軸封蒸汽系統

不同機組的軸封蒸汽系統各不相同，但其設計原理基本一致，按供汽方式大致可分為外來汽源供汽方式及自密封供汽兩種形式。汽輪機在各種運行工況下，軸封蒸汽系統都應提供合乎要求的軸封和閥桿密封用汽。

基本介紹

• 中文名：軸封蒸汽系統
• 外文名：Shaft seal steam system
• 作用：提供軸封和閥桿密封用汽
• 分類：兩種
• 性質：科學

軸封蒸汽系統的形式

1．用外來汽源供汽的軸封蒸汽系統

如圖1（1-高中壓缸均壓箱；2-低壓缸均壓箱；3-軸封加熱器）所示，300MW機組上採用的用外來汽源供汽的汽輪機軸封蒸汽系統，該軸封蒸汽系統由減溫器、均壓箱、軸封冷卻器(即凝結水系統中的軸封加熱器)、壓力調節裝置及其連線管道組成。

圖1外來汽源供汽的汽輪機軸封蒸汽系統

軸封汽源從輔助蒸汽聯箱接出。對汽輪機低壓缸的軸封供汽，由於要求的供汽溫度較低，因此在其供汽管道上安裝一台噴水減溫器，減溫水來自於凝結水升壓泵出口，通過溫度調節裝置自動保持減溫器出口氣溫為160～170℃，減溫器前、後隔離閥和旁路閥便於減溫水系統檢修。通過調節減溫器旁路閥的開度，來實現向高、中壓缸軸封提供溫度合適的密封蒸汽，正常運行中，汽輪機高、中壓汽缸的軸封供汽溫度為345～350℃。

汽輪機高、中壓汽缸合併使用一個均壓箱，低壓缸用另一個均壓箱。為保持軸封供汽壓力的穩定，通過軸封壓力氣動調節閥，控制軸封均壓箱汽壓保持在0.127～0.147MPa，再利用各供汽管道上進汽閥的微量調節，使供汽腔室的汽壓在各種工況下始終穩定在0.1009～0.127MPa範圍內。軸封蒸汽抽出腔室的汽壓，通過軸封冷卻器中凝結水的冷凝作用及其抽真空裝置，使其保持在0．095MPa左右的微負壓狀態下，以達到軸封和閥桿漏汽不向外泄漏，回收工質和熱量的目的。

各級抽汽管道上止回閥的閥桿均要設定汽閥，這是因為各級抽汽管道內所處的壓力不同，當止回閥內是正壓時，沿閥桿將向外漏汽；當處於負壓時，大氣就會通過閥桿漏人閥體內。在每個抽汽止回閥上均設有兩道汽封接口。第二道與汽封供汽母管相連線，第一道接至汽封漏汽母管。當止回閥內部的蒸汽壓力大於汽封供汽母管壓力時，由汽封供汽母管供密封蒸汽，以防止空氣沿閥桿漏人閥體內。另外，軸封蒸汽系統還設有完善的疏水系統，以防軸封蒸汽將水帶入汽輪機。

2．自密封供汽式軸封蒸汽系統

典型的自密封供汽軸封蒸汽系統如圖2所示。自密封軸封蒸汽系統是指在機組正常運行時，高、中壓缸軸封與低壓缸軸封通過母管連線起來，高、中壓缸軸端汽封的漏汽經噴水減溫後，作為低壓軸端汽封供汽，可實現兩者之間的自身平衡蒸汽密封。多餘漏汽經溢流站溢流至低壓加熱器或凝汽器。

圖2 自密封供汽式軸封蒸汽系統

在汽封母管上設定三個汽源管道：主蒸汽、輔助蒸汽、冷再熱蒸汽。在機組啟動初期，由輔助蒸汽向軸封供汽。當主蒸汽參數滿足軸封供汽要求時，由主蒸汽向軸封供汽。當機組負荷在(10%～20%)MCR時，由冷再熱蒸汽供汽。各汽源的供汽壓力由設在各汽源管道導航的氣動調節閥控制。隨著機組負荷的增加，當負荷大於(25%～30%)MCR時，高、中壓缸的內缸漏汽壓力滿足低壓缸汽封用汽要求時，由高、中壓缸的內缸漏汽向低壓缸供汽。供汽溫度由減溫器控制，供汽壓力由溢流站控制，它將多餘的蒸汽通過氣動調節閥排人凝汽器，以保持低壓缸供汽壓力溫度。這時的各供汽汽源則處於熱備用狀態，以便隨時啟用。這種軸封蒸汽系統，在機組啟動或停機時由外來汽源供汽，在機組正常運行時，實現自平衡密封供汽，消耗蒸汽量小，運行經濟、安全可靠、被普遍套用於引進型300、600MW機組上。

