最新-采用先进汽封技术提升汽轮机性能-西安热工院-课件.ppt

1、TPRI主讲人主讲人:宁哲宁哲西安热工研究院有限公司西安热工研究院有限公司20192019年年1 1月月TPRITPRITPRITPRI 对于大型汽轮机，在可确认的效率损失中，40%是由于汽封间隙过大所引起的。TPRITPRITPRI传统曲径汽封 TPRITPRITPRI动画演示动画演示TPRI迷宫齿（梳齿）磨损迷宫齿（梳齿）磨损TPRIu“揭缸提效”，调整汽封间隙u 遵循“安装间隙压下限”u 不能一味地强调减小汽封间隙u 应考虑运行水平、机组振动情况等因素来合理的选择汽封安装间隙。传统曲径汽封依然是应用最为广泛的汽封，如果在运行过程中，通过提高管理、检修和运行水平，进行合理的维护工作，传统曲

2、径汽封也能保证较好的密封效果。TPRI 侧齿汽封是与传统迷宫汽封最接近的一种新型汽封。侧齿汽封结构图 TPRI光滑腔内增加侧齿和底齿TPRI降低透气效应提高摩阻效应、热力学效应、流束收缩效应 普通梳齿汽封侧齿迷宫汽封TPRI“梳齿汽封：由于汽封齿之间空腔内形成的漩涡流动，将泄漏射流动能转化为热能，起到了常规密封作用。”高低齿汽封子午平面速度矢量图 漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡漩涡侧齿汽封子午平面速度矢量图“由于侧齿的分割作用，涡流区耗散强度增加，汽封腔室中的湍流特性变得更加复杂，在侧齿周围形成几个漩涡。”TPRI梳齿汽封的流场图 侧齿汽封的流场图 TPRI 综上，由于侧齿的存在

3、，相当于把单一汽封腔室分割成多份，在汽封腔室内形成更多的大小漩涡，相应的热力学效应和摩阻效应大大增加，汽体涡流的动能转化为热能更为强化。据有关单位测试：“侧齿汽封的漏气量明显低于高低齿汽封的漏气量。侧齿汽封漏气量为高低齿汽封的71.61%”。TPRITPRI安装在机组上的侧齿汽封已成功在国内300MW、600MW等多台机组上应用。TPRITPRI蜂窝汽封局部图 TPRI蜂窝式汽封密封机理TPRITPRI蜂窝迷宫汽封 TPRI采用蜂窝汽封改造后的隔板汽封和叶顶汽封 TPRI采用蜂窝汽封改造后的低压轴封 TPRI 目前蜂窝式汽封在推广应用过程中存在着二种现象应当引起重视：u 其一：国内经销蜂窝式汽

4、封的公司过多过杂，其产品质量良国内经销蜂窝式汽封的公司过多过杂，其产品质量良莠不齐，导致汽封改造效果难以保证。莠不齐，导致汽封改造效果难以保证。拥有自主知识产权、掌握精湛设计技术、具备先进制造手段、有强大的持续改进能力、有完善的质量保证体系、取得突出的改造业绩、信誉良好的公司应该作为首选。u 其二：在有些汽封改造项目中把单台机组上所有的轴封和隔在有些汽封改造项目中把单台机组上所有的轴封和隔板汽封全改为蜂窝式汽封，这种改造未必能达到满意的效板汽封全改为蜂窝式汽封，这种改造未必能达到满意的效果。果。在某些部位(例如：高中压缸之间的过桥汽封)换成其它形式的先进汽封(例如：自调整汽封)，可能会收到更好

5、的效果TPRI自调整汽封TPRITPRITPRI具有具有”收放收放”功能汽封的工作过程功能汽封的工作过程请注意弹簧动作前后的漏汽量的变化TPRI 机组在启动过程中的振动特性（针对机组在启动过程中的振动特性（针对60Hz的机组）的机组）TPRITPRITPRITurbocare公司进行的设计改进u 弹簧设计的改进（1）弹簧材料的改进 通过改进弹簧材料性能，避免了早期布莱登汽封材料处于过应力的问题，有效降低了弹簧发生断裂或永久变形的可能性。弹簧变形失效示意图(弹簧变短)闭合时，弹簧可能会卡在未对准位置的弹簧上，使汽封块无法正常移动。：只有一端插入汽封段，另一端自由碰触在相邻汽封段的端口。避免了弹簧

6、横跨相邻的汽封块，使每一个汽封段可以无障碍的移动。（2）弹簧槽的改进TPRIu汽封环收放模型改进360模型。上部和下部弹簧受力不均匀(下部每个弹簧都需要支撑6个汽封段中41%的质量(150)，可能导致上、下部不能闭合到设计位置。：180模型。通过位于水平接口处或其附近的栓或销来控制上下180之间的相互作用。TPRIu汽封环闭合顺序优化 传统闭合方式为顺序闭合，但在实际应用中存在汽封块不能完全闭合的问题！Turbocare公司采用计算流体动力学方法精确计算分析了通过汽封进及汽封弧段四周的，精确地计算出了用于，通过进气槽道的优化，提高了汽封的闭合特性！TPRI 改进前、后汽封环闭合概率对比TPRI

