汽轮机汽封介绍

1、 梳齿迷宫式汽封

目前被广泛应用于大、中、小型汽轮机的传统汽封主要为迷宫式汽封。迷宫式汽封中根据断面的形状不同常用的有枞树型汽封和梳齿式汽封。其中梳齿式汽封因其汽封成本低、结构简单、安全可靠且易于安装而被广泛应用。其结构如下图：

                      梳齿式迷宫汽封简图

传统梳齿式迷宫汽封安装时径向间隙一般为0.60~0.80mm，根据转子不同情况，有时间隙更大。

众所周知梳齿汽封主要有以下缺点：   汽轮机在起停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，若汽封径向安装间隙较小，汽封齿很容易磨损。

由于轴封漏汽量较大（尤其在汽封齿被磨损后），蒸汽对轴的加热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成漏气量增加，密封效果得不到保证。

汽封齿与轴发生碰磨时，瞬间产生大量热量，造成轴局部过热，甚至可能导致大轴弯曲，所以在机组检修时，电厂只能把汽封径向间隙调大，以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性。

曲径汽封环形腔室的不均匀性，是产生汽流激振的重要原因，而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组的安全运行。

2、   侧齿迷宫汽封：

侧齿迷宫汽封是一种概念型汽封形式，汽封间隙与传统汽封相同，在现有汽封齿上加工出1~2个侧齿和底齿，相当于在很有限的空间内部分增加了迷宫腔的摩阻效应，对比传统汽封会有一些效果，但由于侧齿和底齿的尺寸过小，所以对汽封效率提高十分有限。

3、    自调整汽封（布莱登汽封）

随着汽封技术的发展，又从美国引进一种新型可调式汽封——布莱登汽封。这种汽封可以使汽封间隙调到更小的0.35~0.45mm，运行中又可以避免转子过临界时振动过大而与汽封的擦碰。布莱登汽封取消了传统汽封背部的板弹簧，取而代之的是在每圈汽封弧段端面处加装了四只螺旋弹簧。自由状态时，在弹簧力作用下，汽封弧块是处于张开状态而远离转子,机组启机时，随着蒸汽流量的增加，作用在每圈汽封弧块背部的蒸汽压力逐渐增大，当这一压力中以克服弹簧应力、摩擦阻力等时，汽封弧块开始逐渐关闭，直至处于工作状态，并始终保持与转子的最小间隙运行；停机时随着蒸汽流量的减小，在弹簧应力作用下，推动汽封弧块远离转子。使汽封与转子的径向间隙达到最大值。这就解决了传统汽封存在的机组开、停机过程中转子过临界时振动过大而造成汽封碰摩问题。

(1)结构形式：

自调整汽封的结构形式是将螺旋弹簧安装在两个相邻汽封块的垂直断面，并在汽封块上加工出蒸汽槽，以便在汽封块背部通入蒸汽，汽封齿仍采用传统的疏齿式。

(2)密封原理：

自调整汽封的密封原理是在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开，使径向间隙达（1.75~2.00）mm，大于传统汽封0.75mm的间隙值，避免或减轻了机组起停过程中过临界转速时，由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。随着负荷增加，汽封块背部所承受的蒸汽压力逐渐增大并克服弹簧张力，使汽封块逐渐合拢，径向间隙逐步减小，一般设计在20%额定负荷时，各级汽封块完全合拢，达到设计最小径向间隙（0.25~0.50）mm，小于传统曲径汽封的间隙值。

(3)安装部位：

自调整汽封的安装条件是汽封块背部须有足够大的压差，因此仅可以使用在高、中压缸隔板汽封和轴封，而低压部分不使用。

(4)使用中注意的问题：

1994年国内有关部门引进自调整汽封技术，从国内电厂汽封的实际改造情况来看，对自调整汽封应用效果的评价褒贬不一。自调整汽封应用中两个最主要的问题是弹簧质量和卡塞，对蒸汽品质要求较高。

1）冷态起动胀差较大，在起动和初始负荷阶段，汽封在弹簧作用下，处于全开位置，此时间隙最大，汽封漏气量大，转子加热快，若汽缸加热滞后，易出现较大的正胀差。

2）运行汽封块不能完全合拢，有些机组由于自调整汽封加工尺寸、弹簧质量或安装工艺等方面存在问题，使得机组在运行中汽封块不能完全合拢，因此需要实施时具有精湛的安装工艺。

3）起停机时汽封块打不开，若汽水品质差，通流积垢严重，汽封块被卡死，停机过程不能打开。再次起机时，因汽封间隙较小而出现动静碰磨，损伤齿、轴，并可能产生振动。 

4、           蜂窝汽封

上世纪90年代初，美国航天科学家在研究航天飞机液体燃料涡轮泵的密封问题时，试验发现蜂窝状的汽封可产生很好的密封效果，于是蜂窝式汽封便开始在航天飞机、飞机发动机及燃气轮机上推广应用。

