蜂窩汽封在中小型汽輪機組的應(yīng)用

江麗紅　　毛吉獻(xiàn)

（1.中信重工發(fā)電設(shè)備有限責(zé)任公司，洛陽 471003；2.泰戈特（北京）工程技術(shù)有限公司，北京 100022）

蜂窩汽封在中小型汽輪機組的應(yīng)用

江麗紅1毛吉獻(xiàn)2

（1.中信重工發(fā)電設(shè)備有限責(zé)任公司，洛陽 471003；2.泰戈特（北京）工程技術(shù)有限公司，北京 100022）

本文介紹了蜂窩汽封的結(jié)構(gòu)及工作原理，分析了該汽封與傳統(tǒng)梳齒密封相比的優(yōu)勢，重點闡述了該汽封技術(shù)在中小型汽輪機組的應(yīng)用，根據(jù)應(yīng)用的實際效果，可以得出該汽封技術(shù)在降低汽輪機蒸汽泄漏量、提高汽輪機效率上效果顯著。

汽輪機梳齒密封蜂窩汽封

引言

蜂窩汽封技術(shù)最早由美國航天領(lǐng)域?qū)＜矣?0世紀(jì)90年代初期提出，用于解決航天飛機液體渦輪泵的密封問題，并取得良好效果。于是蜂窩汽封技術(shù)在航空航天發(fā)動機、燃?xì)廨啓C、汽輪機上逐漸推廣應(yīng)用。目前，該技術(shù)在300MW以上汽輪機組上的應(yīng)用已很成熟，但是由于蜂窩汽封的加工相對復(fù)雜，成本相對較高，其在中小型機組上的應(yīng)用還不是很廣泛。

近年來，隨著之前老舊機型的更新?lián)Q代，新上中小型汽輪機組，采用蜂窩汽封技術(shù)的案例正在逐漸增多，以蜂窩汽封替代梳齒密封是大勢所趨。

1蜂窩汽封的結(jié)構(gòu)及原理

蜂窩汽封內(nèi)表面由許多正六邊形的“小蜂窩”組成（圖1），汽流從高壓側(cè)流向低壓側(cè)時，一方面被密封帶的“小蜂窩”阻隔，形成一個個小渦流，在軸向阻止汽流流動，起到密封效果；另一方面，高速旋轉(zhuǎn)的汽輪機軸帶動汽流做切向運動，在蜂窩密封帶與軸之間形成一層具有很強張力的彈性汽膜，阻止其他氣體繼續(xù)通過。總的來說，蜂窩汽封對汽流產(chǎn)生的軸向及徑向阻尼效應(yīng)，可以為減少蒸汽泄露，起到很好的密封效果。

圖1蜂窩汽封結(jié)構(gòu)示意圖

影響蜂窩汽封密封效果的參數(shù)主要有蜂窩汽封與軸的間隙、蜂窩帶的寬度、蜂窩邊長、蜂窩深度等。

2蜂窩汽封的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)的梳齒密封技術(shù)相比，蜂窩汽封技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

（1）密封效果好。梳齒密封的密封原理是通過多次節(jié)流膨脹產(chǎn)生阻尼效果，減少蒸汽軸向泄漏，但是齒間是環(huán)形腔室，環(huán)向流動大大減少了渦流降速效果，因而泄漏量大；而蜂窩汽封是有許多正六邊形的“小蜂窩”組成的密封帶，可以在軸向及徑向有效阻止蒸汽流動，減少泄漏量。計算機模擬及試驗結(jié)果表明，在密封間隙為 0.1mm時，蜂窩汽封的泄漏率比梳齒密封降低了40%左右［1-2］。

（2）對軸的損傷小。蜂窩汽封帶采用鎳基合金制成，材質(zhì)較軟，因此可以保持很小的密封間隙，而不用擔(dān)心損傷密封軸。

（3）減小軸振現(xiàn)象。采用梳齒密封時，汽流在密封帶內(nèi)類似湍流通過，給高速運動的軸造成沖擊，出現(xiàn)不規(guī)則的軸振現(xiàn)象，該現(xiàn)象一方面導(dǎo)致密封效果不好，另一方面降低了軸和機組的使用壽命，且存在安全隱患。

