浅析蜂窝式汽封结构特点和密封机理.pdf

应用能源技术 2 0 1 1年第 3期 总第 1 5 9期 浅析蜂窝式汽封结构特点和密封机理 潘炜 华电哈 尔滨热电有限责任公司 黑龙江 哈 尔滨 1 5 0 0 4 6 摘要 汽封是保证汽轮机动静间尽可能减少泄漏 保证机组热经济性 的部件 目前应用 种类繁多 在这里介绍了蜂窝式汽封结构特点和在 汽轮机应用部位 分析 了蜂 窝式汽封的基 本机 理 以及与传 统梳 齿 式迷 宫密封 相 比的优越 性 关键词 蜂窝式汽封 结构特点 密封机理 中图分类号 T K 4 1 3 5 2 文献标志码 B 文章编号 1 0 0 9 3 2 3 0 2 0 1 1 0 1 0 0 4 0 0 2 Th e S p e c i a l t y a n d M e c h a n i s m t o t h e Ho ne y c o mb S t e a m S e a l P AN We i H u a d i a n Ha r b i n T h e r ma l P o w e r S t a t i o n C o L t d Ha r b i n 1 5 4 6 0 0 C h i n a Ab s t r a c t T h e s t e a m s e a l i s t h e p a r t o f i mp o rta n c e t o t h e r e d u c e l e a k a g e o f t h e t u r b i n e i n o r d e r t o k e e p the the r ma l e c o n o my o f t h e u ni t An d the s p e c i e s c a n be v a r i e t y I n thi s p a p e r t h e c h a r a c t e r s a n d l o c a t i o n s o f the h o n e y c o mb s t e a m s e a l a r e i n t r o d u c e d An a n a l y s i s i s ma d e o n the s u p e r v i s o r y o f t h e me c h a n i s m c o mp a r e d wi t h t h e o n e s wi th the t r a d i t i o n a l c o mb t y p e d s t e a m s e a 1 Ke y wo r d s Ho n e y c o mb s t e a m s e a l Th e c h a r a c t e r s o f t h e f o r m s Th e me c h a n i s m t o s t e a m s e a l O 前言 蜂窝式汽封是近几年出现的一种耐磨的先进 密封方式 原来主要应用于航空发动机上 近年来 推广应用到燃汽轮机 汽轮机的轴封 隔板汽封及 叶顶汽封 目前在 7 8号 机组经过 汽轮机通 流部 分改造后已采用这种汽封 1 传统梳齿式迷宫密封的弊端 梳齿式密封结构是汽轮机广泛采用的一种传 统密封结构 存在以下弊端 1 梳齿式迷宫密封的机理为通过多级节流 膨胀 作用产 生阻尼 减少 汽体沿 轴向泄漏 通 过设 计合理的密封间隙 能够达到一定的密封效果 但由于疏齿式迷宫密封结构不具有可磨性 汽封 的高齿与主轴碰磨后易造成大轴弯曲事故 所以 设计的间隙控制范围往往较大 电厂在实际检修 安装时 由于担心动静摩擦 实际间隙往往偏向设 计的高限控制值 造成泄漏量增大 以牺牲经济效 收稿 日期 2 0 1 1 0 2 1 1 修订 日期 2 0 I 1 0 2一I 8 作者简介 潘炜 1 9 7 0一 男 华 电哈尔滨热电有限责任公 司汽机专工 工程师 益为代价来换取安全 2 这种结构 在安装 时汽 封径 向间隙不均 匀 于是便产生切向力而易引发汽流激振 