常見汽封簡介

2021-07-03 06:35:01 字數 4163 閱讀 8583

1、 梳齒迷宮式汽封

目前被廣泛應用於大、中、小型汽輪機的傳統汽封主要為迷宮式汽封。迷宮式汽封中根據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、結構簡單、安全可靠且易於安裝而被廣泛應用。

其結構如下圖:

梳齒式迷宮汽封簡圖

傳統梳齒式迷宮汽封安裝時徑向間隙一般為0.60~0.80mm,根據轉子不同情況,有時間隙更大。

眾所周知梳齒汽封主要有以下缺點:

汽輪機在起停機過程中過臨界轉速時,轉子振幅較大,若汽封徑向安裝間隙較小,汽封齒很容易磨損。

由於軸封漏汽量較大(尤其在汽封齒被磨損後),蒸汽對軸的加熱區段長度有所增加,並且溫度也有所公升高,使脹差變大,軸上凸台和汽封塊的高、低齒發生相對位移而倒伏,造成漏氣量增加,密封效果得不到保證。

汽封齒與軸發生碰磨時,瞬間產生大量熱量,造成軸區域性過熱,甚至可能導致大軸彎曲,所以在機組檢修時,電廠只能把汽封徑向間隙調大,以犧牲經濟性為代價來確保機組的安全性。

曲徑汽封環形腔室的不均勻性,是產生汽流激振的重要原因,而汽輪機高壓轉子產生的汽流激振一旦發生就很難解決,危及機組的安全執行。

2、 側齒迷宮汽封:

側齒迷宮汽封是一種概念型汽封形式,汽封間隙與傳統汽封相同,在現有汽封齒上加工出1~2個側齒和底齒,相當於在很有限的空間內部分增加了迷宮腔的摩阻效應,對比傳統汽封會有一些效果,但由於側齒和底齒的尺寸過小,所以對汽封效率提高十分有限。

3、 自調整汽封(布萊登汽封)

隨著汽封技術的發展,又從美國引進一種新型可調式汽封——布萊登汽封。這種汽封可以使汽封間隙調到更小的0.35~0.

45mm,執行中又可以避免轉子過臨界時振動過大而與汽封的擦碰。布萊登汽封取消了傳統汽封背部的板彈簧,取而代之的是在每圈汽封弧段端麵處加裝了四隻螺旋彈簧。自由狀態時,在彈簧力作用下,汽封弧塊是處於張開狀態而遠離轉子,機組啟機時,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,當這一壓力中以克服彈簧應力、摩擦阻力等時,汽封弧塊開始逐漸關閉,直至處於工作狀態,並始終保持與轉子的最小間隙執行;停機時隨著蒸汽流量的減小,在彈簧應力作用下,推動汽封弧塊遠離轉子。

使汽封與轉子的徑向間隙達到最大值。這就解決了傳統汽封存在的機組開、停機過程中轉子過臨界時振動過大而造成汽封碰摩問題。

(1)結構形式:

自調整汽封的結構形式是將螺旋彈簧安裝在兩個相鄰汽封塊的垂直斷面,並在汽封塊上加工出蒸汽槽,以便在汽封塊背部通入蒸汽,汽封齒仍採用傳統的疏齒式。

(2)密封原理:

自調整汽封的密封原理是在自由狀態和空負荷工況時,汽封塊在螺旋彈簧的彈力作用下張開,使徑向間隙達(1.75~2.00)mm,大於傳統汽封0.

75mm的間隙值,避免或減輕了機組起停過程中過臨界轉速時,由於振動及變形而導致的汽封齒與軸碰磨。隨著負荷增加,汽封塊背部所承受的蒸汽壓力逐漸增大並克服彈簧張力,使汽封塊逐漸合攏,徑向間隙逐步減小,一般設計在20%額定負荷時,各級汽封塊完全合攏,達到設計最小徑向間隙(0.25~0.

50)mm,小於傳統曲徑汽封的間隙值。

(3)安裝部位:

自調整汽封的安裝條件是汽封塊背部須有足夠大的壓差,因此僅可以使用在高、中壓缸隔板汽封和軸封,而低壓部分不使用。

(4)使用中注意的問題:

2023年國內有關部門引進自調整汽封技術,從國內電廠汽封的實際改造情況來看,對自調整汽封應用效果的評價褒貶不一。自調整汽封應用中兩個最主要的問題是彈簧質量和卡塞,對蒸汽品質要求較高。

1)冷態起動脹差較大,在起動和初始負荷階段,汽封在彈簧作用下,處於全開位置,此時間隙最大,汽封漏氣量大,轉子加熱快,若汽缸加熱滯後,易出現較大的正脹差。

2)執行汽封塊不能完全合攏,有些機組由於自調整汽封加工尺寸、彈簧質量或安裝工藝等方面存在問題,使得機組在執行中汽封塊不能完全合攏,因此需要實施時具有精湛的安裝工藝。

3)起停機時汽封塊打不開,若汽水品質差,通流積垢嚴重,汽封塊被卡死,停機過程不能開啟。再次起機時,因汽封間隙較小而出現動靜碰磨,損傷齒、軸,並可能產生振動。

4、 蜂窩汽封

上世紀90年代初,美國航天科學家在研究太空梭液體燃料渦輪幫浦的密封問題時,試驗發現蜂窩狀的汽封可產生很好的密封效果,於是蜂窩式汽封便開始在太空梭、飛機發動機及燃氣輪機上推廣應用。