3．小汽輪機的軸封蒸汽系統

小汽輪機軸端汽封的供汽和漏汽管道、主汽閥和調節汽閥的閥桿漏汽管道以及蒸汽過濾器等組成了小汽輪機的軸封蒸汽系統，如圖3所示。

圖3 小汽輪機的軸封蒸汽系統

小汽輪機前軸封共分為四段，從汽缸向軸端依次設有內漏汽腔室、供汽腔室、外漏汽腔室。後軸端汽封共分為三段，依次設有汽封腔室和漏汽腔室。前軸封內汽封第一段漏汽引到小汽輪機第五壓力級繼續做功，前後軸封外漏汽進入主汽輪機軸封冷卻器。

小汽輪機軸封供汽來自主汽輪機低壓缸汽封供汽母管，供汽壓力一般在0.03MPa表壓，供汽溫度應與汽輪機轉子溫度相匹配，否則易在轉子表面引起高的熱應力而影響轉子壽命，溫差太大，甚至會產生軸端變形，損壞汽輪機轉子，因此供汽溫度要求限制在177℃以下。當引自主汽輪機汽封供汽系統的蒸汽壓力和溫度偏高時，軸封蒸汽系統還備有均壓箱或壓力調節閥、噴水減溫器及一套溫度控制設備。

高壓主汽閥和調節汽閥閥桿漏汽均分高、低壓兩段漏汽。其高壓段漏汽接至小汽輪機低壓進汽電動截止閥前，(有的小汽輪機該段漏汽接至除氧器)，其低壓段漏汽接至主汽輪機軸封冷卻器。低壓主汽閥和調節汽閥的閥桿漏汽進入主汽輪機軸封冷卻器。

600MW超臨界機組的軸封蒸汽系統

典型的600MW超臨界機組的軸封蒸汽系統見圖4，由軸端汽封、軸封供汽壓力調節站、軸封供汽母管、噴水減溫器、軸封漏汽和門桿漏汽管道、軸封加熱器以及上述管道和設備的疏水管道等組成。

圖4 600MW超臨界機組的軸封蒸汽系統

1．軸封供汽壓力調節站

軸封供汽母管向各軸封提供壓力穩定的密封用蒸汽，供汽壓力為0.12MPa。在汽輪機的所有運行工況下，供汽母管的壓力都是有軸封供汽壓力調節站自動控制的。軸封供汽壓力調節站包括高壓供汽調節站、輔助汽源調節站和溢流調節站等三個調節站。每個壓力調節站都是有壓力調節閥及其前後的截止閥(前為電動閥，後為手動閥)以及與這三個閥門並聯的旁路閥所組成。軸封系統中的所有調節閥的執行機構均為氣動執行機構，採用基地式控制。高壓供汽調節站的汽源來自主蒸汽，作為機組甩負荷時的備用汽源。在機組啟動前，主蒸汽的壓力和流量並不適合軸封蒸汽系統的要求，因此在輔助汽源供汽站前選用兩種供汽，分別是再熱蒸汽冷段和輔助蒸汽系統。在機組啟動或低負荷運行時，由輔助汽源提供的蒸汽經輔助汽源供汽調節閥，進入軸封供汽系統。輔助汽源供汽站前的兩路蒸汽管道是均設定電動截止閥和止回閥，以防止啟動初期，高壓蒸汽自軸封供汽母管倒入再熱冷段和輔助蒸汽系統。

在高、中壓缸內腔漏汽壓力滿足低壓缸軸封用汽要求時，高壓供汽調節閥和輔助汽源供汽調節閥自動關閉，由高、中壓缸內腔漏汽向低壓缸供汽，達到完全自密封。這時，溢流調節站自動開啟，由溢流調節閥控制蒸汽壓力，將-多餘的蒸汽通過氣動調節閥排入凝汽器。

2．噴水減溫器

為了汽輪機本體部件的安全，對軸封供汽的溫度有一定要求。如果供汽溫度與汽輪機本體部件溫度(特別是轉子的金屬溫度)差別太大，將使汽輪機部件產生很大的熱應力，這種熱應力將加劇汽輪機部件壽命損耗，同時造成汽輪機動、靜部分的相對膨脹失調，損壞汽封片和轉子軸頸，直接影響汽輪機機組的安全。一般來說，對於高、中壓缸軸封供汽溫度的合適範圍是150～260℃；低壓缸軸封的供汽溫度應在150℃左右。

因此，軸封供汽母管向高、低壓端軸封供汽的管道上均設定噴水減溫器，在汽輪機運行的各種工況下調節供汽溫度，將軸封供汽的溫度控制在合適範圍。減溫水來自主凝結水，由凝結水精處理裝置後引出。

