汽輪機汽封的型式、分類(lèi)、對比
汽輪機汽封的型式、分類(lèi)、對比
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零基礎學(xué)汽機，一起來(lái)吧！
大型汽輪機就是由多個(gè)級組成，每個(gè)級都有動(dòng)、靜兩部分組成，因此整個(gè)汽輪機也就由動(dòng)、靜兩部分組成。
汽輪機的轉動(dòng)與靜止部件之間必須留有一定的間隙，以防相互摩擦。
由于汽缸內外、隔板前后以及帶反動(dòng)度的動(dòng)葉兩側存在壓差，而相應各處動(dòng)靜部分之間又必須保持一定間隙以使它們不致相碰，因此必須設置汽封裝置。
汽輪機的汽封根據安裝的位置不同分為：軸端汽封（簡(jiǎn)稱(chēng)軸封）、隔板汽封、和通流部分汽封，分別用來(lái)防止汽輪機的軸端、隔板和動(dòng)葉頂部、根部蒸汽的泄漏，其作用分別是防止外界空氣進(jìn)入汽輪機，與汽輪機內的蒸汽混合，減小蒸汽泄漏量，從而減少化學(xué)補水量和防止高位能的工作介質(zhì)向低位能流動(dòng)。
作為汽輪機的易損件和必備部件，汽輪機的汽封越來(lái)越引起從事汽輪機設計的工程技術(shù)人員的關(guān)注。
因為從汽輪機運行的測試結果可以看出汽輪機的漏汽損失約占內部損失的1/3左右。
近年隨著(zhù)汽輪機汽封技術(shù)的不斷發(fā)展，汽輪機運行的安全可靠性和機組熱效率都得到相應的提高。
一、傳統汽封
目前被廣泛應用于大、中、小型汽輪機的傳統汽封主要為迷宮式汽封。
迷宮式汽封中根據斷面的形狀不同常用的有樅樹(shù)型汽封和梳齒式汽封。
其中梳齒式汽封因其汽封成本低、結構簡(jiǎn)單、安全可靠且易于安裝而被廣泛應用。
梳齒式迷宮汽封的密封機理是在汽封環(huán)的內圓及汽封套筒（高溫部分為轉子大軸）的外圓上車(chē)有許多相互配合的梳齒及凹凸肩，組成微小的環(huán)形間隙（稱(chēng)汽封間隙）及蒸汽膨脹室，以阻止蒸汽的泄漏。
汽封環(huán)時(shí)借助外圓上兩凸肩安裝在軸封套（隔板）內圓車(chē)出的T型槽道內。
每道汽封環(huán)分成六個(gè)弧塊（稱(chēng)為汽封塊），每個(gè)汽封塊與軸封套（隔板）之間裝有兩片彈簧片，使汽封塊呈彈性壓向中心，從而保持動(dòng)靜部分的最小間隙。
傳統梳齒式迷宮汽封安裝好后，汽封間隙在無(wú)碰摩情況下運行中就始終保持不變。
在正常安裝后，如果汽封間隙過(guò)大，就會(huì )引起蒸汽的泄漏增加，導致汽輪機組熱效率的降低；
如果汽封間隙設置得太小，機組開(kāi)、停機過(guò)程過(guò)臨界轉速時(shí)轉子可能發(fā)生較大振動(dòng)，就會(huì )導致汽封齒與轉子發(fā)生擦碰。
雖然當汽封塊與轉子發(fā)生摩擦時(shí)，汽封塊背面彈簧片能使汽封塊向外退讓?zhuān)瑴p小摩擦壓力，但卻不能避免摩擦，輕者會(huì )造成汽封齒磨損，增大汽封間隙進(jìn)而增大熱耗。
當擦碰嚴重時(shí)，會(huì )使汽封齒變形、變脆甚至破裂，同時(shí)隔板的徑向軸封與轉子所產(chǎn)生的擦碰會(huì )使轉子局部受熱，產(chǎn)生熱變形導致轉子彎曲，導致汽封齒的進(jìn)一步磨損，加大徑向汽封與轉子之間的間隙。
