汽封间隙

汽封径向间隙

如果粗略选取径向间隙，可用计算公式δ=0.001d （0.1~0.2）mm（δ为间隙值），为考虑轴的直径、汽封的结构及材料、汽封距支持轴承的支持轴承的形式及转子转动方向等诸多因素。

设计时可按下列数值选取（中、低压汽轮机取较小值）：轴端汽封和隔板汽封的径向间隙：镶嵌片式为0.25~0.70mm（用黄铜或德国银作汽封片时取较小值）；整车式为0.40~0.70mm；薄片式为0.40~0.65mm；枞树形为0.25~0.50mm。

当采用圆柱形或椭圆形支持轴承且转动方向为顺时针时，左侧径向间隙应比右侧的大0~0.20mm，高压前汽封及高压级隔板汽封下部径向间隙应比两侧的大0.2~0.3mm。围带汽封径向间隙：1.5~2mm。围带铆钉头与汽封体的径向间隙：2.5~3.5mm。

汽封轴向间隙

通流部分和汽封轴向间隙值的选取以正常和事故情况下动、静部分不发生轴向摩擦为原则，这一间隙值可以根据运转状态下转子和汽缸的热膨胀计算、隔板挠曲计算和汽轮机启停时最大温差所引起的胀差估算求出，也可参照汽轮机运行经验决定。

一般，轴向间隙的布置趋势由推力轴承往后逐渐增大。为了提高大容量汽轮机的启停性能，缩短启停时间，某些制造厂采用了放大通流部分和汽封轴向间隙，保持较小的汽封径向间隙，叶根部位设置径向式汽封等设计方案。

汽轮机的汽封根据安装部位的不同分为叶片汽封、隔板汽封和轴端汽封。

汽封叶片汽封

叶片汽封包括： 动叶片围带处和静叶片或隔板之间的径向、轴向汽封以及动叶片根部和静叶片或隔板之间的径向、轴向汽封。

汽封隔板汽封

隔板内圆面或静叶片环内圆面与转子或轮毂外圆面之间用来限制级与级之间的漏汽的汽封。

汽封轴端汽封

在转子两端穿过汽缸的部位设置适合不同压力降的成组汽封，也称为轴封。

汽封设计应考虑：

①封汽阻力尽量大，使漏汽在形成蒸汽曲径通道及膨胀室中能量消耗尽量充分。

②动静部件之间的径向间隙尽量小，但不能相互碰磨。还要考虑如一旦碰磨，使其接触面积尽量小，产生的摩擦热量尽量少，且加大传热热阻，不使周围主件受热变形的结构。

③动静部件之间的轴向间隙应在汽轮机组起动、停机全过程中，动静之间轴向不致碰磨，且留有其热膨胀差及相对机械位移的余地。

根据上述原则，现代大型汽轮机汽封的成熟结构为：早期使用的整体汽封、镶片式汽封、无凸肩梳齿式汽封、蜂窝式汽封和可调式汽封。可调式汽封的汽封齿与转子之间间隙随着蒸汽压力增加而减小，直到设计值。当停机时，气压降低，由弹簧力的作用使汽封间隙回到最大值，以防止动静之间碰磨。

汽封性能对机组的经济性和可靠性有着重要的影响。为降低漏汽损失，提高机组安全性和经济性，采用先进汽封技术对原有的传统汽封进行改造是十分必要的 。

(一)

汽轮机有静子和转子两大部分。在工作时转子高速旋转，静子固定，因此转子和静子之间必须保持一定的间隙，不使相互摩擦。蒸汽流过汽轮机各级工作时，压力、温度逐级下降，在隔板两侧存在着压差。当动叶片有反动度时，动叶片前后也存在着压差。蒸汽除了绝大部分从导叶、动叶的通道中流过做功外，一小部分会从各种间隙中流过而不做功，成为一种损失，降低了机组的效率。

(二)

转子还必须穿出汽缸，支撑在轴承上，此处也必然要留有间隙。对于高压汽缸两端和中压汽缸的前端，汽缸内的蒸汽压力大于外界大气压力，此处将有蒸汽漏出来，降低了机组效率，并造成部分凝结水损失。

