新型蜂窩式汽封在汽輪機傳統(tǒng)汽封改造中的應(yīng)用

謝 凡

（武鋼股份能源動力總廠 湖北 武漢：430080）

1 傳統(tǒng)梳齒式汽封存在的缺陷

為了減少汽輪機通流部位密封間隙的漏汽損失，提高機組效率和安全可靠性，通常都裝有密封裝置。這些密封裝置根據(jù)所處汽輪機的不同部位分別稱為軸端汽封、級間 （隔板 ）汽封和葉頂汽封。它們貫常的技術(shù)模式為梳齒式結(jié)構(gòu)。可細分為迷宮式、斜齒式及鑲嵌齒片式等。

梳齒式汽封由于加工工藝簡單、價格低廉，一直使用近70年歷史，但由于其結(jié)構(gòu)模式、材質(zhì)和加工工藝的固有缺陷，存在以下無法克服的弊端：

（1）梳齒式汽封的密封原理是通過多級節(jié)流膨脹以消耗汽流能量產(chǎn)生阻尼效果，從而達到減少蒸汽沿軸向間隙泄漏的目的，泄漏量較大，無法達到所要求的密封效果。

這種結(jié)構(gòu)當(dāng)機組啟停過臨界轉(zhuǎn)速或機組異常情況時轉(zhuǎn)子振動大，容易使汽封齒被磨損；若運行人員操作不當(dāng)，會加大動靜之間的磨損，使汽封短齒出現(xiàn)“掉臺”、而長齒則會被拉彎而“倒伏”，密封間隙更大，所以這種密封形式容易產(chǎn)生機組運行一段時間后失去密封作用，而且梳齒被磨損的同時也造成轉(zhuǎn)子軸徑磨傷，甚至造成大軸彎曲。同時，由于密封效果不好或密封失效還常常伴隨其它問題，如高壓端蒸汽進入軸承箱油系統(tǒng)造成油中進水（有的油質(zhì)乳化嚴(yán)重）；低壓端空氣進入汽輪機內(nèi)，造成真空難保；級間或葉頂泄漏嚴(yán)重，造成汽輪機效率大大降低等。

（2）當(dāng)汽封間隙出現(xiàn)不均時 （實際工作中很難避免 ），由于泄漏量較大，產(chǎn)生激振的能量也大，汽流激振一旦發(fā)生就很難解決，危及機組安全運行。

（3）為確保機組運行安全，在檢修過程中人為將汽封間隙放大以避免汽封齒與軸的碰磨。然而由于蒸汽的泄漏量與汽封間隙成正比，間隙增大必然導(dǎo)致機組漏氣損失增加從而降低機組效率。

針對目前國內(nèi)梳齒式汽封汽輪機組普遍存在的問題，采用了蜂窩式汽封技術(shù)對傳統(tǒng)汽封進行了改造，取得了良好效果。

2 蜂窩式汽封技術(shù)

2.1 蜂窩式密封的結(jié)構(gòu)

所謂蜂窩式密封，即密封環(huán)的內(nèi)表面是由正六面體形狀的蜂窩孔規(guī)則排列而成的蜂窩帶構(gòu)成。蜂窩帶是由厚度僅為0.05mm－0.10mm的海斯特鎳基耐高溫合金薄板（Hastelloy－X）在特殊成型設(shè)備上制成的正六面體網(wǎng)格型材，再經(jīng)特殊焊接設(shè)備而成的。根據(jù)密封環(huán)體尺寸制作而成的蜂窩帶（見圖1），在真空釬焊爐中通過真空釬焊技術(shù)被焊接在母體密封環(huán)上，繼而形成了蜂窩式密封（見圖2）。

2.2 蜂窩式密封的密封機理

蜂窩式密封由高齒和高齒間的蜂窩帶或全部是蜂窩帶組成。由于特殊的蜂窩腔室相當(dāng)于蜂窩式密封的當(dāng)量次數(shù)增加，節(jié)流膨脹次數(shù)增加，密封性能增加很多，當(dāng)軸向漏汽通過蜂巢薄板和軸之間的間隙時，氣體快速通過蜂窩板頂，形成節(jié)流膨脹，氣體動能急劇減弱，泄漏勢能迅速降低。

經(jīng)過節(jié)流膨脹后的氣體進入蜂窩密封腔室后，汽流進入各個小蜂窩格內(nèi)時，增大了氣流與蜂窩薄板的熱交換面積，氣體動能隨熱的散失也逐漸減弱。

進入蜂窩密封腔室內(nèi)的氣流必將充滿一個個蜂窩狀小孔中，而小孔之根部是與環(huán)體釬焊在一起的，沒有去處。在蜂窩孔內(nèi)擴散后膨脹反沖，在軸與蜂窩之間形成一段氣膜，也有效阻止氣體的泄漏。那積聚在小孔中的氣體對迎頭過來的氣體必然產(chǎn)生強大的阻滯作用。這就是蜂窩式密封的密封機理。而且可以看出蜂窩式汽封比傳統(tǒng)梳齒式汽封的密封原理更先進。