所谓蜂窝式密封，是在静子密封环的内表面上由规整的蜂巢形状的正六面体的小蜂窝孔状的密封带状物构成，其材料是由厚度仅为0.05~0.10mm的海斯特镍基耐温薄板在特殊成型设备上制成的正六面体网格型材，再经过特殊焊接设备焊接而成，根据密封环尺寸制成的蜂窝带在真空钎炉中通过真空钎焊技术焊接在母体密封上，而形成了蜂窝式密封。如图所示:

                 蜂窝汽封密封原理示意图

蜂窝技术规范及参数

常用材料：Hastelloy X , Haynes 214 , Inconel625, GH3030 , 1Cr18Ni9Ti , 0Cr18Ni9 , 1Cr17

其中HASTELLOY?X（又称哈氏合金）是一种镍-铬-铁-钼合金，该合金具有出色的抗氧化，加工及高温强度等综合性能。它具有优越的抗应力腐裂性。X 合金在650,760和870℃温度下经16,000小时加热后仍有良好的韧性。HASTELLOY? X 合金具有优越的成形及焊接性能，可锻造。由于它具有良好的韧性，可冷加工。

（2）    密封原理：

当蒸汽通过汽封时，蒸汽会沿着转轴与汽封环疏齿及蜂窝之间的间隙向外流动，由于蒸汽本身带有一定的压力，所以当它通过这个间隙时，就会强力挤入蜂窝巢穴内，而每个蜂窝巢穴都形成了一个个的汽室，蒸汽压力的方向会在这些汽室的作用下得到改变并被削减；在低压叶顶使用蜂窝汽封还有除湿，保护叶片等作用。

（3）    安装部位：

安装部位适用于高、中、低压缸的轴端和低压末两级的隔板、叶顶汽封。

（4）    优点：

蜂窝汽封由于具较宽的密封带，改变了传统直形汽封低齿齿数由于受结构限制，只能布置很少（一般1~2齿）的缺点，仍保留汽封高齿。相当于增加了汽封齿数量，加大了汽流阻力，提高了密封效果。

（5）    缺点：

蜂窝汽封退让仍采用传统汽封的背部板弹簧结构，所以安装间隙一般取传统汽封径向间隙设计值的上限。但近年来由于用户及制造厂家希望通过蜂窝汽封改造取得更大的经济效益，在蜂窝汽封安装时过小的调整蜂窝间隙，会导致出现蜂窝与转子碰磨、多次起机振动及磨轴现象。

5、   刷子汽封

刷式汽封其结构原理为：刷握式密封由前面板、后面板和夹装与两者之间的高密度的高温合金细金属丝组成的刷毛构成，刷毛沿转子旋转方向有一定的倾角，以吸引转子的径向偏移，形成闭合状态。刷握式密封使介质泄漏主要发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，这些缝隙所形成的曲折路径保了流体在其中流动的不均匀性，使流体产生自密封效应，从而减少泄漏。

刷子汽封属于小间隙汽封范畴，在国外的新机设计时采用，并对轴面进行硬化处理。因进口价格极高，目前国内少有采用。国内使用刷子汽封多为国产，其缺点主要有以下几方面：

1）刷子汽封在安装时，汽封间隙无法准确的测量；

2）因安装时对应的轴面未做硬化处理，如果安装间隙过小或过盈时，长期运行会导致磨轴；

3）由于刷丝密度很大，焊接工艺无法保证100%焊牢，因此运行中会出现掉丝的现象。脱落的刷丝在蒸汽系统内循环，会对阀门等精密设备产生研磨、损坏，不利于系统设备的稳定运行。

6、    王常春“接触式”汽封

王常春“接触式”汽封采用独特的设计理念，在汽封块中心部位嵌入与轴近似接触的密封齿。

1、接触式密封的结构及其特点：

①间隙特点，接触式汽封并非与转轴直接接触运行，而是根据不同的位置设计不同的汽封间隙，范围在0.05~0.25mm；

②多等分功能，接触式密封的密封齿按圆周方向等分，每一等份均能径向后退，灵敏度高，能紧随轴的位移做径向退让，因此能保持和轴稳定运行；

③密封齿为非金属多元复合材料，具有耐磨、耐油、耐高温、耐老化、耐化学腐蚀等特性， 并且具有自润滑功能；

④接触式汽封产品组合灵活，可根据机组不同位置需要，与蜂窝、铁素体齿等进行组合以达到汽封改造的效果最大化；

⑤产品组合形式：

接触式蜂窝汽封

接触式铁素体汽封

接触式蜂窝铁素体汽封

                 接触式蜂窝铁素体汽封

接触式蜂窝铁素体汽封通过接触齿使得汽流在流过时大量受阻，强制汽流挤入蜂窝巢穴内，使蜂窝发挥了最大效力的减压作用、形成汽阻。由于铁素体齿的结合，使动静间隙在设计值内最大限度的减少，从而达到最合理的技术组合，起到全面阻流作用，达到1＋1＞2的效果。同时蜂窝带间隙在设计时采用的是上限间隙，这样不会导致汽封与轴的碰磨，最大限度的保证了机组的安全性