采用蜂窩密封時，密封帶形成的彈性汽膜均勻且具有徑向張力，保證了軸的平穩(wěn)運行，有效減小軸振現(xiàn)象。

（4）壽命周期長。由于梳齒密封的結(jié)構(gòu)特點，運行中一旦密封軸出現(xiàn)軸向或徑向錯動，極易損壞密封齒，從而導(dǎo)致梳齒密封整體失效。而蜂窩汽封即使出現(xiàn)該情況，也只會磨損或部分磨潰蜂窩體，整個密封帶仍然能起到密封效果。通常，蜂窩汽封的壽命是梳齒密封的兩倍以上［3］。

3蜂窩汽封在中小型汽輪機組上的應(yīng)用

（1）蜂窩汽封在新機組上的應(yīng)用。目前，我公司安徽東至項目CB15-8.83/2.35/0.98/535型15MW高溫高壓抽背式汽輪機組后軸封采用了蜂窩汽封結(jié)構(gòu)。經(jīng)過計算，設(shè)計了四段汽封，第一段由三個汽封環(huán)組成，第二、三、四段分別由一個汽封環(huán)組成，各汽封環(huán)弧段用彈簧片壓緊，可彈性退讓。整個蜂窩汽封設(shè)計了54個齒，汽封間隙0.3mm。該機組投入運營后，經(jīng)測定后軸封總漏汽量0.45t/h，與同型號的梳齒密封機組相比，漏氣量降低了約35%。

（2）蜂窩汽封在原有梳齒密封機組上的改造應(yīng)用。由于蜂窩汽封在減少蒸汽泄漏、提高汽輪機效率上效果顯著，許多已經(jīng)采用梳齒密封的機組正在進(jìn)行蜂窩汽封改造。改造要求對原有機組的結(jié)構(gòu)、尺寸不發(fā)生變動為前提，對原有梳齒密封進(jìn)行改造設(shè)計，梳齒密封高齒保持不變，低齒改為蜂窩帶（圖2）。

4　應(yīng)用效果及結(jié)論

采用蜂窩汽封替代傳統(tǒng)梳齒密封技術(shù)是減少汽輪機漏汽，提高機組效率的有效途徑之一，該項技術(shù)成熟可靠，節(jié)能提效效果顯著。隨著中小型汽輪機組在高耗能產(chǎn)業(yè)自備電站、水泥窯、造紙等余熱余壓利用領(lǐng)域的倍受青睞，蜂窩汽封技術(shù)值得在中小型汽輪機組，特別是50MW及以下機組中推廣使用。

圖2梳齒密封改造示意圖

［1］李軍，鄧清華，豐鎮(zhèn)平.蜂窩汽封和迷宮汽封流動性能比較的數(shù)值研究.中國電機工程學(xué)報，2005，25（16）：108-111.

［2］曹麗華，索付軍，胡鵬等.蜂窩密封三維流場及封嚴(yán)特性的數(shù)值研究.潤滑與密，2013，38（2）：46-52.

［3］王軍光，韓立清，常廣東等.蜂窩汽封在汽輪機組的應(yīng)用.石油化工設(shè)備，2007，36（4）：80-82.

Application of Honeycomb Steam Seal in Medium and Small Steam Turbine

JIANG Lihong1，MAO Jixian2
（1.CITIC Heavy Power Generation Equipment Co.，Ltd.，Luoyang 471003；2.Taggart（Beijing）Engineering&Technology Co.，Ltd.，Beijing 100022，China）

Thispaperintroducesthestructureandworking principle of cellular steam seal and its advantages compared with the traditional comb，focusing on the steam seal technology application in medium and small gas turbine generator set.According to the actual application effect conclusion can be drawn that it has a notable effect in the steam seal technology in steam turbine steam for reducing leakage，and improved the efficiency of steam turbine.

steam turbine；labyrinth；honeycomb seal