在中压缸的排气端和低压缸的两端因汽缸内的蒸汽压力低于外界的大气压力，在主轴穿出汽缸的间隙中，将会有空气漏入汽缸中。由于空气在凝汽器中不能凝结，从而降低了真空度，减小了蒸汽做功能力。

(三)

为了减小上述各处间隙中的漏气，又要保证汽轮机正常安全运行，特设置了各种汽封。这些汽封可分为通流部分汽封、隔板汽封和轴端汽封三大类。就工作原理来讲，这三类汽封均属迷宫式汽封。

典型的自密封供汽轴封蒸汽系统如图1《自密封供汽式轴封蒸汽系统》所示。自密封轴封蒸汽系统是指在机组正常运行时，高、中压缸轴封与低压缸轴封通过母管连接起来，高、中压缸轴端汽封的漏汽经喷水减温后，作为低压轴端汽封供汽，可实现两者之间的自身平衡蒸汽密封。多余漏汽经溢流站溢流至低压加热器或凝汽器。

在汽封母管上设置三个汽源管道：主蒸汽、辅助蒸汽、冷再热蒸汽。在机组启动初期，由辅助蒸汽向轴封供汽。当主蒸汽参数满足轴封供汽要求时，由主蒸汽向轴封供汽。当机组负荷在(10%～20%)MCR时，由冷再热蒸汽供汽。各汽源的供汽压力由设在各汽源管道导航的气动调节阀控制。随着机组负荷的增加，当负荷大于(25%～30%)MCR时，高、中压缸的内缸漏汽压力满足低压缸汽封用汽要求时，由高、中压缸的内缸漏汽向低压缸供汽。供汽温度由减温器控制，供汽压力由溢流站控制，它将多余的蒸汽通过气动调节阀排人凝汽器，以保持低压缸供汽压力温度。这时的各供汽汽源则处于热备用状态，以便随时启用。这种轴封蒸汽系统，在机组启动或停机时由外来汽源供汽，在机组正常运行时，实现自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，运行经济、安全可靠、被普遍应用于引进型300、600MW机组上。

轴封蒸汽系统1．用外来汽源供汽的轴封蒸汽系统

如图1（1-高中压缸均压箱；2-低压缸均压箱；3-轴封加热器）所示，300MW机组上采用的用外来汽源供汽的汽轮机轴封蒸汽系统，该轴封蒸汽系统由减温器、均压箱、轴封冷却器(即凝结水系统中的轴封加热器)、压力调节装置及其连接管道组成。

轴封汽源从辅助蒸汽联箱接出。对汽轮机低压缸的轴封供汽，由于要求的供汽温度较低，因此在其供汽管道上安装一台喷水减温器，减温水来自于凝结水升压泵出口，通过温度调节装置自动保持减温器出口气温为160～170℃，减温器前、后隔离阀和旁路阀便于减温水系统检修。通过调节减温器旁路阀的开度，来实现向高、中压缸轴封提供温度合适的密封蒸汽，正常运行中，汽轮机高、中压汽缸的轴封供汽温度为345～350℃。

汽轮机高、中压汽缸合并使用一个均压箱，低压缸用另一个均压箱。为保持轴封供汽压力的稳定，通过轴封压力气动调节阀，控制轴封均压箱汽压保持在0.127～0.147MPa，再利用各供汽管道上进汽阀的微量调节，使供汽腔室的汽压在各种工况下始终稳定在0.1009～0.127MPa范围内。轴封蒸汽抽出腔室的汽压，通过轴封冷却器中凝结水的冷凝作用及其抽真空装置，使其保持在0．095MPa左右的微负压状态下，以达到轴封和阀杆漏汽不向外泄漏，回收工质和热量的目的。

各级抽汽管道上止回阀的阀杆均要设置汽阀，这是因为各级抽汽管道内所处的压力不同，当止回阀内是正压时，沿阀杆将向外漏汽；当处于负压时，大气就会通过阀杆漏人阀体内。在每个抽汽止回阀上均设有两道汽封接口。第二道与汽封供汽母管相连接，第一道接至汽封漏汽母管。当止回阀内部的蒸汽压力大于汽封供汽母管压力时，由汽封供汽母管供密封蒸汽，以防止空气沿阀杆漏人阀体内。另外，轴封蒸汽系统还设有完善的疏水系统，以防轴封蒸汽将水带入汽轮机。

