蒸汽輪機(jī)新型汽封簡介

張連杰， 賀睿， 黃揆， 馮雪

（1.哈電集團(tuán)現(xiàn)代制造服務(wù)產(chǎn)業(yè)有限責(zé)任公司，哈爾濱150046；2.中國船舶重工集團(tuán)公司第七〇三研究所，哈爾濱150078）

1 迷宮式汽封

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。其工作原理是迫使蒸汽通過曲折的路徑，減弱其壓力以減少漏汽或堵塞氣體通過。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 迷宮式汽封

1.1 迷宮式汽封優(yōu)點(diǎn)

迷宮式汽封成本低、結(jié)構(gòu)相對簡單且安全可靠、安裝簡便，目前在電廠中應(yīng)用比較廣泛。

1.2 迷宮式汽封缺點(diǎn)

在汽輪機(jī)起停機(jī)過程中，轉(zhuǎn)子一般振動(dòng)較大，若迷宮式汽封徑向安裝間隙較小，迷宮式汽封齒很容易與軸發(fā)生碰磨產(chǎn)生大量熱量，使轉(zhuǎn)子局部過熱，易造成漏氣量增加，并可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子彎曲。

2 側(cè)齒迷宮汽封

側(cè)齒迷宮汽封是一種概念型汽封形式（如圖2所示），汽封間隙與傳統(tǒng)汽封相同，在現(xiàn)有汽封齒上加工出1～2個(gè)側(cè)齒和底齒，相當(dāng)于在很有限的空間內(nèi)部分增加了迷宮腔的摩阻效應(yīng)，比傳統(tǒng)汽封效果好一些，但由于側(cè)齒和底齒的尺寸過小，所以對汽封效率提高十分有限。

3 布萊登汽封

圖2 側(cè)齒迷宮汽封

隨著汽封技術(shù)的發(fā)展，又從美國引進(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)過大而與汽封產(chǎn)生擦碰。布萊登汽封采取了不同于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，把四只螺旋彈簧加裝在每圈汽封弧段端面處。汽封弧塊在彈簧力作用下是處于遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子張開狀態(tài)的。隨著機(jī)組啟機(jī)，蒸汽作用于每圈汽封弧塊背部的壓力逐漸增大；當(dāng)彈簧應(yīng)力、摩擦阻力等被逐漸克服時(shí)，汽封弧塊開始逐漸進(jìn)入工作狀態(tài)，并始終保持汽封弧塊與轉(zhuǎn)子的最小間隙；停機(jī)時(shí)蒸汽壓力隨著蒸汽流量的減少而減小，彈簧推動(dòng)汽封弧塊遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子，使汽封弧塊與轉(zhuǎn)子的徑向間隙達(dá)到最大值。布萊登汽封的出現(xiàn)解決了傳統(tǒng)汽封在機(jī)組開、停機(jī)過程中轉(zhuǎn)子臨界振動(dòng)過大以及因此而造成的汽封碰摩存在的問題。

3.1 布萊登汽封的結(jié)構(gòu)形式

布萊登汽封的結(jié)構(gòu)形式是在兩個(gè)相鄰汽封塊的垂直斷面安裝螺旋彈簧，并在汽封塊上加工出蒸汽槽，使蒸汽通入汽封塊背部，采用傳統(tǒng)的疏齒式汽封齒（如圖3所示）。

圖3 布萊登汽封

3.2 布萊登汽封使用中的問題

（1）在汽輪機(jī)起動(dòng)和初始負(fù)荷階段，汽輪機(jī)汽缸脹差較大。在彈簧作用下，汽封處于全開位置，此時(shí)通流間隙最大，汽封漏氣量最大，轉(zhuǎn)子加熱快，如果汽缸加熱滯后，汽輪機(jī)汽缸易出現(xiàn)較大的正脹差。

（2）運(yùn)行汽封塊不能完全合攏，原因包括布萊登汽封加工尺寸、彈簧質(zhì)量以及安裝工藝等方面，這就要求需要實(shí)施時(shí)嚴(yán)格把質(zhì)量關(guān)和具有精湛的安裝工藝。

（3）起停機(jī)時(shí)汽封塊打不開。停機(jī)過程中汽封塊打不開的原因是汽水品質(zhì)差、通流積垢嚴(yán)重，造成了汽封塊被卡死，打不開。再次起機(jī)時(shí)，因汽封打不開造成間隙較小而出現(xiàn)動(dòng)靜碰磨，損傷汽封齒和轉(zhuǎn)子，并可能造成轉(zhuǎn)子的振動(dòng)。

