置中的作用J热力 透平，2003，12：254257 3 关强，杜丹丰小型发动机测功机现状研究J森 林工程，2006，4：2425 4 李亮平，苏初旺，谢美芝汽车电子稳定程序控制策 略的研究J森林工程，2008，5：4748