3．軸封加熱器

軸封加熱器(也稱軸封冷卻器)是一種管式表面式加熱器。它是汽輪機軸封系統的一個重要熱交換設備，其主要功能是收集汽缸端軸汽封漏汽和汽輪機的閥門門桿漏汽，並利用這些蒸汽的熱能來加熱凝結水。由於這些蒸汽中還含有空氣，它們在軸封加熱器中放熱時，蒸汽凝結成水，空氣需排出，這樣既利用了漏汽的能量，回收工質，提高了汽輪機機組的熱經濟性，而且分離了空氣，保證軸封系統的正常工作。

為了實現上述功能，軸封加熱器除了要保證有一定的冷卻面積外，還需要控制壓力，使其略低於大氣壓力，為此，軸封加熱器需要配置兩台軸封風機(一台運行，一台備用)。圖5（1-門桿漏汽進口；2-軸封漏汽進口；3、4-抽風機；5-雙金屬溫度計；6-壓力表；7-主凝結水進口；8-進水室；9-疏水出口；10-殼體；11-螺塞；12-主凝結水出口；13-雙金屬溫度計；14-銘牌；15-水位計；16-蒸汽空氣混合物排出口）為LQ-110-4型軸封加熱器。

圖5 LQ-110-4型軸封加熱器結構

汽輪機各汽缸的軸封漏汽引出後，匯集到一根總管，有進汽口1、2進入軸封加熱器，被冷卻凝結為凝結水後，經U形水封排至凝汽器。其冷卻水來自凝結水泵出口，在管內流動，吸熱後去8號低壓加熱器。汽一氣混合物在殼內流動。向汽輪機軸封供汽時，軸封加熱器應立即投入運行，並有足夠的冷卻水量，以冷卻軸封漏汽。

軸封風機與軸封加熱器的汽側相連，它的作用是：抽出軸封加熱器中的未凝結的漏汽和空氣，使其汽側產生一定的負壓，以維持軸封抽汽系統的壓力略低於大氣壓力。這樣有利於將軸封漏汽導人軸封加熱器，防止軸封蒸汽從汽輪機軸端漏入廠房，同時還將軸封排汽中所攜帶的不凝結氣體排至大氣，提高軸封加熱器的冷卻效果。高、中壓缸和低壓缸的最末端軸封腔室都與軸封加熱器的汽側相連線，組成迴路。每台軸封風機進口均安裝電動蝶閥，以調節風量。當一颱風機運行時，備用風機進口門關閉。風機出口裝有止回閥，防止風機切換時空氣倒流，也有系統將止回閥裝在風機進口，而在出口另裝一個閥門。

4．安全閥和蒸汽過濾器

當某一壓力調節閥故障時，軸封系統的供汽母管可能超壓，危及汽輪機安全。為防止這種情況發生，軸封供汽母管上設定兩支彈簧散熱器，彈簧全啟式安全閥。安全閥的排出管道上不允許連線其他排其管道，以免影響其動作壓力，也不允許排水接人，以防止由於熱衝擊危害安全閥。為防止雜質進入軸封，而造成軸頸和汽封片因摩擦而損壞，軸封供汽母管至汽輪機的各供汽支管上都設定蒸汽過濾器。

5．門桿漏汽的回收

汽輪機的主汽門和高壓調速汽門門桿的漏汽經一根總管匯集，回收到再熱蒸汽冷段。如果2號高壓加熱器停用，則去軸封加熱器。中壓聯合汽門門桿的漏汽回收到軸封加熱器。

6．與小汽輪機軸封系統的聯繫

主汽輪機的軸封系統與兩台給水泵小汽輪機的軸封系統相互連通。軸封蒸汽母管來汽經減溫後向小汽輪機的軸封系統供汽，小汽輪機的軸封漏汽排至主機軸封抽汽管道。

軸封蒸汽系統的作用

汽輪機在各種運行工況下，軸封蒸汽系統都應提供合乎要求的軸封和閥桿密封用汽。軸封蒸汽系統的作用可歸納為：

(1)防止汽缸內蒸汽和閥桿漏汽向外泄漏，污染汽輪機房環境和軸承潤滑油油質。

(2)防止機組正常運行期間，高溫蒸汽流過汽輪機大軸，使其受熱從而引起軸承超溫。

(3)在機組啟動及正常運行期間，防止空氣漏入汽缸的真空部分，保證凝汽器的抽真空效果及真空度。在汽輪機打閘停機及凝汽器需要維持真空的整個熱態停機過程中，防止空氣漏入汽輪機，加速汽輪機內部冷卻，造成大軸彎曲。

(4)回收汽封和閥桿漏汽，減少工質和能量損失。