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汽輪機(jī)汽封的型式、分類、對(duì)比

發(fā)布時(shí)間：2023-03-08

大型汽輪機(jī)就是由多個(gè)級(jí)組成，每個(gè)級(jí)都有動(dòng)、靜兩部分組成，因此整個(gè)汽輪機(jī)也就由動(dòng)、靜兩部分組成。汽輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)與靜止部件之間必須留有一定的間隙，以防相互摩擦。由于汽缸內(nèi)外、隔板前后以及帶反動(dòng)度的動(dòng)葉兩側(cè)存在壓差，而相應(yīng)各處動(dòng)靜部分之間又必須保持一定間隙以使它們不致相碰，因此必須設(shè)置汽封裝置。

汽輪機(jī)的汽封根據(jù)安裝的位置不同分為：軸端汽封（簡(jiǎn)稱軸封）、隔板汽封、和通流部分汽封，分別用來防止汽輪機(jī)的軸端、隔板和動(dòng)葉頂部、根部蒸汽的泄漏，其作用分別是防止外界空氣進(jìn)入汽輪機(jī)，與汽輪機(jī)內(nèi)的蒸汽混合，減小蒸汽泄漏量，從而減少化學(xué)補(bǔ)水量和防止高位能的工作介質(zhì)向低位能流動(dòng)。作為汽輪機(jī)的易損件和必備部件，汽輪機(jī)的汽封越來越引起從事汽輪機(jī)設(shè)計(jì)的工程技術(shù)人員的關(guān)注。因?yàn)閺钠�輪機(jī)運(yùn)行的測(cè)試結(jié)果可以看出汽輪機(jī)的漏汽損失約占內(nèi)部損失的1/3左右。近年隨著汽輪機(jī)汽封技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機(jī)運(yùn)行的安全可靠性和機(jī)組熱效率都得到相應(yīng)的提高。

1、傳統(tǒng)汽封

目前被廣泛應(yīng)用于大、中、小型汽輪機(jī)的傳統(tǒng)汽封主要為迷宮式汽封。迷宮式汽封中根據(jù)斷面的形狀不同常用的有樅樹型汽封和梳齒式汽封。其中梳齒式汽封因其汽封成本低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安全可靠且易于安裝而被廣泛應(yīng)用。梳齒式迷宮汽封的密封機(jī)理是在汽封環(huán)的內(nèi)圓及汽封套筒（高溫部分為轉(zhuǎn)子大軸）的外圓上車有許多相互配合的梳齒及凹凸肩，組成微小的環(huán)形間隙（稱汽封間隙）及蒸汽膨脹室，以阻止蒸汽的泄漏。汽封環(huán)時(shí)借助外圓上兩凸肩安裝在軸封套（隔板）內(nèi)圓車出的T型槽道內(nèi)。每道汽封環(huán)分成六個(gè)弧塊（稱為汽封塊），每個(gè)汽封塊與軸封套（隔板）之間裝有兩片彈簧片，使汽封塊呈彈性壓向中心，從而保持動(dòng)靜部分的Z小間隙。

傳統(tǒng)梳齒式迷宮汽封安裝好后，汽封間隙在無碰摩情況下運(yùn)行中就始終保持不變。在正常安裝后，如果汽封間隙過大，就會(huì)引起蒸汽的泄漏增加，導(dǎo)致汽輪機(jī)組熱效率的降低；如果汽封間隙設(shè)置得太小，機(jī)組開、停機(jī)過程過臨界轉(zhuǎn)速時(shí)轉(zhuǎn)子可能發(fā)生較大振動(dòng)，就會(huì)導(dǎo)致汽封齒與轉(zhuǎn)子發(fā)生擦碰。雖然當(dāng)汽封塊與轉(zhuǎn)子發(fā)生摩擦?xí)r，汽封塊背面彈簧片能使汽封塊向外退讓，減小摩擦壓力，但卻不能避免摩擦，輕者會(huì)造成汽封齒磨損，增大汽封間隙進(jìn)而增大熱耗。當(dāng)擦碰嚴(yán)重時(shí)，會(huì)使汽封齒變形、變脆甚至破裂，同時(shí)隔板的徑向軸封與轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的擦碰會(huì)使轉(zhuǎn)子局部受熱，產(chǎn)生熱變形導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲，導(dǎo)致汽封齒的進(jìn)一步磨損，加大徑向汽封與轉(zhuǎn)子之間的間隙。因此考慮到轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速的振動(dòng)，傳統(tǒng)梳齒式迷宮汽封安裝時(shí)徑向間隙一般為0.60~0.80mm，根據(jù)轉(zhuǎn)子不同情況，有的間隙更大。

