汽封在汽輪機(jī)中的應(yīng)用

陸偉

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

汽封在汽輪機(jī)中的應(yīng)用

陸偉

（哈爾濱汽輪機(jī)廠有限責(zé)任公司，哈爾濱150046）

汽封是汽輪機(jī)的重要組成部套。文中從汽封的工作原理、結(jié)構(gòu)形式、功能分類、經(jīng)濟(jì)特性等方面闡述汽封在汽輪機(jī)中的應(yīng)用。并對比了各種性能以便合理選用汽封。

汽封；汽輪機(jī)

0 引言

汽輪機(jī)中為了防止動(dòng)、靜部件之間的碰撞及摩擦，動(dòng)、靜部件之間必須留有間隙。這些間隙的存在勢必會(huì)產(chǎn)生漏汽現(xiàn)象，為此加裝的密封裝置叫做汽封。目前國內(nèi)汽輪機(jī)市場上存在汽封種類較多，本文主要介紹汽封的原理、形式、分類、設(shè)計(jì)要求及材料選擇。

1 汽封的結(jié)構(gòu)形式和工作原理

1.1 幾種常用的汽封形式

1）刷子汽封。由高溫合金刷絲和支持板通過特殊熔焊方法制造，主要用于汽輪機(jī)軸封。刷子汽封為接觸式零汽封，封嚴(yán)效果好、適應(yīng)轉(zhuǎn)子徑向運(yùn)動(dòng)，但對轉(zhuǎn)子的表面有特殊要求。

2）碳精式汽封。該汽封為接觸式汽封，因此機(jī)械損失比較大。磨損快，適用于圓周速度不超過35～40 m/s，工作溫度不超過300℃的小型汽輪機(jī)。

3）迷宮式梳齒汽封。該汽封是汽輪機(jī)中最常用的非接觸式汽封。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，成本低。

4）蜂窩汽封。蜂窩汽封由汽封環(huán)和蜂窩帶經(jīng)過特殊工藝焊接而成，其密封效果較梳齒式汽封有顯著提高。蒸汽在密封腔內(nèi)圓周方向不可自由流動(dòng)，有效減小轉(zhuǎn)子自激震動(dòng)的發(fā)生頻率，在低壓動(dòng)葉頂部具有一定的除濕效果；但由于結(jié)構(gòu)所限，其使用壽命短，蜂窩帶易局部脫落或磨碰。

1.2 常見的汽封結(jié)構(gòu)類型

常見的有曲徑式和迷宮式（本文主要介紹曲徑式）。曲徑式汽封有梳齒式（平齒、高低齒）、鑲片式、縱樹型三種（見圖1）。

圖1 曲徑式汽封的結(jié)構(gòu)形式

曲徑式汽封的工作原理：曲徑式軸封是一種曲折的密封裝置，當(dāng)具有一定壓力溫度的蒸汽流經(jīng)汽封時(shí)，必須依次經(jīng)過汽封齒與轉(zhuǎn)子凸臺、凹槽之間形成的狹小間隙。當(dāng)經(jīng)過第一個(gè)汽封齒時(shí)通流面積減小，蒸汽流速增大，壓力降低。隨后高速氣流進(jìn)入汽封齒與轉(zhuǎn)子軸肩形成的空間，通流面積急劇變大，蒸汽流速降低，產(chǎn)生渦流等現(xiàn)象，氣流撞擊汽封和轉(zhuǎn)子后速度降到近似為零，蒸汽原來具有的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成熱能。當(dāng)蒸汽經(jīng)過第二個(gè)汽封齒時(shí)，又重復(fù)上述過程，壓力再次降低。所以在壓差一定的情況下，汽封齒數(shù)越多，每個(gè)齒前后的壓差就越小，漏汽量也越小。通過計(jì)算確定汽封齒總數(shù)，合理分配到每個(gè)汽封圈上。當(dāng)蒸汽流經(jīng)最后一個(gè)汽封齒后，蒸汽壓力降至與大氣壓力附近，致使漏汽量為零。

2 汽封的分類

根據(jù)安裝部位差別可分為：端汽封（圖2）、隔板汽封（圖3）、通流汽封、平衡環(huán)汽封。

圖2 端汽封

圖3 隔板汽封

圖4 葉頂汽封

端汽封是轉(zhuǎn)子穿越汽缸端部位置的汽封，該位置汽缸與轉(zhuǎn)子之間存在間隙，汽輪機(jī)運(yùn)行時(shí)由于汽缸內(nèi)部與外界大氣壓不相等，勢必會(huì)產(chǎn)生內(nèi)部蒸汽與外部大氣之間的流動(dòng)。此處端汽封提高了汽輪機(jī)效率，可有效防止漏汽（氣）現(xiàn)象。

