郭琦 黃晶華

摘? ?要：密封問題的設(shè)計(jì)研究對(duì)火力發(fā)電的主要設(shè)備汽輪機(jī)等透平機(jī)械的設(shè)計(jì)尤為重要，先進(jìn)的轉(zhuǎn)子和靜子間的密封技術(shù)可顯著提高透平機(jī)械的工作效率和可靠性。文章基于專利文件對(duì)汽輪機(jī)密封技術(shù)進(jìn)行了分析梳理。

關(guān)鍵詞：汽輪機(jī);密封;迷宮;阻尼;刷式

汽輪機(jī)密封的技術(shù)研究主要是圍繞迷宮密封、阻尼密封和刷式密封展開。

1? ? 迷宮密封

盡管迷宮密封技術(shù)為傳統(tǒng)的密封技術(shù)，但由于具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低的特點(diǎn)，各國(guó)技術(shù)人員仍致力于繼續(xù)對(duì)迷宮密封作各種改進(jìn)，使其既能減小泄露量，又能提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，以期能滿足現(xiàn)代汽輪機(jī)的使用要求。其改進(jìn)方向主要分為以下幾個(gè)方面。

（1）通過改變高低齒的搭配方式及齒的形狀或方向來解決汽封結(jié)構(gòu)密封效果差、汽封泄漏的汽流流動(dòng)不穩(wěn)定、轉(zhuǎn)子失穩(wěn)等問題。相關(guān)專利有：CN2828324Y，即新型“田”字型迷宮式汽封，在汽封環(huán)周向的各軸向槽中鑲嵌適配的汽封薄片，并鉚接密封固定。CN2937484Y，即用于汽輪機(jī)低壓通流的對(duì)齒汽封，對(duì)齒汽封的轉(zhuǎn)子上鑲嵌有齒高相同的平齒，靜葉上的汽封齒也為齒高相同的平齒，動(dòng)、靜部件上的汽封齒逐個(gè)相對(duì);CN201953418U，即復(fù)合齒式汽封，包括汽封環(huán)，汽封環(huán)底部設(shè)置有高齒，其高齒上設(shè)置有軸向齒使得汽封環(huán)底部形成迷宮腔，汽封環(huán)底部設(shè)置有底齒;CN103075204A，即汽輪機(jī)后汽封裝置，汽封體凹槽內(nèi)的第二密封環(huán)具有兩個(gè)汽封體阻汽環(huán)面，兩汽封體阻汽環(huán)面伸出汽封體且兩汽封體阻汽環(huán)面間形成夾角，第一、二密封環(huán)徑向間設(shè)有間隙;CN103277146A，即對(duì)稱式側(cè)齒汽封結(jié)構(gòu)，汽封結(jié)構(gòu)的汽封套筒上加工有第一對(duì)稱式側(cè)齒汽封齒，汽封環(huán)上加工有第二對(duì)稱式側(cè)齒汽封齒，第一對(duì)稱式側(cè)齒汽封齒與第二對(duì)稱式側(cè)齒汽封齒相對(duì)交叉設(shè)置。

（2）通過在齒中添加其他部件來降低振動(dòng)，提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性。相關(guān)專利有：CN2789416Y，即反向旋流防汽輪機(jī)激振汽封裝置，在齒型迷宮汽封基礎(chǔ)上采用附加反向旋流技術(shù)形成防激振汽封裝置，其包括預(yù)旋導(dǎo)流片和壁面旋流槽。

（3）通過調(diào)整密封間隙裝置避免發(fā)生齒尖與軸摩擦的現(xiàn)象。相關(guān)專利有：CN101078440B，即用于可變間隙密封的方法和裝置，密封部包括齒，鳩尾形安裝部與挖空部通過偏壓件聯(lián)接，并且偏壓件與鳩尾槽的一對(duì)環(huán)形肩部相嚙合;CN201916006U，即鐵素體汽封，包括鐵素體汽封環(huán)，鐵素體汽封環(huán)中間沿圓周方向至少設(shè)置有一道溝槽，溝槽中設(shè)置有活動(dòng)齒，活動(dòng)齒后部裝有彈簧，彈簧通過螺釘固定于活動(dòng)齒上;CN103375193A，即用于避免渦輪摩擦的定子密封件，其可磨損涂層和環(huán)形內(nèi)表面具有預(yù)先限定的截面輪廓，截面輪廓包括便于軸向膨脹的瞬態(tài)操作區(qū)段和便于較緊間隙的穩(wěn)態(tài)操作區(qū)段。