4 蜂窩式汽封

所謂蜂窩式汽封，其結(jié)構(gòu)是由小蜂窩孔狀的規(guī)整的蜂巢形狀的正六面體密封帶狀物在靜子密封環(huán)的內(nèi)表面上構(gòu)成，其材料是在特殊成型設(shè)備上由海斯特鎳基耐溫薄板（厚度僅為0.05～0.10mm）制成的正六面體網(wǎng)格型材，再由特殊焊接設(shè)備焊接而成，根據(jù)密封環(huán)尺寸制成的蜂窩帶通過真空釬焊技術(shù)在真空釬爐中焊接在母體汽封上，從而形成了蜂窩式汽封（如圖4所示）。

4.1 蜂窩式汽封優(yōu)點(diǎn)

圖4 蜂窩汽封原理圖

由于蜂窩汽封具有較寬的密封帶，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)直形汽封低齒齒數(shù)只能布置很少（一般1～2齒）的缺點(diǎn)，但仍保留汽封高齒。蜂窩汽封這個(gè)特點(diǎn)就相當(dāng)于增加了汽封齒數(shù)量，在運(yùn)行時(shí)加大了汽流阻力，從而起到很好的密封效果。

4.2 蜂窩式汽封缺點(diǎn)

傳統(tǒng)汽封的背部板彈簧結(jié)構(gòu)仍用于蜂窩汽封退讓結(jié)構(gòu)，所以在安裝時(shí)的間隙一般取汽封徑向間隙設(shè)計(jì)值的上限值。但近年來由于用戶及制造廠家希望通過蜂窩汽封改造取得更大的經(jīng)濟(jì)效益，在蜂窩汽封安裝時(shí)采取過小的調(diào)整蜂窩間隙，會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)蜂窩與轉(zhuǎn)子碰磨、多次起機(jī)振動(dòng)及磨軸現(xiàn)象。

5 刷式汽封

刷式汽封其結(jié)構(gòu)原理為：刷握式密封由前面板、后面板和夾裝于兩者之間的高密度的高溫合金細(xì)金屬絲組成的刷毛構(gòu)成，刷毛沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向有一定的傾角，以吸引轉(zhuǎn)子的徑向偏移，形成閉合狀態(tài)。刷握式汽封使介質(zhì)泄漏主要發(fā)生在密集排列的細(xì)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證了流體在其中流動(dòng)的不均勻性，使流體產(chǎn)生自汽封效應(yīng)，從而減少泄漏。其原理圖如圖5所示。

國內(nèi)使用刷子汽封多為國產(chǎn)，其缺點(diǎn)主要有以下幾方面：（1）刷子汽封在安裝時(shí)，汽封間隙無法準(zhǔn)確的測量；（2）因安裝時(shí)對應(yīng)的軸面未做硬化處理，如果安裝間隙過小或過盈時(shí)，長期運(yùn)行會(huì)導(dǎo)致磨軸；（3）由于刷絲密度很大，焊接工藝無法保證100%焊牢，因此運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)掉絲的現(xiàn)象。脫落的刷絲在蒸汽系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)，會(huì)對閥門等精密設(shè)備產(chǎn)生研磨、損壞，不利于系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。

圖5 刷式汽封原理圖

6 結(jié)語

汽封間隙和運(yùn)行安全始終是互相矛盾的。在安全可靠前提下盡量減小汽封間隙以提高效率，而在減小汽封間隙時(shí)要保證安全性。當(dāng)今國內(nèi)汽輪機(jī)組普遍采用的迷宮式汽封或蜂窩式汽封是關(guān)系到汽輪機(jī)效率與運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)，也是電廠節(jié)能減排的重要手段之一。

［1］ 王仲奇，秦仁.透平機(jī)械原理［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1988.

［2］ 錢士輝，崔國棟，等.汽封對汽輪機(jī)組效率及性能的影響［J］.汽輪機(jī)技術(shù)，1998（2）：115-116.

［3］ 衛(wèi)東波，張曉東，張鈺.汽輪機(jī)新型汽封的應(yīng)用和比較［J］.熱力發(fā)電，2007（12）：65-68.