概述(名称 详细内容 蒸汽轮机联合循环)

振动原因分析及排除(原因分析 异常振动故障排除)

蒸汽轮机密封(操作步骤 注意事项 应用领域)

概述

名称

燃气－蒸汽轮机

主题词或关键词: 燃气 能源科学 蒸汽

详细内容

全称叫蒸汽涡轮发动机（Steam turbine）是一种撷取（将水加热后形成的）水蒸汽之动能转换为涡轮转动的动能的机械。相较于原由詹姆斯·瓦特发明的单级往复式蒸汽机，涡轮蒸汽机大幅改善了热效率，更接近热力学中理想的可逆过程，并能提供更大的功率，至今它几乎完全取代了往复式蒸汽机。涡轮蒸汽机特别适用于火力发电和核能发电，世界上大约80%的电是利用涡轮蒸汽机所产生。

老式船舰中也有不少使用，但是在现代化船舰中已经被燃气涡轮引擎全面取代，只有少数特例如现代级还使用蒸汽涡轮。

蒸汽轮机联合循环

燃气－蒸汽轮机联合循环，是把燃气轮机和蒸气轮机这两种按不同热力循环工作的热机联合在一起的装置，有时也简称为联合循环。为了提高热机的效率，应该尽可能地提高热机中的加热温度和降低排热温度。但蒸汽轮机和燃气轮机的热力循环都不能很好满足上述要求。如把它们结合起来，以燃气轮机的排热来加热蒸汽，就可以同时取得燃气轮机加热温度较高和蒸汽轮机排热温度较低的双重优点。

联合循环的理论基础早已建立。热力学奠基人之一卡诺就提出过联合循环的概念。但是直到20世纪中叶，才开始有实用的联合循环动力装置。发展联合循环的关键是要研制出高温、高性能、大功率的燃气轮机。为了适应石油短缺的形势，在燃气轮机中有效烧煤也是一项关键技术。目前，世界各先进工业国家均已有定型联合循环机组产品。其中功率最大的已超过60万千瓦，最高热效率已高达47%以上。它作为热电并供机组使用，燃料利用率可高达80%左右，单机组最长运行时间已超过10万小时。热机的热效率要提高1%都是非常困难的，而联合循环却只要把燃气轮机和蒸汽轮机结合起来就可以大幅度节约能源。

由于蒸汽轮机具有功率大，维护费用低廉的优点，因此在许多国家的大型军舰动力装置依然热衷于使用蒸汽轮机。燃气轮机虽然转速高，加速快，但是输出功率没有蒸汽轮机大，因此对于要求高航速的大型舰船，蒸汽轮机或蒸汽轮机-分散电机-电机动力系统依然是不错的选择。

振动原因分析及排除

原因分析

为查找合成气压缩机组汽轮机异常振动的原因。在2002年年度大修前，多次对汽轮机进行全面检查，发现前轴承座的4个固定螺栓头部同压板间有较大间隙，且分布不均匀，顺着汽轮机方向看，4个螺栓的间隙分别为：前左0.50mm，前右0.60mm，后左1.10mm，后右1.20mm.。

汽轮机正常运行时，由于轴承座受热膨胀，补偿了轴承座固定螺栓头部同压板间冷态预留的膨胀间隙，二者间应基本处于无间隙状态。由图l可以看出，轴承座每侧2个固定螺栓都采取了连接点焊的防松措施，因此螺栓不会自己松动退出。因此固定螺栓头部同压板间出现较大间隙的原因只能是轴承座出现了下沉，轴承座与固定螺栓对应处下移量大致等于该部位实际出现的间隙量。在前轴承座中，径向轴承的安装位置靠近后端两个支承点，由于轴承座后端下沉量较大，所以径向轴承实际下沉量要大于轴承座平均下沉量（0.85mm）。

汽轮机前径向轴承随轴承座下沉，引起其上支承的汽轮机转子前端下沉，转子下沉量大致等于前径向轴承下沉量。经查资料汽轮机前轴封，平衡盘汽封及前几级叶轮汽封处径向间隙均为0.20～0.40mm，因此转子的下移量足以使转子前端同汽缸前汽封下部及前几级隔板汽封下部产生磨擦，引起转子和汽缸振动，转子振动带动轴承座产生振动。因汽缸质量较大，受影响相对小些。由于磨擦主要发生在前端，所以转子前端及前轴承座振动升幅比后端要大。动静部件间的磨擦和产生的振动也使现场噪音有所增加。

轴承座四角不均匀下沉，也破坏了轴承座中心线同转子中心线的平行状态，使径向和止推轴承瓦块工作状况变坏；另外轴承座带动转子下沉，还使转子在汽缸内的径向位置严重偏心，这些都是激起转子振动的重要原因。