2、蜂窩汽封

所謂蜂窩式密封，是在靜子密封環(huán)的內(nèi)表面上由規(guī)整的蜂巢菱形狀的正六面體的小蜂窩孔狀的密封帶狀物構(gòu)成，其材料是由厚度僅為0.05～0.10mm的鎳基耐溫薄板在特殊成型設(shè)備上制成的正六面體網(wǎng)格型材，再經(jīng)過特殊焊接設(shè)備焊接而成，根據(jù)密封環(huán)尺寸制成的蜂窩帶在真空釬爐中通過真空釬焊技術(shù)焊接在母體密封上，而形成了蜂窩式密封，如圖1所示。

圖1 蜂窩汽封

蜂窩汽封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，將傳統(tǒng)汽封低齒車削，由蜂窩狀汽封取代，蜂窩是由六邊形孔連片組成，六邊形單邊尺寸為2～3mm。蜂窩汽封由于具有較寬的密封帶，改變了傳統(tǒng)直形汽封低齒齒數(shù)由于受結(jié)構(gòu)限制，只能布置很少（一般1～2齒）的缺點(diǎn)，仍保留汽封高齒。相當(dāng)于增加了汽封齒數(shù)量，加大了汽流阻力，提高了密封效果。蜂窩汽封退讓仍采用傳統(tǒng)汽封的背部板彈簧結(jié)構(gòu)，所以安裝間隙一般取傳統(tǒng)汽封徑向間隙設(shè)計(jì)值的上限。與現(xiàn)傳統(tǒng)高、低齒結(jié)構(gòu)汽封相比，由于齒數(shù)量相對(duì)增加很多，從而密封效果大大提高，汽封由于仍采用原傳統(tǒng)汽封退讓結(jié)構(gòu)，在啟動(dòng)過程中可能會(huì)產(chǎn)生碰磨，但由于蜂窩材質(zhì)較軟，不會(huì)產(chǎn)生大的影響，如航空渦輪機(jī)(轉(zhuǎn)速40000r/min，工作溫度1000～1500℃)上采用，由于渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸較短，無法設(shè)計(jì)退讓汽封，而采用固定的結(jié)構(gòu)，有碰磨時(shí)損傷的是蜂窩汽封，而不會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生影響。

3、布萊登汽封

由于傳統(tǒng)汽封的結(jié)構(gòu)密封特點(diǎn)又考慮到轉(zhuǎn)子的振動(dòng)無法將汽封間隙調(diào)到更小，因而機(jī)組漏汽損失就不能進(jìn)一步減小，機(jī)組熱效率很難進(jìn)一步提高。隨著汽封技術(shù)的發(fā)展，又從美國(guó)引進(jìn)一種新型可調(diào)式汽封——布萊登汽封。這種汽封可以使汽封間隙調(diào)到更小的0.35~0.45mm，運(yùn)行中又可以避免轉(zhuǎn)子過臨界時(shí)振動(dòng)過大而與汽封的擦碰。布萊登汽封取消了傳統(tǒng)汽封背部的板彈簧，取而代之的是在每圈汽封弧段端面處加裝了四只螺旋彈簧。自由狀態(tài)時(shí)，在彈簧力作用下，汽�苹�塊是處于張開狀態(tài)而遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子；機(jī)組啟機(jī)時(shí)，隨著蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧塊背部的蒸汽壓力逐漸增大，當(dāng)這一壓力足以克服彈簧應(yīng)力、摩擦阻力等時(shí)，汽封弧塊開始逐漸關(guān)閉，直至處于工作狀態(tài)，并始終保持與轉(zhuǎn)子的Z小間隙運(yùn)行；停機(jī)時(shí)，隨著蒸汽流量的減小，在彈簧應(yīng)力作用下，推動(dòng)汽封弧塊遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子。使汽封與轉(zhuǎn)子的徑向間隙達(dá)到Z大值。這就解決了傳統(tǒng)汽封存在的機(jī)組開、停機(jī)過程中存在轉(zhuǎn)子過臨界時(shí)振動(dòng)過大而造成汽封碰摩問題。因而布萊登汽封得到廣泛的應(yīng)用。