轴封蒸汽系统2．自密封供汽式轴封蒸汽系统

典型的自密封供汽轴封蒸汽系统如图2所示。自密封轴封蒸汽系统是指在机组正常运行时，高、中压缸轴封与低压缸轴封通过母管连接起来，高、中压缸轴端汽封的漏汽经喷水减温后，作为低压轴端汽封供汽，可实现两者之间的自身平衡蒸汽密封。多余漏汽经溢流站溢流至低压加热器或凝汽器。

在汽封母管上设置三个汽源管道：主蒸汽、辅助蒸汽、冷再热蒸汽。在机组启动初期，由辅助蒸汽向轴封供汽。当主蒸汽参数满足轴封供汽要求时，由主蒸汽向轴封供汽。当机组负荷在(10%～20%)MCR时，由冷再热蒸汽供汽。各汽源的供汽压力由设在各汽源管道导航的气动调节阀控制。随着机组负荷的增加，当负荷大于(25%～30%)MCR时，高、中压缸的内缸漏汽压力满足低压缸汽封用汽要求时，由高、中压缸的内缸漏汽向低压缸供汽。供汽温度由减温器控制，供汽压力由溢流站控制，它将多余的蒸汽通过气动调节阀排人凝汽器，以保持低压缸供汽压力温度。这时的各供汽汽源则处于热备用状态，以便随时启用。这种轴封蒸汽系统，在机组启动或停机时由外来汽源供汽，在机组正常运行时，实现自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，运行经济、安全可靠、被普遍应用于引进型300、600MW机组上。

轴封蒸汽系统3．小汽轮机的轴封蒸汽系统

小汽轮机轴端汽封的供汽和漏汽管道、主汽阀和调节汽阀的阀杆漏汽管道以及蒸汽过滤器等组成了小汽轮机的轴封蒸汽系统，如图3所示。

小汽轮机前轴封共分为四段，从汽缸向轴端依次设有内漏汽腔室、供汽腔室、外漏汽腔室。后轴端汽封共分为三段，依次设有汽封腔室和漏汽腔室。前轴封内汽封第一段漏汽引到小汽轮机第五压力级继续做功，前后轴封外漏汽进入主汽轮机轴封冷却器。

小汽轮机轴封供汽来自主汽轮机低压缸汽封供汽母管，供汽压力一般在0.03MPa表压，供汽温度应与汽轮机转子温度相匹配，否则易在转子表面引起高的热应力而影响转子寿命，温差太大，甚至会产生轴端变形，损坏汽轮机转子，因此供汽温度要求限制在177℃以下。当引自主汽轮机汽封供汽系统的蒸汽压力和温度偏高时，轴封蒸汽系统还备有均压箱或压力调节阀、喷水减温器及一套温度控制设备。

高压主汽阀和调节汽阀阀杆漏汽均分高、低压两段漏汽。其高压段漏汽接至小汽轮机低压进汽电动截止阀前，(有的小汽轮机该段漏汽接至除氧器)，其低压段漏汽接至主汽轮机轴封冷却器。低压主汽阀和调节汽阀的阀杆漏汽进入主汽轮机轴封冷却器。

轴封蒸汽系统的主要功能是向汽轮机、给水泵小汽轮机的轴封和主汽阀、调节阀的阀杆汽封提供密封蒸汽，同时将各汽封的漏汽合理导向或抽出。在汽轮机的高压区段，轴封系统的正常功能是防止蒸汽向外泄漏，以确保汽轮机有较高的效率；在汽轮机的低压区段，则是防止外界的空气进入汽轮机内部，保证汽轮机有尽可能高的真空（也即尽可能低的背参数），也是为了保证汽轮机组的高效率。轴封蒸汽系统主要是由密封装置、轴封蒸汽母管、汽封冷却器等设备及相应的阀门、管路系统构成。