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2023-03-08
大型汽輪機就是由(yóu)多個級組成,每個級都有動(dòng)、靜兩部分組成,因此整個汽輪機也就由動(dòng)、靜(jìng)兩部分組成。汽輪機的轉動與靜止部(bù)件之間必(bì)須留有一定的間隙,以防相互摩擦。由於汽缸內外、隔板前後以及帶反動度的動葉兩側(cè)存在壓(yā)差,而相應各處動靜部分之間又必須保持一(yī)定(dìng)間隙以使(shǐ)它們不致相碰(pèng),因此必須設置汽(qì)封裝置。
汽輪機的汽封根據(jù)安裝的位(wèi)置不同分為:軸端汽封(簡稱軸封)、隔板汽封、和通流部分汽封,分別用來防止汽(qì)輪(lún)機的軸端、隔板(bǎn)和動葉頂部、根部蒸汽的泄漏,其作用分別是防止外界空氣進入汽輪機,與(yǔ)汽輪機內的蒸汽混合,減小蒸汽泄漏量,從而減少(shǎo)化學補水量和防止高位能的工作介質向低位能流動。作為汽輪機的易損件和必備部件,汽輪機(jī)的汽封越來越引起從事汽輪(lún)機設計的工程技術人員的關注。因為從汽輪機運行的測試結果可以(yǐ)看出(chū)汽輪(lún)機的漏汽損失約占內部(bù)損(sǔn)失的1/3左右。近年隨著汽輪機汽封技術的不斷發展,汽輪機運(yùn)行的安全可靠性和機組熱效率都得到相應的提高。
1、傳統汽封
目(mù)前被廣泛應用(yòng)於大、中、小型汽輪機的傳統汽封主要為迷宮(gōng)式汽封。迷宮式汽封中根據斷麵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(fēng)因其汽封成本低、結構(gòu)簡單、安全可靠且易於安裝而被廣泛應用。梳齒式迷宮汽封的密封機理是(shì)在汽封環的內圓及汽封套筒(高(gāo)溫部分為轉子大軸)的外圓(yuán)上車有許多相互配合的梳齒及凹凸肩,組成微小的環(huán)形(xíng)間隙(稱汽封間(jiān)隙(xì))及蒸汽膨脹室,以(yǐ)阻止蒸汽的泄漏。汽封環時借助(zhù)外圓上兩凸肩安裝在軸封套(隔板)內(nèi)圓車出的T型槽道內。每道汽封環分成六個弧塊(稱為汽封塊),每(měi)個汽封塊與軸封套(隔板)之間裝有兩片(piàn)彈簧片(piàn),使汽封塊呈彈性壓向中心,從而保持動靜部分的Z小間隙。
傳統梳齒式迷宮汽封安裝好後,汽封間隙在無碰摩情況下(xià)運行中就始終保持不變(biàn)。在正常安裝後,如果(guǒ)汽(qì)封間隙過(guò)大,就會引起蒸汽的泄漏增加,導致汽輪機組熱效率的降(jiàng)低;如果(guǒ)汽封間隙設置得太小,機組開、停機過程過臨界轉(zhuǎn)速時轉子可能發生較大振動,就會導致汽封齒與轉子發生擦碰(pèng)。雖然當(dāng)汽封塊與轉子發生摩擦時,汽(qì)封塊背麵彈簧片能使汽封塊(kuài)向外退讓,減小摩擦(cā)壓力,但卻不(bú)能避(bì)免摩擦,輕者會造成汽封齒磨損,增大汽封間隙進而增大熱耗。當擦碰嚴重時,會(huì)使汽封齒變(biàn)形、變脆甚至破裂,同時隔板的徑向軸封與轉子(zǐ)所產生的擦碰會使轉子局部受熱,產生熱變形導致轉子彎曲,導致汽封齒的進一步磨損,加大徑向汽封與轉(zhuǎn)子之間的間隙。因此考慮到轉子過臨界轉(zhuǎn)速的振(zhèn)動,傳統梳齒式迷宮汽封安裝時徑向間(jiān)隙一般為0.60~0.80mm,根據轉子不同情況,有的間隙更大。
2、蜂窩汽封
所謂蜂窩(wō)式(shì)密封,是在靜子密封環的內表麵(miàn)上由規整的蜂巢菱形狀的正六麵體的小蜂窩孔(kǒng)狀的密封帶狀物構成,其材料是由厚度僅為0.05~0.10mm的鎳基耐溫薄(báo)板在特殊成型設備上製成的正六麵體網格型(xíng)材,再經(jīng)過特殊焊接設備焊接而成,根據密封環尺(chǐ)寸製成的蜂窩帶在真空釺爐中通過真空釺焊技術(shù)焊(hàn)接在母(mǔ)體密封上,而形成了蜂窩式密封,如圖1所示。

圖1 蜂窩汽封
蜂窩(wō)汽封的結構特點是,將傳統汽封低齒車削,由蜂窩狀(zhuàng)汽封取代,蜂窩是由六邊形孔連(lián)片(piàn)組成,六邊形單(dān)邊尺寸為2~3mm。蜂窩汽封由(yóu)於具(jù)有較寬(kuān)的密封帶,改變了傳統直形汽封低齒齒數由於受結構限製,隻能(néng)布置很少(一(yī)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(jiā)大了汽流阻力,提高(gāo)了密(mì)封效果(guǒ)。蜂窩汽封退讓仍采用傳(chuán)統汽封的背部板彈簧結構,所以(yǐ)安裝間隙一般取傳統汽封徑向間隙設計值的上(shàng)限。與現傳統高、低齒結構汽封相比,由於齒數量相對增(zēng)加很多(duō),從(cóng)而密封效(xiào)果大大提高,汽封由於(yú)仍采用原傳統汽封退讓結(jié)構,在啟動過(guò)程中(zhōng)可能會產生碰磨,但由於蜂窩材質較軟,不會產生大的影響,如航空渦輪機(轉速40000r/min,工作溫(wēn)度1000~1500℃)上采用,由於渦輪機(jī)結構尺寸較短,無法設計退(tuì)讓汽(qì)封,而采用固定的結構,有碰磨(mó)時損傷的是蜂窩汽封,而(ér)不會對軸產生影響。
3、布萊登(dēng)汽封
由於傳統汽封的結構密封特點又考慮(lǜ)到(dào)轉子的振動無法將汽封(fēng)間隙調到更小,因而機組漏汽損(sǔn)失就不(bú)能進一步減小,機組熱效率很難(nán)進一(yī)步提高。隨著汽封技術的(de)發展,又從美國引進一種新型可調式汽封——布萊(lái)登(dēng)汽封(fēng)。這種(zhǒng)汽封可以使汽封間隙調到更小(xiǎo)的0.35~0.45mm,運行中又可以避(bì)免轉子過(guò)臨界時振動過大(dà)而與汽封的擦碰。布萊登汽封取消了傳統汽封(fēng)背部的板(bǎn)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(xuán)彈簧。自由狀態時,在彈簧力作用下,汽