2.3 蜂窩式汽封的優(yōu)點

正是由于蜂窩式汽封的耐磨性及特殊的結(jié)構(gòu)模式，蜂窩汽封有以下優(yōu)點：

（1）密封效果好、顯著提高汽輪機組的效率

1）蜂窩式汽封因為是在汽封的長齒中間釬焊上蜂窩，齒的當(dāng)量齒數(shù)成多倍增加，節(jié)流次數(shù)大大多于普通的梳齒式汽封。密封效果增加。

2）由于環(huán)形腔室被割裂成一個個蜂窩，蒸汽進入蜂窩后，進行回旋反沖，在軸表面形成強勁氣膜，大大阻礙后部蒸汽前進，密封效果增強。

3）由于環(huán)形腔室內(nèi)一個個小蜂窩的存在，氣流熱能耗散加大，氣流動能轉(zhuǎn)化成熱能耗散，密封性增加。

4）由于蜂窩帶耐磨，蜂窩帶不會有迅速被磨的情況，間隙可以適當(dāng)作小，密封性增強。

（2）不會引起氣流激振，安全性高

由于長齒間環(huán)形腔室被割裂成一個個小蜂窩，長齒間沒有大能量的環(huán)形氣流，不存在軸表面切向力不均的情況，有效抑制汽封流體激振，提高機組的運行穩(wěn)定性。

（3）不會出現(xiàn)掉臺和被拉彎的現(xiàn)象

因為長齒間整個空間全部充滿蜂窩帶，不論是否操作不當(dāng)脹差大等情況，蜂窩帶始終對著軸上的凸臺。更由于正六邊形結(jié)構(gòu)，蜂窩帶的剛度較大，不會被吹倒。而軸上凹槽永運不會碰到蜂窩帶，不存在象梳齒式汽封長齒那樣被拉彎的情況發(fā)生。

（4）間隙可調(diào)安裝方便

蜂窩汽封背弧處，有調(diào)整塊和調(diào)整墊片，通過增加墊片可以調(diào)整汽封間隙，原汽封滑道不需作任何處理，方便快捷。

（5）壽命長、安全性強、對軸無傷害

（6）在葉頂處的蜂窩式汽封，蜂窩帶的底部有疏水槽，水珠甩擊后被蜂窩割裂在蜂窩內(nèi)漫反射動能消失，然后順槽底流到底部疏水口，對除濕和防止葉頂?shù)乃g有良好的作用。

3 新型蜂窩式汽封在汽輪機傳統(tǒng)汽封改造中的應(yīng)用

2010年，某能源總廠與成都愛迪電力設(shè)備有限公司合作，采用新型蜂窩式汽封對該廠冶煉電站1＃汽輪發(fā)電機汽封裝置進行了改造，經(jīng)二年時間的使用，獲得良好效果。

3.1 改造設(shè)備的基本情況及主要性能參數(shù)

該設(shè)備于2008年7月投產(chǎn)使用，汽封裝置采用傳統(tǒng)梳齒式汽封結(jié)構(gòu)，改造前運行的二年時間內(nèi)，汽封漏氣嚴(yán)重，實際真空度為83%，揭蓋檢修時發(fā)現(xiàn)該設(shè)備汽封裝置已嚴(yán)重破損（見圖3所示）。

設(shè)備的主要性能參數(shù)如下：

型號：C12－3.43／0.785

額定功率：12MW

額定主汽壓力：3.43MPa

額定主汽溫度：435℃

額定轉(zhuǎn)速：3000r／min

一階臨界轉(zhuǎn)速：1698r／min

額定排汽壓力：0.0062MPa

3.2 設(shè)備改造前、后效果對比

（1）改造前、后汽封裝置的損壞情況的比較見圖3、圖4所示。

圖3、圖4清晰顯示，同樣運行二年多時間，傳統(tǒng)梳齒式汽封結(jié)構(gòu)已嚴(yán)重破損，無法繼續(xù)使用，而改造后的蜂窩式汽封完好無損。

（2）改造前、后汽封裝置的主要性能指標(biāo)的比較（見表1）。

表1 改造前、后汽封裝置的主要性能指標(biāo)的比較

4 結(jié) 論

梳齒式汽封是落后的技術(shù)，目前使用傳統(tǒng)梳齒式汽封的汽輪機組存在的相關(guān)系列問題通過蜂窩式汽封技術(shù)的改造，均可迎刃而解，尤其節(jié)能非常可觀，并且改造后可使機組運行綜合性能有一個明顯的提高，可使汽封的真空度明顯提度，使用壽命延長2倍。

［1］胡念蘇.汽輪機設(shè)備及系統(tǒng)［M］.北京：中國電力出版社，2006.

［2］丁加軍.設(shè)備故障診斷與維修［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2006.