因此考慮到轉子過(guò)臨界轉速的振動(dòng)，傳統梳齒式迷宮汽封安裝時(shí)徑向間隙一般為0.60~0.80mm，根據轉子不同情況，有的間隙更大。
二、蜂窩汽封
所謂蜂窩式密封，是在靜子密封環(huán)的內表面上由規整的蜂巢菱形狀的正六面體的小蜂窩孔狀的密封帶狀物構成。
其材料是由厚度僅為0.05～0.10mm的鎳基耐溫薄板在特殊成型設備上制成的正六面體網(wǎng)格型材，再經(jīng)過(guò)特殊焊接設備焊接而成，根據密封環(huán)尺寸制成的蜂窩帶在真空釬爐中通過(guò)真空釬焊技術(shù)焊接在母體密封上，而形成了蜂窩式密封，如圖1所示。
圖1 蜂窩汽封
蜂窩汽封的結構特點(diǎn)是，將傳統汽封低齒車(chē)削，由蜂窩狀汽封取代，蜂窩是由六邊形孔連片組成，六邊形單邊尺寸為2～3mm。
蜂窩汽封由于具有較寬的密封帶，改變了傳統直形汽封低齒齒數由于受結構限制，只能布置很少（一般1～2齒）的缺點(diǎn)，仍保留汽封高齒。
相當于增加了汽封齒數量，加大了汽流阻力，提高了密封效果。
蜂窩汽封退讓仍采用傳統汽封的背部板彈簧結構，所以安裝間隙一般取傳統汽封徑向間隙設計值的上限。
與現傳統高、低齒結構汽封相比，由于齒數量相對增加很多，從而密封效果大大提高，汽封由于仍采用原傳統汽封退讓結構，在啟動(dòng)過(guò)程中可能會(huì )產(chǎn)生碰磨，但由于蜂窩材質(zhì)較軟，不會(huì )產(chǎn)生大的影響。
如航空渦輪機(轉速40000r/min，工作溫度1000～1500℃)上采用，由于渦輪機結構尺寸較短，無(wú)法設計退讓汽封，而采用固定的結構，有碰磨時(shí)損傷的是蜂窩汽封，而不會(huì )對軸產(chǎn)生影響。
三、布萊登汽封
由于傳統汽封的結構密封特點(diǎn)又考慮到轉子的振動(dòng)無(wú)法將汽封間隙調到更小，因而機組漏汽損失就不能進(jìn)一步減小，機組熱效率很難進(jìn)一步提高。
隨著(zhù)汽封技術(shù)的發(fā)展，又從美國引進(jìn)一種新型可調式汽封——布萊登汽封。
這種汽封可以使汽封間隙調到更小的0.35~0.45mm，運行中又可以避免轉子過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)過(guò)大而與汽封的擦碰。
布萊登汽封取消了傳統汽封背部的板彈簧，取而代之的是在每圈汽封弧段端面處加裝了四只螺旋彈簧。
自由狀態(tài)時(shí)，在彈簧力作用下，汽封弧塊是處于張開(kāi)狀態(tài)而遠離轉子；
機組啟機時(shí)，隨著(zhù)蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧塊背部的蒸汽壓力逐漸增大，當這一壓力足以克服彈簧應力、摩擦阻力等時(shí)，汽封弧塊開(kāi)始逐漸關(guān)閉，直至處于工作狀態(tài)，并始終保持與轉子的最小間隙運行；
停機時(shí)，隨著(zhù)蒸汽流量的減小，在彈簧應力作用下，推動(dòng)汽封弧塊遠離轉子。
使汽封與轉子的徑向間隙達到最大值。
這就解決了傳統汽封存在的機組開(kāi)、停機過(guò)程中存在轉子過(guò)臨界時(shí)振動(dòng)過(guò)大而造成汽封碰摩問(wèn)題。
因而布萊登汽封得到廣泛的應用。
