汽輪機汽封的型式、分類、對比

2023-03-08

大型(xíng)汽輪機就是(shì)由(yóu)多個級組成,每個級都有動、靜兩部分組成,因此整個汽輪機也就由動、靜兩部分組成。汽輪機的轉動與(yǔ)靜止部件之間必須留有一定的間隙,以防相互摩擦。由于汽缸内外、隔闆前(qián)後以及帶反動度的動葉兩側存在壓(yā)差,而相應各處動(dòng)靜部分之間又必須保(bǎo)持一(yī)定間隙以(yǐ)使它們不緻相碰,因此必須設置汽封裝置。

汽(qì)輪機的汽封根(gēn)據安裝的位置不同分為:軸端(duān)汽封(簡稱(chēng)軸封)、隔闆汽(qì)封、和通(tōng)流部分汽(qì)封,分别用來防止汽輪機的軸端、隔闆和動葉頂部(bù)、根部蒸汽的洩漏,其作用分别是防止外(wài)界空氣進入汽(qì)輪(lún)機(jī),與汽輪機内的(de)蒸汽混合,減小(xiǎo)蒸汽洩漏量,從而減少(shǎo)化學補水量(liàng)和防止高位能的(de)工作介(jiè)質向低位(wèi)能流(liú)動。作為汽輪機的易損件(jiàn)和必(bì)備部件,汽輪機的汽封越來越引起從事汽輪機設計的工程技術人員(yuán)的關(guān)注。因為(wéi)從汽輪機運行的測試結果可以看出汽輪(lún)機的漏汽損失約占内部損失的1/3左右。近年随着汽輪機汽封技術的不(bú)斷發展,汽輪機運行的安全可靠性和機組熱效率(lǜ)都得到相應的提高。

1、傳統汽封

目前被廣(guǎng)泛應用于大、中、小型汽(qì)輪機的傳統汽封(fēng)主要(yào)為迷宮式汽封。迷宮式汽封中根據斷面(miàn)的形(xíng)狀不同常用的有枞(cōng)樹型汽封(fēng)和梳齒式汽封。其中梳齒式汽封因其汽(qì)封成本低、結構簡單、安全可靠且易于安裝而被廣泛應用。梳齒式迷宮汽封(fēng)的密封機理是在汽封環(huán)的内圓及(jí)汽封套筒(高溫部分為轉子大軸)的外圓上車有許(xǔ)多相互配合的梳齒及凹(āo)凸肩,組成微小的環形間隙(稱(chēng)汽封(fēng)間隙)及蒸(zhēng)汽膨脹室,以阻止蒸(zhēng)汽的洩漏(lòu)。汽封環時借助(zhù)外圓上兩凸肩(jiān)安裝在軸封套(隔(gé)闆)内圓車出的T型槽道内。每道汽封環分成(chéng)六個弧塊(kuài)(稱為汽封塊),每個汽封(fēng)塊與軸封套(tào)(隔闆)之(zhī)間裝有兩片彈簧片,使汽封(fēng)塊呈彈性壓向中(zhōng)心,從而保持動靜(jìng)部分的Z小間隙(xì)。

傳統梳齒式迷宮汽(qì)封安裝好後,汽封(fēng)間隙在無碰摩情況下運行中就始終保持(chí)不變。在正常安裝後,如果汽封間隙過大(dà),就會(huì)引起(qǐ)蒸汽的洩漏(lòu)增加,導緻汽輪機(jī)組(zǔ)熱效率的降低;如果汽封間隙設置得太(tài)小,機組開、停(tíng)機過程過臨界(jiè)轉速時轉(zhuǎn)子可能(néng)發生較大振(zhèn)動,就會導緻汽封齒(chǐ)與(yǔ)轉子發生擦碰。雖然當汽封塊與轉子發生(shēng)摩擦時,汽封塊(kuài)背面彈簧(huáng)片能使汽封塊向外(wài)退(tuì)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(dà)汽封間隙進而增大(dà)熱耗。當擦碰嚴重(zhòng)時,會使汽封齒(chǐ)變(biàn)形、變脆甚至破(pò)裂,同時隔(gé)闆的徑向軸封與轉子所産生的(de)擦碰會使轉子局(jú)部受熱,産(chǎn)生熱變形導緻轉子彎曲,導緻汽封(fēng)齒的進一步磨損,加大徑向汽封與(yǔ)轉子之間的間隙。因(yīn)此考慮到轉子過臨界轉(zhuǎn)速的振動,傳統梳齒式迷宮汽封安裝時徑(jìng)向間隙一般為0.60~0.80mm,根據轉子不同情況,有的間隙更大。

2、蜂(fēng)窩汽封

所(suǒ)謂蜂窩(wō)式密封,是在靜子密封環的内表面上由規整的蜂巢菱形狀的正六面體的小蜂窩(wō)孔狀的密封帶狀物構成,其材(cái)料是由厚度僅(jǐn)為0.05~0.10mm的鎳基(jī)耐溫薄闆在特殊成型設備上制成的正六面體網格型(xíng)材,再經過特殊焊接設備焊(hàn)接而成,根據密封(fēng)環尺寸制成的蜂窩帶在(zài)真空釺爐中通過真空釺焊技術焊(hàn)接在母體密封上,而形成了蜂窩(wō)式密封,如圖1所示。

圖1 蜂(fēng)窩汽封

蜂窩汽(qì)封的結構特點是(shì),将傳統汽封低齒車削,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(chǐ)寸為2~3mm。蜂窩汽封由于具有較寬的密封帶(dài),改變了傳統(tǒng)直形汽封低(dī)齒齒(chǐ)數由于受結構限制,隻能布置很少(shǎo)(一般1~2齒)的缺點(diǎn),仍保留汽封高齒。相當于增加了汽封齒(chǐ)數量,加大了汽流阻力(lì),提高(gāo)了密封效果。蜂窩汽封(fēng)退讓仍采用傳統(tǒng)汽封的背部(bù)闆彈簧(huáng)結構,所以安裝(zhuāng)間隙一般取傳統汽封徑向間隙設計值的上限。與現傳統高、低齒結(jié)構汽封相比,由(yóu)于齒數量相對(duì)增加很(hěn)多,從而密封效果大大提高,汽封由于仍采(cǎi)用原傳統(tǒng)汽封退讓結構,在啟(qǐ)動過程中可能會産生碰(pèng)磨,但由于蜂窩材質較軟,不會産生大的影(yǐng)響,如航(háng)空渦輪機(轉速40000r/min,工(gōng)作溫度1000~1500℃)上采用,由于渦輪機結構尺寸(cùn)較短,無法設計退讓汽封,而采用固定的結構,有碰磨時損傷的是蜂窩(wō)汽封(fēng),而不會對軸産生影響。

3、布萊登汽封

由(yóu)于傳統汽封的結(jié)構密封特點又考慮(lǜ)到轉子的振動無法将汽封間隙調到更小,因而機組漏汽損(sǔn)失就不能進一步減(jiǎn)小,機(jī)組熱效率很難(nán)進一步提高。随着汽封技術(shù)的發展,又從美國引進一種新型(xíng)可調式汽封——布萊(lái)登汽封。這種汽封可以使汽封間隙調到更小的0.35~0.45mm,運行中又可以(yǐ)避(bì)免轉子過臨界時振(zhèn)動過大而與汽封的擦碰。布萊(lái)登汽封取消了傳統汽封背部的闆彈簧,取而代之的是在每圈汽封弧段端面處加裝了四隻螺旋(xuán)彈簧(huáng)。自由(yóu)狀态時,在彈簧力作(zuò)用下,汽

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