汽輪機(jī)中隔板前后壓差較大，在隔板與轉(zhuǎn)子間隙處產(chǎn)生漏汽。這部分蒸汽不流經(jīng)噴嘴，形成漏汽損失。為減小漏汽損失設(shè)置了隔板汽封，該汽封間隙通常為0.6 mm左右。

通流部分汽封位于動(dòng)葉頂部和根部，起到阻礙蒸汽從動(dòng)葉兩端泄漏的作用。其結(jié)構(gòu)形式通常為：動(dòng)葉頂端圍帶加工有凹槽，與裝在汽缸或隔板套上的汽封片組成汽封；動(dòng)葉根部輪緣與隔板上凸出齒尖部分形成汽封。該汽封可有效減小漏汽損失，如圖4、圖5所示。

圖5 葉根汽封

3 汽封的設(shè)計(jì)要求和材料的選擇

首先根據(jù)汽輪機(jī)熱力計(jì)算確定的允許泄漏量來選擇合適的汽封型式。按照最大壓差校核汽封齒的強(qiáng)度，汽封環(huán)設(shè)計(jì)應(yīng)帶有一定的偏心度，以確保轉(zhuǎn)子撓度及汽缸因真空下沉等時(shí)轉(zhuǎn)子與汽封齒間合理的徑向間隙。影響徑向間隙的主要因素有：軸承油膜太高，轉(zhuǎn)子高度的變化，轉(zhuǎn)子、汽缸的撓度，汽缸工況時(shí)引起的外形變化等。

常用的汽封零件選材：梳齒式汽封環(huán)一般選用1Cr13（450℃）、15CrMoA（500℃）、Cr11MoV（540℃）。其間鑲嵌的汽封片一般選用1Cr13（450℃）、1Cr18Ni9Ti（600℃）。彈簧片一般選用 60Si2Cr（300℃）、3Cr13（450℃）、Cr15Ni36W3Ti（600℃）。

4 軸封系統(tǒng)

汽輪機(jī)的端汽封雖然能減少高中壓缸蒸汽漏出、低壓缸空氣漏入，但不能完全杜絕汽（氣）流的泄漏。所以汽輪機(jī)上均設(shè)有由端汽封及其相連接的管道、閥門和相關(guān)設(shè)備組成的軸封系統(tǒng)。

軸封系統(tǒng)的主要功能是將汽輪機(jī)的主汽閥、調(diào)節(jié)閥的閥桿漏汽和汽源供汽供給密封蒸汽，并將各汽封漏汽合理導(dǎo)向或抽出。這樣合理利用高壓部分漏汽的余熱，并保證了低壓部分的真空度。有效提高了汽輪機(jī)的效率。

5 結(jié)語

漏汽是導(dǎo)致汽輪機(jī)級效率降低的主要原因，盡管定期檢測和維護(hù)可減少問題的出現(xiàn)，但是采用新型汽封設(shè)計(jì)和其他改造技術(shù)更能提高系統(tǒng)的防漏汽能力?，F(xiàn)行各種汽輪機(jī)密封技術(shù)都在不斷發(fā)展，出現(xiàn)了抑制氣流激振的蜂窩式汽封，允許汽輪機(jī)動(dòng)靜接觸的刷式汽封、智能調(diào)整間隙汽封等。各類密封技術(shù)的應(yīng)用，不斷地提高了汽輪機(jī)的熱效率。但上述接觸式、非接觸式汽封均沒有完全密封，還需要配有復(fù)雜的密封系統(tǒng)來回收泄漏的部分蒸汽，因此汽輪機(jī)密封技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。

［1］ 中國動(dòng)力工程學(xué)會(huì).火力發(fā)電設(shè)備技術(shù)手冊［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

［2］ 火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)試檢修與維護(hù)技術(shù)手冊編委會(huì).火電廠汽輪機(jī)運(yùn)行調(diào)試檢修與維護(hù)技術(shù)手冊［M］.長春：銀聲音像出版社，2004.

（編輯：啟 迪）

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1002－2333（2014）04－0246－02

陸偉（1986—），男，助理工程師，主要從事汽輪機(jī)本體設(shè)計(jì)等。

2014-02-11