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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。根據斷面的形狀不同常用的有樅樹型汽封和梳齒式汽封。其中梳齒式汽封因成本低、結構簡單、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的內圓及汽封套筒(高溫部分為轉子大軸)的外圓上車有許多相互配合的梳齒及凹凸肩,組成微小的環形間隙(汽封間隙)及蒸汽膨脹室以阻止蒸汽的泄漏。汽封環時借助外圓上兩凸肩安裝在軸封套(隔板)內圓車出的T型槽道內。每道汽封環分成6個弧塊(汽封塊),每個汽封塊與軸封套(隔板)之間裝有兩片彈簧片,使汽封塊呈彈性壓向中心,從而保持動靜部分的較小間隙。
傳統梳齒式迷宮汽封安裝好后,汽封間隙在無碰摩情況下運行中就始終保持不變。在正常安裝后,如果汽封間隙過大,就會引起蒸汽的泄漏增加,導致汽輪機組熱效率的降低;如果汽封間隙設置的太小,機組開、停機過程過臨界轉速時轉子可能發生較大振動,就會導致汽封齒輪與轉子發生摩擦。雖然發生摩擦時,汽封塊背面彈簧片能使汽封塊向外退讓,減小摩擦壓力,但卻不能避免摩擦,輕者會造成汽封齒磨損,增大汽封間隙而增大熱耗。當擦碰嚴重時,會使汽封齒變形、變脆甚至破裂,同時隔板的徑向軸封與轉子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,加大了徑向汽封與轉子之間的間隙。因此考慮到轉子過臨界轉速的振動,傳統梳齒式迷宮汽封安裝時徑向間隙一般為0.60~0.80㎜,根據轉子情況不同,有的間隙會更大。
2.蜂窩汽封
所謂蜂窩汽封是在靜子密封環的內表面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,其材料是有厚度進0.05~0.10㎜的鎳基耐溫薄板在特殊成型設備上制成的正六面體網格型材,再經過特殊焊接設備焊接而成,根據密封環尺寸制成的蜂窩帶在真空釬爐中通過真空釬焊技術焊接在母體密封上,從而形成了蜂窩式密封。
蜂窩汽封的結構特點是將傳統汽封低齒車削,由蜂窩狀汽封取代,蜂窩是由六邊型孔連片組成,六邊形單邊尺寸為2~3㎜。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結構制約,只能布置甚少(一般1~2齒)的缺點。仍保留汽封高齒相當于增加了汽封齒數 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彈簧結構,所以安裝間隙一般取傳統汽封徑向間隙設計值得上限。與現傳統高、低齒結構汽封相比,由于齒數量相對增加很多,密封效果已有大大提高,汽封由于仍采用原傳統汽封退讓結構,在啟動過程中會產生碰磨,但由于蜂窩材質較軟,不會產生大的影響,如航空渦輪機(轉速400r/min,工作溫度1000~1500℃)上采用,由于渦輪機結構尺寸較短,無法設計退讓汽封,而采用固定的結構,有碰磨時損傷的是蜂窩汽封,而不會對軸產生影響。
3.布萊登汽封
因傳統汽封的結構密封特點及轉子的振動無法將汽封間隙調到更小,因而機組漏汽損失不能進一步減小,機組熱效率很難進一步提高。隨著汽封技術的發展,從美國引進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0.35~0.45㎜,運行中又可以避免轉子過臨界時振動過大而與汽封的擦碰。布萊登汽封取消了傳統汽封背部的板彈簧,取而代之的是在沒圈汽封弧段端面處加裝了四只螺旋彈簧。
自由狀態時,在彈簧力作用下,汽封弧塊是出于張開狀態而遠離轉子;機組啟機時,隨著蒸汽流量的增加,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,汽封弧塊開始逐漸關閉,直至出于工作狀態,并始終保持與轉子小間隙運行;停機時,隨著蒸汽流量的減小,在彈簧應力作用下。推動汽封弧塊遠離轉子,使汽封與轉子的徑向間隙達到較大值。這就解決了傳統汽封存在的機組開、停機過程中存在轉子過臨界時振動過大造成汽封摩擦問題。因而布萊登汽封得到廣泛的應用。
4.接觸式汽封
可調式汽封進一步縮小了汽封間隙,提高了機組安全性,但依舊存在汽封間隙和漏汽損失。隨著科學技術的發展,近幾年哈爾濱通能電氣股份有限公司開發研制出一種新產品--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。
它是在傳統梳齒式汽封塊中間開槽,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。設計安裝時具有自動跟蹤轉軸偏擺及晃動性能,徑向后退量2.5㎜,徑向前進量0.5㎜,具有很高靈敏度。同時具有精確限位裝置,能使汽封齒始終與轉軸零間隙運行。這種新型汽封開始主要應用在汽輪機排氣缸軸端汽封上,效果很理想。現在逐漸開始在高壓缸隔板汽封和軸封上應用。
5.刷式汽封
刷式密封較早應用于航空發動機上,后有GE公司運用在工業燃氣式汽輪機上,效果顯著。90年代傳入國內,開始運用在蒸汽輪機上。
在原有汽封基礎上加裝一圈刷式密封條,此刷封條代替原來的高齒,高度比原來的高,遂減小了汽封間隙,也減少了漏汽。其刷封部分的刷絲是順著轉子旋轉方向排列一圈耐高溫的鈷基合金絲,可耐1200℃以上的高溫而不變形。運行時散開的刷絲束類似于防護林的風阻效果,起到密封作用的同時還可以適應轉子的瞬態跳動,恢復原有的汽封間隙,能長期保證使用效果。因為刷絲有彈性,也不會對機組振動造成大的影響。不受位置及壓力的影響,應用范圍較廣,效果較明顯。
6.DAS汽封
此種汽封為東方汽輪機廠自主研制的先進性汽封(DAS為縮寫)也叫“大齒汽封”。
其結構形式與梳齒類似,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,并采用鐵素體類材料將其嵌入汽封塊中,與轉子摩擦時產生的熱量小,不易彎軸。開機過臨界時如產生碰磨就會先與大齒磨,由于它厚不易磨掉故不會磨到其它的齒,保證正常運行時的汽封間隙。
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