7、u汽封齿应力分析优化装配式汽封齿改进为整体式汽封齿。有效减小了汽封齿的峰值应力、提高了汽封齿的固有频率，从而减小了可能出现的齿断裂现象TPRIu转子动力学分析优化 通过加装多级反漩涡汽封环结构改善转子动力学特性TPRI 通过一系列的改进很好地解决了早期自调整汽封存在的问题，使自调整汽封的综合性能得到显著提升。到目前为止，Turbocare公司的自调整汽封已经在全世界范围内超过750台各类型机组上得到应用，有效改善了这些机组的性能，并取得可观的经济效益。TPRI适用范围适用范围自调整汽封只适用于高、中压缸部分，在低压部分不适用！TPRI“定制服务”是u自调整汽封的使用效果受设计、安装、调整、运行

8、等多方面因素影响u自调整汽封是一种需要“定制服务”的密封产品u汽封块背部蒸汽压力与弹簧压力的平衡是使用过程中汽封环能否顺利闭合和打开的的关键因素。u只有自调整汽封设计与所应用机组的结构、状态、运行参数等精确匹配时，自调整汽封才能发挥最佳的效果TPRI自调整刷式汽封动叶顶刷式汽封 TPRI具有具有”收放收放”功能刷式汽封的工作过程功能刷式汽封的工作过程请注意弹簧动作前后的漏汽量和刷子的工作状态TPRITPRITPRI刷子片的结构，刷毛可快速移动以便适应转子的过渡过程刷子片的结构，刷毛可快速移动以便适应转子的过渡过程TPRI减少密封磨损/发热 Plow Phigh Small Net Axial

9、Load On Brush Plow Phigh Large Net Axial Load On Brush 压力平衡腔标准刷式密封标准刷式密封压力平衡刷式密封压力平衡刷式密封作用在刷密封上的净轴向载荷大作用在刷密封上的净轴向载荷小TPRI可收放式刷子汽封的优势TPRI关于刷式汽封与可收放式的结合TPRITPRI 资料显示刷式汽封的使用寿命约810年，上图为一个使用67年后的刷式汽封，汽封仍保持完好。TPRI刷式汽封与汽轮机轴接触而被磨光的区域TPRITPRITPRITPRITPRI2009-4-13 同韩国保宁电厂人员进行技术交流同韩国保宁电厂人员进行技术交流 TPRI华能丹东电厂（1）TP

10、RI华能丹东电厂（2）TPRI2019年5月访美（1）2019年5月访美（1）TPRI2019年5月访美（2）TPRI2019年5月访美（3）2019年5月访美（3）TPRI 在原汽封圈中间加工出一个T形槽，将接触式汽封装入该槽内，接触式汽封环背部弹簧产生预压紧力，使汽封齿始终与轴接触。接触式汽封的汽封齿为复合材料，耐磨性好，具有自润滑性。TPRI 接触式汽封特点：接触式汽封特点：（1）汽封齿直接与轴（套）接触，全面起到阻流作用；（2）接触汽封齿背部设有单独的弹簧压力系统，具有自动跟踪转轴，尤其是汽轮机启停时，实现自动跟踪、自动补偿，完全无间隙运行；（3）具有精确限位装置，具有很高灵敏度，适应

11、转轴偏摆及晃动；（4）接触汽封齿材料耐高温700，具有耐磨性；（5）接触汽封齿材料为复合材料，具有自润滑性。TPRI 接触式汽封的应用及注意点：接触式汽封已经成功应用于在国内多台汽轮机上。从使用效果来看，接触式汽封应用于低压缸轴端汽封时，能够显著减少空气向低压缸的泄漏，有效改善空气漏入对低压缸真空的破坏。值得注意的是，由于接触式汽封与轴直接接触的特性，在汽轮机启动过程中，可能影响转子热膨胀，也可能出现退让不畅造成的转子碰磨现象。基于上述考虑，建议在使用接触式汽封时，留有一定的安装间隙(冷态间隙)是必要的。TPRI TPRI 传统曲径汽封齿的汽封体材料为15CrMo，其适用温度范围为550以下。