四、接觸式汽封
可調式汽封進(jìn)一步縮小了汽封間隙，并提高了機組安全性，但畢竟還存在汽封間隙和漏汽損失。
隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，近幾年哈爾濱通能電氣股份有限公司又開(kāi)發(fā)研制出一種新產(chǎn)品——接觸式汽封。
這種汽封可以使汽封間隙調整到零，即汽封齒可以和轉子大軸直接接觸。
這種汽封是在傳統梳齒式汽封塊中間開(kāi)槽，加裝一道可以與轉子直接接觸的汽封齒。
這種汽封齒材料為復合塑料，具有自潤滑特性，可以耐溫700℃，具有耐磨性。
設計安裝時(shí)具有自動(dòng)跟蹤轉軸偏擺及晃動(dòng)性能，徑向后退量2.5mm，徑向前進(jìn)量0.5mm，具有很高靈敏度。
同時(shí)具有精確限位裝置，能使汽封齒始終與轉軸零間隙運行。
這種新型汽封開(kāi)始主要應用在汽輪機排汽缸軸端汽封上，效果很理想。
現在逐漸開(kāi)始在高壓缸隔板汽封和軸封上應用。
五、刷式汽封
刷式密封最早應用于航空發(fā)動(dòng)機上，后有GE公司運用在工業(yè)燃氣式汽輪機上，應用效果顯著(zhù)。
90年代傳入國內，開(kāi)始在運用在蒸汽輪機上。
在原有汽封基礎上加裝一圈刷式密封條，此刷封條代替原來(lái)的高齒，高度要比原高齒要高，因減小了汽封間隙，從而減少了漏氣，其刷封部分的刷絲是順著(zhù)轉子旋轉方向排列一圈耐高溫的鈷基合金絲，可以耐1200攝氏度以上的高溫不變形。
運行時(shí)，散開(kāi)的刷絲束類(lèi)似于防護林的風(fēng)阻效果，起到密封效果，并且可以適應轉子的瞬態(tài)跳動(dòng)，恢復原有的汽封間隙，能長(cháng)期保證使用效果。
因為刷絲有彈性，也不會(huì )對機組振動(dòng)造成大的影響。
不受位置及壓力的影響，應用范圍較廣，效果較明顯。
六、DAS汽封
此種汽封也叫“大齒汽封”，其結構形式與梳齒類(lèi)似，但汽封塊兩側的高齒部分齒寬加厚，它與軸的徑向間隙略小于其它齒，并采用鐵素體類(lèi)材料將其嵌入汽封塊中，與轉子摩擦時(shí)產(chǎn)生的熱量小，不易彎軸。
開(kāi)機過(guò)臨界時(shí)如產(chǎn)生碰磨就會(huì )先與大齒磨，由于它厚不易磨掉故不會(huì )磨到其它的齒，保證正常運行時(shí)的汽封間隙。
七、汽封型式的選擇
1. 汽封的特性和密封效果主要取決于三個(gè)因素，從當前實(shí)際使用中存在的問(wèn)題分析，以影響效果的大、小為序。
首先是，汽封安裝結構型式；其次是，改造位置和數量；再次是，密封的徑向間隙大小。
2. 從試驗結果表明：無(wú)論是哪一種新型汽封，均能達到較好的效果，但應根據各自的技術(shù)特點(diǎn)，結合汽輪機的結構和實(shí)際狀況，因地制宜的使用。
關(guān)鍵是汽封的結構設計、加工工藝與質(zhì)量和安裝技術(shù)水平，否則無(wú)法達到應有的效果。
3. 依據各缸內效率的高、低,判斷與決策對汽封是否修復或更換和效果，不夠科學(xué)和全面。
評估汽封的效果應根據汽輪機結構特點(diǎn)，改進(jìn)前、后選用相同部位測點(diǎn)和試驗條件,對測量數據進(jìn)行綜合分析判斷。
4. 各型式汽封優(yōu)缺點(diǎn)對比表