DAS汽封.doc

DAS 汽封介绍 开发背景 密封问题的设计研究在科学和技术领域都有非常重要的意义，对火力发电的主要设备汽轮机和燃气轮机以及航空和航天发动机等透平机械的设计尤为重要。随着节能减排的要求，机组的经济性越来越受到用户的重视，减小汽封泄漏量是其中非常重要的内容，泄漏量小的新型汽封的研发显得十分必要和迫切。 近十年来，随着参数、单机功率的不断提高以及机组频繁的调峰运行，几乎每年都有由于动、静部分发生严重摩擦而导致大轴弯曲的事故发生，给电厂带来重大的损失。 从保证机组经济性而言，要求漏汽量越少越好，也即汽封间隙越小越好；从保证机组运行安全而言，要求在各种状态下，汽封不和转子发生摩擦，或发生摩擦但对转子磨损小。因此对新型汽封要求泄漏量小、耐磨，而且对转子产生的附加作用力和损伤也要小。 汽轮机有限公司一直以来在汽轮机密封技术的研究上投入了大量的人力和财力，取得了许多的密封技术成果。 应用背景 传统迷宫式密封的密封齿材料硬度较大，不能灵活动作，机组在运行过程中，由于转子的挠度和部件在高温下的热膨胀，密封齿很容易磨损转子表面，使转子弯曲，造成事故，所以传统密封的径向间隙一般取得较大，为0.40.65mm。这使得常用的传统密封有如下一些缺点：1.密封效果不佳，能量损耗严重。2.轴承箱内进汽严重，使油中带水，破坏油质，调节部套锈蚀，影响机组安全。3.低压缸密封不严，造成空气内漏，降低低压缸及凝汽器真空。 接触式密封密封效果较好，但因其长期与转子表面接触，在机组运行时对转子轴表面的磨损较大，影响机组的安全性。 DAS(DEC ADVANCED SEAL)汽封的诞生解决了因汽封问题引发的经济性和安全性之间的矛盾 。其应用将会对汽轮机经济性的提高和节能减排作出巨大贡献。 图2 传统迷宫式汽封 图1 传统迷宫式汽封 图3 铁素体汽封 DAS(DEC ADVANCED SEAL)汽封特点介绍常规铁素体汽封的汽封齿硬度较小，而且在高温下难以淬硬，对汽轮机转子磨损小，所以应用比较广泛。但正是由于其“软态”的优点，在机组运行过程中也容易被转子磨损，是汽封间隙变大，不能达到预期的密封效果。 DAS汽封在常规铁素体结构的基础上的重大改进，弥补了铁素体汽封齿在机组运行过程中被转子磨损从而使汽封间隙变大的缺点，从而达到既对转子磨损小，又不容易被转子磨损的效果，保证其密封性能。 DAS汽封把铁素体汽封的两个长齿更换成两个宽齿，并减小了汽封间隙。如图4所示，1为DAS汽封齿，2为铁素体汽封短齿，3为铁素体汽封长齿，A为常规汽封齿设计间隙，B为DAS汽封齿设计间隙。图4 DAS汽封结构示意图 DAS汽封结构中，汽封齿1与转子的间隙B比齿2、3与转子的间隙A小，汽封齿1采用宽齿结构。在汽轮机启、停的过程中，由于过临界转速的影响，汽封齿有与转子产生摩擦的可能，因间隙B比间隙A小，所以汽封齿1应最先与转子产生碰摩，汽封齿1推动汽封圈退让，保护了汽封齿2、3不与转子产生摩擦。在汽轮机正常运行时，齿2、3的间隙A可达到设计值，从而保证了设计的密封效果。另一方面，由于间隙B比间隙A小，且齿1采用宽齿结构，材料也耐磨，即使与转子发生碰磨，其磨损量也非常小，运行时间隙B远小于间隙A，整个汽封的泄漏量比传统设计的汽封泄漏量小，这样就可解决汽轮机各处汽封蒸汽泄漏量大的问题。为了使 DAS汽封在应用过程中安全可靠， 汽轮机有限公司在汽封的研发期间做了大量的试验和计算工作，试验在公司自主建立的密封试验台（图5、6）上进行的，试验转速为3000r/min。 汽轮机有限公司针对不同汽封齿材料和不同汽封齿宽度进行的一系列的汽封齿磨损试验。得到了不同材料和不同宽度的DAS汽封齿与转子发生碰磨时的现象及磨损后汽封齿和转子表面的性状及硬度变化。并最终得到的所需要的汽封齿材料和DAS汽封的适用宽度。图7为汽封磨损试验过程的现象，图8为汽封磨损试验后汽封齿的状态。图5 密封试验台 图6 密封试验台 图7 汽封磨损试验 图8 磨损试验后的汽封齿 汽轮机有限公司对新开发的DAS汽封和常规的铁素体汽封进行了详细的数值对比分析，得到了 DAS汽封密封特性。计算表明，在相同蒸汽的进、出口参数条件下，运用DAS汽封蒸汽泄漏量比常规的铁素体汽封下降70%80%。图7 汽封泄漏量（相对值）随压比的变化曲线。图8为常规的铁素体汽封各腔室的速度矢量图。图9为 DAS汽封各腔室的速度矢量图。图10为常规的铁素体汽封各腔室的压力分布图。图11为 DAS汽封各腔室的压力分布图。 汽轮机有限公司新开发的DAS汽封圈与隔板或汽封体的接口尺寸没有改变，能方便快捷地对现役机组特别是 汽轮机有限公司生产的机组实施节能改造，对接口尺寸不同的其它制造商生产的机组也可以通过测绘后及时有效地更换汽封圈，大大提高汽轮