12、当超过550时，材料组织的不稳定性加剧，高温氧化速度增加，持久强度显著下降。实际运行中若汽封经常发生超温，可能会使汽封体发生变形，造成汽封圈抱轴，甚至发生弯轴事故。国内已有制造厂对于高、中压缸采用铁素体汽封代替合金钢汽封，低压缸采用铜合金汽封代替原设计的合金钢汽封。铁素体材料即使淬火，也不会被淬硬，所以用作汽封齿可采用较小的安装间隙。同样，铜汽封用在低压缸也可以采用较小的安装间隙。TPRI：根据性能分析的结果，结合机组结构特点和各种汽封的技术特点，合理组合使用各种型式的汽封，实现最优的机组经济性提升。TPRI汽封改造方案论证 机组性能分析 机组型式及结构影响 机组实际状态与设计的偏差根据机组的

13、结构及参数特点，在不同的部位选择适当的汽封型式，有利于提高改造效果，提高机组性能的，并兼顾降低改造成本。另外，能否在某部位采用某种汽封型式也可能受到机组该部位结构的制约。指在制定汽封改造方案时，应对运行过程中予以考虑。适应机组存在的特殊问题汽封引起的气流激振，优先考虑使用蜂窝汽封或者带反涡流导叶的汽封。启动时振动大的机组，优先选择可调汽封。在圆周方向汽封磨损不均匀，对各方向上汽封间隙调整采用不同的控制指标。TPRI汽封改造方案论证 国内某电厂350MW机组汽封改造方案 美国Turbocare公司资料中介绍改造方案将不同厂家、多种型式的汽封应用在这台机组的汽封改造中将同一厂家的4种汽封（传统汽封

14、、叶顶刷式汽封、自调整汽封及自调整刷式汽封）应用在同一台机组高中压缸汽封改造中TPRITPRITPRI汽封改造效果预估方法 调研类比法 热力计算法 查阅手册法。进行调研时，法应注意以下几个问题：对汽封效果的客观分析评价对机组型式和适用性的考虑取得完整的运行数据除使用效果外，还应注意汽封使用中容易出现的问题。目前主要有以下几种方法：。目前主要应用于通流部分优化设计以及汽封设计和优化，很少用于汽封改造效果预估，技术难度大、成本高。计算准确性很大程度上依赖于损失模型及经验系数的设定。TPRI软件及算例（自主软件+测绘数据）即通过变工况计算确定缸效率变化及轴封漏汽量变化等对热耗率及煤耗的影响。通常用给

15、定部位的汽封间隙每降低单位长度所对应的经济性指标的变化来进行快捷计算。美国TurboCare公司收益估算的例子TPRI 准确预估改造效果比较困难 对比的基准的确定 对比的时间段的确定TPRI 理论计算评估法 性能试验评价方法 间接判断评估法指根据汽封改造前后汽封间隙的变化，结合汽封结构特点，按照一定的计算模型进行的改造效果评价方法。根据汽封改造前、后轴封母管的工作压力、温度，低压缸的自密封情况，轴加温升等运行参数或指标变化情况，判断经过大修或汽封改造前、后汽封工作状态的变化，来间接评估汽封改造的效果。这种方法属于定性评估，在实际工程应用中有很大的局限性，难以做到定量的效果评价。指采用汽轮机性能

16、试验的方法，实际测试经过汽封改造前、后机组的状态，根据性能试验得到的汽轮机各主要参数和经济指标（热耗率、出力、各缸效率等）直接评价汽封改造效果。TPRITPRITPRI国外汽封改造效果评价方法美国汽封改造效果评价简介美国汽封改造效果评价简介 采用性能试验的方法来进行，对改造前后汽轮发电机组的出力、汽耗率、热耗率等进行对比测试，对汽封改造效果进行评价。【例】一台18MW汽轮机的汽封改造 在美国缅因州Wheelabrator-Sherman能源公司Sherman电站的一台18MW热电联产机组进行了可调整刷式汽封改造。该电厂是wheelabrator nvironmental systems的分支机

17、构和Sherman电力公司的合作企业。这家公司每年将26万吨的磨坊废弃物、林木废料转化为1亿3千万度电，供应给缅因公共事业公司，并为Sherman木材公司输送蒸汽。本次改造范围包括：（1）在1B调节级和第2-10压力级增加叶顶汽封；（2）在第2，3压力级上安装可调式汽封；（3）在第4-13压力级安装可调整刷式汽封。（4）将叶顶汽封调配到15mil(0.015”)间隙。改造后，毛汽耗下降了3.35个百分点，修正后的汽轮机毛热耗下降了3.25个百分点，而毛发电量增加了3.41个百分点。TPRI国外汽封改造效果评价方法韩国汽封改造效果评价简介韩国汽封改造效果评价简介 采用ASME PTC6性试验标准进行全面性试验，除了对机组的功率、效率等总体指标进性测试和比较外，还对缸效率、高中压过桥汽封漏汽率等等进行分项测试和对比，这些工作都是由韩国电力研究院（KEPRI）来完成。【列】保宁电厂2号汽轮机（Poryung#2）汽封改造效果TPRITPRITPRI