分析认为造成轴承座下沉的原因大致有3点：

①球形垫下部与可调支承螺母间磨损；

②球形垫上部与轴承座下支承面间发生磨损；

③可调支承螺母松动下移。

异常振动故障排除

大修中把合成气压缩机组汽轮机检修重点放在前轴承座上。将前轴承座吊出检查，发现四角支承系统中的4个可调支承螺母均紧固良好。但是，轴承座下部支承面同球形垫接触处磨出4个深度不同的环形凹坑，其深度为：前左0.20 mm，前右0.40 mm，后左0.50 mm，后右0.80 mm。检查前轴承径向瓦块和推力瓦块，均出现偏磨。汽轮机缸体前端轴封、平衡盘密封、缸体前半部各级叶轮密封的汽封齿被严重磨损。转子上镶嵌的前轴封齿，前几级叶轮的级间汽封齿都严重磨损。

在开停车过程中，汽轮机前轴承座要在其球形支承垫上前后移动，但当轴承座下部支承面被球形垫磨出凹坑后，球形垫上部便有部分嵌入凹坑内，严重影响轴承座的前后正常滑动。

检修中，把前轴承座下部支承面精加工处理，消除凹坑，对下半缸内磨损的汽封齿进行了修复，更换了4套球形垫及下部调节系统，还更换了前端轴封套、平衡盘汽封套、转子、轴承。前轴承座就位后，以缸体为基准，按原始安装标准重新调整轴承座的高度，水平度和左右位置，使轴承座中心同缸体中心同心。

检修后开车一年多来，合成气压缩机组汽轮机轴振动值小于30µm，前轴承处轴振动值在满负荷、超额定转速下运行时也不超过20µm，开停车过程轴振动值小于50µm，汽轮机前轴承座外壳振动及现场噪音也大大降低。

蒸汽轮机密封

操作步骤

步骤1：

对于对接接头的承重、密封面的较严重损坏区域（≤0.5-2.0mm）进行机加、整平（不平整区域）

对接接头密封面损伤≥0.5-1.0毫米的受损区域应：

将博科思与石墨件进行混合，变浓厚形成有弹性的、高抗的密封混合物，可以将高达1.0毫米的损伤点整平。

对接接头密封面损伤≥1.0-2.0毫米的受损区应：

使用陶瓷-金属密封混合物，当固化后可以机加（碾磨、磨削、刮削等）

步骤2：

对承重、密封面进行砂磨；

此工序只能由训练有素的专门人员来完成；

为了确保博科思最佳粘结表面，可用使用盘形砂轮的振动磨机对密封面进行稍稍打磨，砂轮粒度在60-80（可能不需要砂磨，这取决于表面的最终精密度）；

也可以选择对表面进行刮削和修整。

步骤3：

清洗对接接头承重、密封面；

对高压涡轮机/中压涡轮机/低压涡轮机顶端和底端对接接头的油脂进行清洗，并用干布进行擦拭。

步骤4 ：

将博科思密封剂施用在对接接头承重、密封面上；

使用刷子或刮刀将博科思施用在内密封的两个密封面上，涂层厚度应在0.2-0.3毫米。产品不会固化，数小时后只是在浓度上有微小的变化，它会保持柔韧及弹性，因而能够在对接接头上进行再操作。

步骤5：

闭合高压涡轮机；

按制造商指示将涡轮机两半部分进行闭合。

涡轮机可马上投入到运行负荷中，不需等待！

博科思是一种单组份、膏状密封剂，是一种工业用途优质密封剂，适用于对光滑、平整密封面（对接接头）的温度和压力情况要求高的工况。尤其适用于密封金属接头：蒸汽轮机和燃气轮机、压缩机、泵、外壳、法兰接头等。博科思耐高达900℃的热蒸汽、气体，热、冷水，轻质燃油、润滑剂，原油及天然气。密封面及接头处极好的粘着力可确保耐压高达250巴（255kg/cm2）的压力。我们可以发布一个对于产品应用在蒸汽涡轮机和燃气涡轮机机加密封面（对接接头）10年的担保，但要基于产品的正确使用和行业规定的维修。博科思不是一种危险物质。

注意事项

对于博科思密封性能的运行检查必须要在蒸汽、温度及压力负荷下进行。如果现场测试只涉及水和压力，那么密封混合物就不能持久地粘结在对接接头密封面的不平整表面上。它会被冲刷掉。温度是一个必需的要素，与压力共同发生作用使材料形成膏状。它会保持弹性，并在对接接头表面形成持久密封。博科思高温密封剂还可以在蒸汽、温度及压力下的蒸汽管道或法兰接头上进行现场测试。通常情况下，现场测试可以在所有高温、压力下的金属接头上进行。

应用领域

金属与金属对接。

博科思已经在西门子涡轮机上用了50多年（产品是在1952年与西门子研发）。如果没有博科思在单独压力区域的额外密封，受压力影响，会引起生产的不精确性或变形。也就是说在单独压力区域的涡轮机区会在压力下出现渗漏。这就意味着涡轮机就会失去动力，从而需要计划外修复。博科思的特殊配方使其在蒸汽和燃气轮机的标准应用中保持惰性。因此可以承受热空气，蒸汽，水，轻燃料油和润滑剂。可以耐原油和天然气。