4、接觸式汽封

可調(diào)式汽封進(jìn)一步縮小了汽封間隙，并提高了機(jī)組安全性，但畢竟還存在汽封間隙和漏汽損失。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近幾年哈爾濱通能電氣股份有限公司又開發(fā)研制出一種新產(chǎn)品——接觸式汽封。這種汽封可以使汽封間隙調(diào)整到零，即汽封齒可以和轉(zhuǎn)子大軸直接接觸。這種汽封是在傳統(tǒng)梳齒式汽封塊中間開槽，加裝一道可以與轉(zhuǎn)子直接接觸的汽封齒。這種汽封齒材料為復(fù)合塑料，具有自潤(rùn)滑特性，可以耐溫700℃，具有耐磨性。設(shè)計(jì)安裝時(shí)具有自動(dòng)跟蹤轉(zhuǎn)軸偏擺及晃動(dòng)性能，徑向后退量2.5mm，徑向前進(jìn)量0.5mm，具有很高靈敏度。同時(shí)具有精確限位裝置，能使汽封齒始終與轉(zhuǎn)軸零間隙運(yùn)行。這種新型汽封開始主要應(yīng)用在汽輪機(jī)排汽缸軸端汽封上，效果很理想�，F(xiàn)在逐漸開始在高壓缸隔板汽封和軸封上應(yīng)用。

5、刷式汽封：

刷式密封Z早應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)上，后有GE公司運(yùn)用在工業(yè)燃?xì)馐狡�輪機(jī)上，應(yīng)用效果顯著。90年代傳入國(guó)內(nèi)，開始在運(yùn)用在蒸汽輪機(jī)上。

在原有汽封基礎(chǔ)上加裝一圈刷式密封條，此刷封條代替原來的高齒，高度要比原高齒要高，因減小了汽封間隙，從而減少了漏氣，其刷封部分的刷絲是順著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向排列一圈耐高溫的鈷基合金絲，可以耐1200攝氏度以上的高溫不變形，運(yùn)行時(shí)，散開的刷絲束類似于防護(hù)林的風(fēng)阻效果，起到密封效果，并且可以適應(yīng)轉(zhuǎn)子的瞬態(tài)跳動(dòng)，恢復(fù)原有的汽封間隙，能長(zhǎng)期保證使用效果。因?yàn)樗⒔z有彈性，也不會(huì)對(duì)機(jī)組振動(dòng)造成大的影響。不受位置及壓力的影響，應(yīng)用范圍較廣，效果較明顯。

6、DAS汽封：

此種汽封也叫“大齒汽封”，其結(jié)構(gòu)形式與梳齒類似，但汽封塊兩側(cè)的高齒部分齒寬加厚，它與軸的徑向間隙略小于其它齒，并采用鐵素體類材料將其嵌入汽封塊中，與轉(zhuǎn)子摩擦?xí)r產(chǎn)生的熱量小，不易彎軸。開機(jī)過臨界時(shí)如產(chǎn)生碰磨就會(huì)先與大齒磨，由于它厚不易磨掉故不會(huì)磨到其它的齒，保證正常運(yùn)行時(shí)的汽封間隙。

汽封型式的選擇

1、汽封的特性和密封效果主要取決于三個(gè)因素，從當(dāng)前實(shí)際使用中存在的問題分析，以影響效果的大、小為序，首先是，汽封安裝結(jié)構(gòu)型式；其次是，改造位置和數(shù)量；再次是，密封的徑向間隙大小。

2、從試驗(yàn)結(jié)果表明：無論是哪一種新型汽封，均能達(dá)到較好的效果，但應(yīng)根據(jù)各自的技術(shù)特點(diǎn)，結(jié)合汽輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和實(shí)際狀況，因地制宜的使用。關(guān)鍵是汽封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工工藝與質(zhì)量和安裝技術(shù)水平，否則無法達(dá)到應(yīng)有的效果。

3、依據(jù)各缸內(nèi)效率的高、低,判斷與決策對(duì)汽封是否修復(fù)或更換和效果，不夠科學(xué)和全面。評(píng)估汽封的效果應(yīng)根據(jù)汽輪機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，改進(jìn)前、后選用相同部位測(cè)點(diǎn)和試驗(yàn)條件,對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析判斷。

4、各型式汽封優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

（來源：集控值班員）