对转子 产生激振力 汽流激振一旦发生 很难消除 严重 危及机组安全 3 机组启停过程胀差变化较大 对于轴封 和隔板汽封 轴上凸台与汽封短齿发生位移 容易 出现短齿 掉台 高齿被拉弯而 倒伏 的现象 增 加 了泄 漏量 4 轴封泄漏量 的增大后 一方面降低 了机 组效率 另一方面因轴封漏汽易进入轴承箱 内使 油 中带 水导致 油质乳化 破坏轴 瓦动态 润滑效果 直接威胁机组的安全 2 蜂 窝式汽封 的结构特 点 蜂窝式汽封由安装在静止部套上 与相应的转 动部件一起构成蜂窝式密封结构 蜂窝带由内表面 是正六面体的蜂窝孑 L 连续规则排列而成 见图 1 蜂窝式汽封由镍基耐高温合金蜂窝带与环体 组成 二 者是 在 高 温 真 空钎 焊 炉 中 自动 完成 的 蜂 窝材料 为 镍 基 耐 高 温合 金 的 不锈 钢箔 材 厚 度 0 0 5 0 1 0 m m 该材料质地较软 即使 与轴摩 2 0 1 1 年第 3期 总第 1 5 9期 应用能源技术 4 1 擦 也不会伤轴面 因此它的径向间隙可以控制得 较小 蜂窝带的正六边型蜂窝芯格的内切圆直径 与芯格高度通常制造厂家有设计规范 只有当其 比例适 当时 才具有最佳的密封效果 边形蜂窝带 A 向局部 图 1 蜂窝式汽封结构 弹簧 图 2迷宫式蜂 窝汽封 弹簧 图 3 等高式蜂窝汽封 图 4蜂 窝式 叶 项 汽 封 图 2一图4为 3种常用结构采用蜂窝式汽封 的示例 迷宫梳齿式汽封的结构模式是高 低齿 相间排列 而蜂窝式 迷宫汽封的结构模式则是将 低齿取消 在两高齿之间的槽道 内全部钎焊蜂窝 带 对斜齿或直齿式 等高轴端汽封将原梳齿全部 改为蜂 窝 带 3 密封机理 理 论研究 和 工 厂试 验 证 明 在相 同压 力 和 间 隙的情况下 迷宫式蜂窝密封 的泄漏量 比梳齿式 密封 的泄 漏 量 减 小 5 0 7 0 蜂 窝 式 密 封 的 机理与迷宫 梳齿 密封 有本 质 区别 梳齿 式汽封 通常 的结 构 为迷 宫 式 是 通 过 多 级 节 流 膨 胀 来 消耗汽体 的能量产生阻尼 达到阻止汽体沿轴 向 泄漏的 目的 蜂窝式密封能够封严的物理机理为 旋涡耗散能量型 沿轴向进人密封腔室的汽体立 即充满蜂窝孔 能量被蜂窝芯格吸收 但蜂窝孑 L 内 又不能储存 对漏过来 的蒸汽会产生迎头阻碍作 用 在蜂窝孔端部与轴颈表面的缝隙问 由轴高 速 旋转 而 产 生 一 层 汽 膜 直 接 阻 止 汽 流 的轴 向 流 动 以上两种阻尼相叠加产生 了较强 的阻尼 使 湍流阻尼作用更强 汽流速度降低更大 使密封效 果更好 故蜂窝式汽封具有很好的封严效果 4 蜂 窝式汽封 的优越性 1 蜂窝带的材质质地柔软 具有可磨性 故 径向间隙可以控制 的比疏齿式迷宫汽封要小 再 加上其具有无数个蜂窝孔状芯格的结构 与轴接 触时是若干个点形成的面式接触 具有可靠的安 全性能 蜂窝式汽封对轴的摩擦损伤程度仅为铁 素体梳齿式汽封的 1 6 即使发生动静摩擦 也不 会伤及轴径 2 蜂窝式汽封 能够高效密封 具有显著 的 节能效果 在 同样 的径 向间隙情况下 蜂窝式密 封 的泄漏 量 比疏 齿 式 密封 少 5 0 7 0 对 于 轴端汽封 可以保证安装时较小的密封问隙 从根 本上解决轴端漏汽严重导致油中进水而引起透平 油乳化的问题 对低压缸轴端密封 从结构上解 决 了因胀差引起的低齿掉台 高齿倒伏的问题 对 确 保凝 汽器 真空度 提 高机组 效率具 有重要 意义 3 蜂窝式汽封能够吸收流体动能而产生强 烈 的阻尼作用 可有 效抑制汽 气 体 的 自激振 荡 降低 次 同步 振 动水 平 确 保 转子 的运行 稳 定 性 4 有效除湿 低压缸 叶顶汽封采用蜂 窝式 密封 利用蜂窝的网络结构可 以把甩到蜂窝上 的 水珠吸纳住 通过蜂窝背板上设计 的疏水槽将收 集的水排走 降低 了蒸气湿度 可以有效地保护低 压缸末几级动叶片免受水力 冲蚀 有利于动 叶片 的长期安全运行 鉴于以上情况 将传统梳齿式汽封改为蜂窝 式汽封 对于提高机组 的经济和安全效益具有重