2? ? 阻尼密封

為了提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，目前主要途徑之一是發(fā)展“阻尼密封”技術(shù)，通過改變密封結(jié)構(gòu)或靜子面的粗糙程度來改變密封的總體性能。阻尼密封主要有蜂窩阻尼密封。蜂窩密封是一種耐磨耗的先進(jìn)密封結(jié)構(gòu)，由蜂窩部分和支持部分組成，兩部分通過高溫真空釬焊工藝連接。在大多數(shù)情況下，蜂窩密封安裝在靜止部件上，如汽輪機(jī)的缸體、靜葉和隔板套上。蜂窩與轉(zhuǎn)動(dòng)部件一起構(gòu)成密封結(jié)構(gòu)，主要結(jié)構(gòu)型式是蜂窩—光滑面和蜂窩—迷宮齒兩種，分別應(yīng)用于不同透平機(jī)械和密封位置及條件。

由于蜂窩密封六角形蜂窩芯格的阻尼作用，所以蜂窩密封又作蜂窩阻尼密封。蜂窩阻尼密封的蜂窩帶的材料質(zhì)地較軟，具有可磨性，所以徑向間隙可以控制的比迷宮密封小，再加上其具有無數(shù)個(gè)蜂窩孔狀的芯格結(jié)構(gòu)，與轉(zhuǎn)子接觸時(shí)是若干個(gè)點(diǎn)形成的面式接觸，具有可靠的安全性能。蜂窩阻尼密封能夠吸收流體動(dòng)能而產(chǎn)生強(qiáng)烈的阻尼作用，可有效抑制汽封的自激振蕩，確保汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組軸系穩(wěn)定安全運(yùn)行。在阻尼密封中，與蜂窩密封相關(guān)的專利占多數(shù)，相關(guān)專利有：CN201284667Y，即新型汽輪機(jī)密封裝置，在轉(zhuǎn)子周壁外側(cè)的汽封體上裝有汽封環(huán)，在相接汽封環(huán)端面裝有螺旋彈簧，汽封環(huán)下端面設(shè)有汽封齒，汽封齒間裝有蜂窩狀密封帶;CN101476622A，即金屬指尖蜂窩密封。

3? ? 刷式密封

刷式密封是近年發(fā)展起來的一種高效阻尼密封，并允許動(dòng)靜之間瞬態(tài)嚴(yán)重不同心而保持密封能力不變，既提高了機(jī)組效率又改善了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，是現(xiàn)代先進(jìn)透平機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，GE、西門子等世界各大透平公司的技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展中，都把刷式密封技術(shù)研究作為其中的重要內(nèi)容一。相關(guān)專利有：CN101144542B，即采用瓦片式柔性板部件的軸密封，軸密封包括以面對(duì)關(guān)系連接于定子的多個(gè)柔性板部件，每個(gè)柔性板部件包括多個(gè)瓦片式部件，相鄰的柔性板部件相對(duì)于彼此布置成使瓦片式部件在軸向泄漏方向上至少部分交錯(cuò);CN101375089A，即多級(jí)刷形密封裝置，其中所述刷形密封裝置包括多個(gè)刷子，所述刷子則分別具有多根刷毛;CN1936278B，即渦輪和渦輪機(jī)械的密封件，包括弧形的扇形體，該扇形體具有在一個(gè)或二個(gè)側(cè)面上以多個(gè)互相靠近和互相接觸的桿為側(cè)面的一個(gè)刷子密封件。墊片將該刷子密封件的硬毛與多排桿隔開。

4? ? 組合密封

組合密封是迷宮密封、阻尼密封（主要為蜂窩密封）與刷式密封之間相互組合的一種密封，為了能進(jìn)一步減小泄漏，并提高轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性。相關(guān)專利有：CN202866903U（刷式蜂窩汽封）、CN102261478A（迷宮式密封件）。

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