减小汽轮机汽门门杆漏汽有效途径的探讨作者：王大勇来源：《科技创新导报》2012年第24期王大勇(河北唐山陡河发电厂063028)摘要:各种类型的汽轮发电机组的主汽门、调速汽门均存在不同程度的门杆漏汽，在当前节 能降耗的趋势下,减少或避免门杆漏汽，可以进一步减少漏汽产生的损耗为此，探讨汽门门杆密 封新的结构形式，对门杆密封进行改进,达到更好地密封效果，提高机组的热经济性关键词:漏汽量 门杆间隙 密封结构中图分类号:TK267文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2012)08(c)-0087-021问题提出背景在火力发电企业中，汽轮发电机组所发电能由机组的调速系统控制，汽轮机调节系统采用主 汽门和调速汽门作为配汽机构，根据外界负荷需要向汽缸供给相应流量的蒸汽无论是主汽门还 是调速汽门，都是由汽门室和门芯组成的，由执行机构通过汽门门杆调整门芯的位置，从而改变汽 缸的进汽量为了保证机组的安全运行和根据需要调整负荷，汽门的开关操作必须灵活不卡，汽 门门杆与门杆套之间必然存在一定的间隙，蒸汽顺缝隙向外泄漏，造成一定的漏汽损失如果在 运行中汽门门杆漏汽量较大，就会造成一定的热力损失，影响机组的热效率。
2节能潜力的估算以国产200MW机组为例，高压调速汽门室的蒸汽为压力13MPa,温度535°C的过热蒸汽 一般在门杆套接有2段泄汽管道，高压段接至除氧器，压力为0.5MPa左右,低压段接至轴封冷却 器，压力为负压因此门杆间隙前后压差可达13MPa左右，必将产生很大的蒸汽泄漏量根据厂 家提供的国产200MW机组的热平衡图,在设计工况下门杆总间隙为0.3mm时的高中压汽门门杆蒸 汽泄漏量总和为为2.73T/h,根据同心环缝隙的流量的相关公式%「血I卩⑴厂卿（H1H她b：北輒闻1 :门杆和门杆套的配合长度可知，门杆的蒸汽泄漏量和间隙值与门杆间隙的3次方成正比,可知在0.4mm间隙时蒸汽的 泄漏量可以达到间隙为0.3mm时的2.3倍，在0.5mm间隙时蒸汽的泄漏量可以达到间隙为0.3mm 时的4倍根据检修工作经验,在汽轮机汽门检修时，调速汽门的门杆间隙可以达到0.4mm以上,个别门 杆间隙会达到0.5mm以上，以此估算门杆的蒸汽泄漏量可以达到6〜7T/h,因此就整个汽轮机蒸 汽损失而言，门杆的漏汽量占有相当大的比重根据我厂200MW机组的能耗分析表，高压门杆漏 汽每增加lT/h,供电煤耗约增加0.14g/kwh,中压门杆漏汽每增加lT/h,供电煤耗约增加 0.21g/kwh,如取供电煤耗增加值为0.18g/kwh,由于门杆漏汽的原因影响煤耗将达1.08〜 1.26g/kwh左右，因此门杆漏汽量的增大，会直接影响机组的热经济性。
3当前门杆密封方案的选择尽管减小汽门门杆泄漏可以提高机组效率，但汽轮机生产厂家在设计方面，发电企业在检修 维护方面的重视程度是不够的，因此如何减小门杆泄漏，提高密封质量仍是一个值得探讨的问题 目前在各种类型的机组中，一般有如下几种做法3.1采用普通的门杆套结构这种结构较为简单，汽轮机组的主汽门和调速汽门门杆和门杆套没有特殊的结构，门杆套为 8〜10只圆筒形的管状短节，中间由2道隔离套相隔，隔离套的位置即为门杆泄汽的位置门杆 套中的2道隔离套分别接至不同压力的泄汽管道，具体位置因机组的不同而不同，为了防止蒸汽 沿门杆间隙漏至外面影响环境，最后一道泄汽管的压力更低，一般将剩余的部分漏汽接至负压管 路3.2采用门杆凸肩密封的结构汽轮机组的高中压主汽门为开关二位式的配汽机构，在运行中不进行调节，因此可以采用更 为合理的结构形式，很多进口机组都采用门杆凸肩的密封结构形式，该种结构在汽门门杆上制作 有用于密封用的凸肩，俗称“倒密封”，在主汽门全开时，门杆和门杆套间的密封面接触,相当于 一个具有密封面的阀门，因此能够达到较好的密封效果，实践证明，如果密封面经过研磨合格，汽 门门杆间隙可以达到基本不发生泄漏的效果，也是最为理想的一种结构形式。
很多机组的中压调速汽门一般在30%〜40%负荷下已经全开,在以后的负荷段不再参与调 节，因此中压调速汽门也可以应用这种形式的门杆密封结构这种密封结构要求在汽门的全开方向留有足够的裕量，即整个汽门的开启行程要靠门杆凸肩 来限位，即使凸肩在运行检修中有小量的磨损，仍能保证汽门凸肩接触，关闭严密,蒸汽不向外漏 出同时在检修过程中要对门杆凸肩部位进行检查、研磨、靠口的阀门检修工艺来进行（图1）对于在全负荷段都要参与调节的高压调速汽门，由于在运行中的位置不固定，一般仍多采用 第一种普通的门杆套结构4汽门门杆密封的优化方案根据以上所述和间隙泄漏的公式1,改进汽轮机组汽门门杆套的形式，减少门杆泄汽量，主要 应从以下几个方面入手：4.1减小门杆与门杆套的间隙在相同门杆直径的条件下，如直径40mm左右的门杆，国产机组一般把门杆间隙推荐为0.30mm,而国外机组则推荐为0.20mm,这主要是因为早期国产机组制造时金属材料及制造工艺比 较落后，出于各方面考虑的结果目前国内的加工工艺得到了大幅提高，即使进口机组在检修后， 如果门杆门杆套间隙超标，一般也会换为国产相同尺寸的新备件，并未因此出现明显的卡涩现象， 这些说明国内的门杆产品质量也有所提高，检修标准不应总停留在以前的工艺标准之上。