所謂蜂窩式密封,是在靜子密封環的內表面上由規整的蜂巢形狀的正六面體的小蜂窩孔狀的密封帶狀物構成,其材料是由厚度僅為0.05~0.10mm的海斯特鎳基耐溫薄板在特殊成型裝置上製成的正六面體網格型材,再經過特殊焊接裝置焊接而成,根據密封環尺寸製成的蜂窩帶在真空釺爐中通過真空釺焊技術焊接在母體密封上,而形成了蜂窩式密封。

如圖所示

蜂窩汽封密封原理示意圖

(1) 蜂窩汽封的結構特點:

將傳統汽封低齒車削,由蜂窩狀汽封取代,蜂窩是由六邊形孔邊片組成,其芯格尺寸為0.8mm~2mm,板厚0.05mm~0.2mm,蜂窩深度為3mm~6mm。

蜂窩技術規範及引數

常用材料:hastelloy x , haynes 214 , inconel 625, gh3030 , 1cr18ni9ti , 0cr18ni9 , 1cr17

其中hastelloy x(又稱哈氏合金)是一種鎳-鉻-鐵-鉬合金 ,該合金具有出色的抗氧化,加工及高溫強度等綜合性能。它具有優越的抗應力腐裂性。x 合金在650,760和870℃溫度下經16,000小時加熱後仍有良好的韌性。

hastelloy x 合金具有優越的成形及焊接效能,可鍛造。由於它具有良好的韌性,可冷加工。

(2) 密封原理:

當蒸汽通過汽封時,蒸汽會沿著轉軸與汽封環疏齒及蜂窩之間的間隙向外流動,由於蒸汽本身帶有一定的壓力,所以當它通過這個間隙時,就會強力擠入蜂窩巢穴內,而每個蜂窩巢穴都形成了乙個個的汽室,蒸汽壓力的方向會在這些汽室的作用下得到改變並被削減;在低壓葉頂使用蜂窩汽封還有除濕,保護葉片等作用。

(3) 安裝部位:

安裝部位適用於高、中、低壓缸的軸端和低壓末兩級的隔板、葉頂汽封。

(4) 優點:

蜂窩汽封由於具較寬的密封帶,改變了傳統直形汽封低齒齒數由於受結構限制,只能布置很少(一般1~2齒)的缺點,仍保留汽封高齒。相當於增加了汽封齒數量,加大了汽流阻力,提高了密封效果。

(5) 缺點:

蜂窩汽封退讓仍採用傳統汽封的背部板彈簧結構,所以安裝間隙一般取傳統汽封徑向間隙設計值的上限。但近年來由於使用者及製造廠家希望通過蜂窩汽封改造取得更大的經濟效益,在蜂窩汽封安裝時過小的調整蜂窩間隙,會導致出現蜂窩與轉子碰磨、多次起機振動及磨軸現象。

5、 刷子汽封

刷式汽封其結構原理為:刷握式密封由前面板、後面板和夾裝與兩者之間的高密度的高溫合金細金屬絲組成的刷毛構成,刷毛沿轉子旋轉方向有一定的傾角,以吸引轉子的徑向偏移,形成閉合狀態。刷握式密封使介質洩漏主要發生在密集排列的細金屬絲之間形成的微小縫隙中,這些縫隙所形成的曲折路徑保了流體在其中流動的不均勻性,使流體產生自密封效應,從而減少洩漏。

刷子汽封屬於小間隙汽封範疇,在國外的新機設計時採用,並對軸面進行硬化處理。因進口**極高,目前國內少有採用。國內使用刷子汽封多為國產,其缺點主要有以下幾方面:

1) 刷子汽封在安裝時,汽封間隙無法準確的測量;

2) 因安裝時對應的軸面未做硬化處理,如果安裝間隙過小或過盈時,長期執行會導致磨軸;

3) 由於刷絲密度很大,焊接工藝無法保證100%焊牢,因此執行中會出現掉絲的現象。脫落的刷絲在蒸汽系統內迴圈,會對閥門等精密裝置產生研磨、損壞,不利於系統裝置的穩定執行。

6、 王常春「接觸式」汽封

王常春「接觸式」汽封採用獨特的設計理念,在汽封塊中心部位嵌入與軸近似接觸的密封齒。

1、接觸式密封的結構及其特點:

①間隙特點,接觸式汽封並非與轉軸直接接觸執行,而是根據不同的位置設計不同的汽封間隙,範圍在0.05~0.25mm;

②多等分功能,接觸式密封的密封齒按圓周方向等分,每一等份均能徑向後退,靈敏度高,能緊隨軸的位移做徑向退讓,因此能保持和軸穩定執行;

③密封齒為非金屬多元複合材料,具有耐磨、耐油、耐高溫、耐老化、耐化學腐蝕等特性, 並且具有自潤滑功能;

④接觸式汽封產品組合靈活,可根據機組不同位置需要,與蜂窩、鐵素體齒等進行組合以達到汽封改造的效果最大化;

⑤產品組合形式:

● 接觸式蜂窩汽封

● 接觸式鐵素體汽封

● 接觸式蜂窩鐵素體汽封

接觸式蜂窩汽封接觸式蜂窩鐵素體汽封

接觸式蜂窩鐵素體汽封通過接觸齒使得汽流在流過時大量受阻,強制汽流擠入蜂窩巢穴內,使蜂窩發揮了最大效力的減壓作用、形成汽阻。由於鐵素體齒的結合,使動靜間隙在設計值內最大限度的減少,從而達到最合理的技術組合,起到全面阻流作用,達到1+1>2的效果。同時蜂窩帶間隙在設計時採用的是上限間隙,這樣不會導致汽封與軸的碰磨,最大限度的保證了機組的安全性。

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