因此， 国内机组在以后也应对门杆间隙值的上下限值进行适当缩小，如能将总间隙改为0.20mm的下限 标准，就能将泄汽量降至2T/h以下,较总间隙改为0.30mm下降3倍之多，这样可以大幅减小门杆 泄气量，提高机组运行的经济性4.2减小门杆和门杆套的偏心量在运行中，汽门的门杆套处于固定位置，门杆在调节中处于往复运动状态，由于汽门阀芯在运 行中处于高自由度的悬空状态,在高速汽流的冲动和扰动下，会带动汽门门杆偏离中心位置，形成 偏心的门杆漏汽间隙对于偏心的漏汽间隙，根据漏汽公式，最大偏心情况下的漏汽流量为：其流量为同心环形间隙的2.5 倍,因此减小门杆和门杆套的偏心量也是很关键的由于重力作用，一般垂直布置的汽门门芯在自由状态下会达到较好的对中效果，为了减小偏 心,需要减小高速汽流对门芯和门杆的作用力，可以在汽门室进汽处加装导流板或均压网，避免蒸 汽直吹阀芯，造成门杆受力偏斜对于水平和斜向布置的汽门，可以设置耐磨可靠的门杆托架，来 达到好的门杆同心度4.3尽可能采用凸肩密封的结构由前述可知,门杆的凸肩密封类似于阀门的门口,因此采用凸肩密封的结构可以达到较好的 密封效果但对于需要运行中调节的调速汽门,实现则有一定的难度。
按照下限间隙调整门杆间 隙,在调速汽门的最大行程处设计凸肩密封,也会起到很好的密封效果直观估算，对于设置4个高压调速汽门的200MW机组,2个高调门全开可以带140MW负荷,3 个高调门全开即可带满负荷机组大多数时间运行在160MW以上，因此#1、#2高压调速汽门可 以全开,可以靠全行程处凸肩密封来达到较好的密封效果,减少门杆漏汽,对于满负荷,则3个调 门处于上止点位置,也可以达到较好的密封效果但对于调速汽门的中间状态,仍需采取其他措 施来减小门杆的漏汽量对于开关两位式的主汽门,采用凸肩密封的另一个好处是可以适当放宽门杆间隙值,检修中 只需对密封部位进行研磨,减少门杆的更换次数4.4 增加门杆套的配合长度根据间隙漏汽流量公式1,增加门杆和门杆套的配合长度l,也可以显著减小门杆漏汽量，如 果设法将l值增大一倍，门杆漏汽量就能减小一倍因此在设计调速汽门的时候，应考虑增加门 杆套的长度,增加门杆套的长度对门杆的对中也是有利的,但增加门杆套的长度会提高加工工作 的难度,同时也会增大门杆卡涩的风险4.5 设计并采用新型的密封形式对于调速汽门的中间位置,可以设计制作新型的门杆密封结构形式,来达到好的密封效果,达 到减小门杆漏汽的目的。
现代高温材料的发展,很多高强度的高分子材料相继问世,该种材料耐磨性高、强度大,耐高 温,并有很好的自润滑性能,如今汽轮机轴封、油档的接触式密封有很多应用,技术较为成熟如 果应用该种材料设计制作接触式门杆套,必能取得较好的密封效果如图即为将高分子材料嵌入 门杆套的示意图,在工作中该材料与门杆接触,由于其有较好的润滑性能,不会引起门杆的卡涩, 同时也不会引起门杆的拉伤在运行中门杆套和门杆接触严密,蒸汽泄漏量就能得到大幅减小 （图2）综上所述,开关两位式汽门门杆密封形式应首选凸肩“倒密封”结构,对于调节气门在上限 位置也应选用“倒密封”结构,在其中间位可以选用各种新型密封来达到较好的密封效果,来防 止或减少蒸汽沿门杆泄漏,提高机组运行的经济性5 结语节能工作是当前电力企业的一大主题,如何降耗减排,多发优质的电能是发电企业的主要任 务,在机组主机和主要辅机节能改造后,就要将节能工作细化,具体化,目前各种类型的汽轮发电 机组的主汽门、调速汽门由于设计加工及检修维护等方面的原因,均存在不同程度的门杆漏汽, 如果能减少或避免门杆漏汽,可以进一步减少漏汽产生的损耗,提高机组的热经济性本文就减 小汽轮发电机门杆漏汽损失进行了简要估算,对门杆配合结构的可行性改造方案进行了探讨,并 对汽门门杆密封的新的结构形式进行了简要分析,提出了门杆密封改进的原则性方案。
根据实际 情况,对汽轮机组的主汽门、调速汽门门杆密封结构形式进行必要的优化,使门杆达到更好地密 封效果参考文献[1] 代云修•汽轮机设备及运行：汽轮机的调节系统[M].北京：中国电力出版社.[2] 王积伟•液压与气压传动:流体传动的基本理论[M].北京:机械工业出版社.。