一種新型滯回式可變間隙汽封的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型滯回式可變間隙汽封，包括汽封體和若干汽封弧段，所述汽封體朝向轉(zhuǎn)子一側(cè)的表面設(shè)有汽封裝配槽，所述汽封弧段安裝在汽封裝配槽內(nèi)，在相鄰的汽封弧段斷面之間通過彈簧連接；在所述各汽封弧段的進(jìn)汽端設(shè)有進(jìn)汽槽，在所述汽封體出汽側(cè)設(shè)置至少一個出汽孔。本發(fā)明使汽封弧段在中高負(fù)荷下閉合，在較低負(fù)荷時重新打開，從而保證在汽輪機(jī)整個啟動過程中汽封齒都不會與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，避免了汽封齒的磨損、變形，延長了汽封的使用壽命，減少了漏汽量，增加了機(jī)組出力，提高了汽輪機(jī)的效率。
【專利說明】一種新型滯回式可變間隙汽封

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及汽輪機(jī)、燃汽輪機(jī)領(lǐng)域的汽封，尤其涉及一種新型滯回式可變間隙汽 封。

【背景技術(shù)】
[0002] 汽封是汽輪機(jī)等透平機(jī)械減少漏汽（氣）損失、提高能量轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵部件。隨 著汽輪機(jī)葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的進(jìn)步，葉柵通道的能量轉(zhuǎn)換效率幾乎已經(jīng)達(dá)到極致。另一方面，隨 著透平機(jī)械向著大容量高參數(shù)的方向發(fā)展，對機(jī)組的可靠性和經(jīng)濟(jì)性提出了更高的要求。 因此，開發(fā)先進(jìn)汽封、減少漏汽損失和提高汽封使用壽命，正成為大型汽輪機(jī)組進(jìn)一步提高 效率需要攻克的重大課題。
[0003] 公知汽輪機(jī)軸穿出汽缸處、動葉頂部、隔板和轉(zhuǎn)子之間以及高中壓缸之間均設(shè)有 汽封。從提高汽輪機(jī)效率的角度，需要我們減小漏汽量，目前，減小汽封間隙是減小漏汽量 的最主要的途徑。對于像汽輪機(jī)這樣的流體機(jī)械，確保其運(yùn)行的安全性始終是我們關(guān)心的 重要問題，特別是在汽輪機(jī)啟動過程中，由于汽缸和轉(zhuǎn)子的溫度場不均勻，上下汽缸溫差過 大而產(chǎn)生熱變形，使得汽封間隙減小或消失，還有轉(zhuǎn)子過臨界轉(zhuǎn)速時振動加大，以及汽缸和 轉(zhuǎn)子對中不準(zhǔn)等因素的影響，汽封齒很容易與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，使汽封齒磨損，密封效果下 降，汽輪機(jī)效率降低。此外，碰磨還可能導(dǎo)致轉(zhuǎn)子局部區(qū)域產(chǎn)生大量熱量，有可能使轉(zhuǎn)子產(chǎn) 生永久性變形，威脅機(jī)組運(yùn)行的安全性。值得指出的是，上述這些不利因素大部分都出現(xiàn)在 汽輪機(jī)啟動、低負(fù)荷或突然失去負(fù)荷的過程中，因此，在這些條件下保持一個相對大的汽封 間隙值對于減輕對汽封的損壞是非常有必要的，同時，在中高負(fù)荷條件下，應(yīng)維持小的汽封 間隙值，以提高機(jī)組的經(jīng)濟(jì)性。
[0004] 傳統(tǒng)的汽封多為迷宮式汽封，它是在轉(zhuǎn)子上加工出凸肩和凹槽，汽封采用高低齒 結(jié)構(gòu)與之相配合，以在汽輪機(jī)動靜部分之間創(chuàng)造一個高阻尼、低流量系數(shù)的流動通道。汽封 環(huán)沿周向一般分成4一 12個汽封弧段，以適應(yīng)水平中分式缸體。迷宮式汽封（梳齒汽封） 作為汽輪機(jī)中一種主要的密封形式，它利用汽封與轉(zhuǎn)子之間形成的一系列環(huán)形孔口和環(huán)形 汽室，通過蒸汽的多次節(jié)流和耗散作用產(chǎn)生阻尼效果，減少蒸汽沿軸向的泄露。在迷宮式汽 封的每個汽封弧段的背部一般都安裝一片板彈簧，板彈簧的預(yù)緊力使汽封弧段沿徑向向內(nèi) 靠近轉(zhuǎn)子，使得汽封齒與轉(zhuǎn)子表面的間隙保持最小值。當(dāng)轉(zhuǎn)子因各種原因與汽封齒發(fā)生嚴(yán) 重碰磨時，這種汽封便具有一定的退讓能力，但是由于板彈簧的剛度的存在，汽封弧段的退 讓是在轉(zhuǎn)子與汽封齒存在較大接觸力的條件下實(shí)現(xiàn)的，如果長期運(yùn)行，對汽封和轉(zhuǎn)子都將 造成很大傷害，危害機(jī)組的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。
[0005] 近年來，出現(xiàn)了一種新型的可變間隙汽封，它可以隨著汽輪機(jī)主蒸汽流量的變化， 對應(yīng)著工作介質(zhì)的壓力成比例的變化，自動地調(diào)節(jié)汽封間隙值。可變間隙汽封結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng) 汽封基本相同，只是在進(jìn)汽面上銑出一道引汽槽，其目的是使汽封弧段背部壓力（汽封體 溝槽內(nèi)部壓力）等于進(jìn)汽側(cè)壓力?？勺冮g隙汽封取消了傳統(tǒng)背撐彈簧片式汽封背弧的彈 簧壓片，將螺旋彈簧安裝在兩個相鄰汽封弧段的垂直斷面間，彈簧的推力使得汽封弧段在 沒有蒸汽壓力時處在最大汽封間隙位置，機(jī)組啟動時，隨著蒸汽流量的增加，作用在每一汽 封弧段背部的蒸汽壓力逐漸增大，在足以克服彈簧力、摩擦阻力時，汽封弧段就開始逐漸關(guān) 閉，直至處于工作狀態(tài)，并始終與轉(zhuǎn)子保持最小間隙值運(yùn)行，停機(jī)時，隨著蒸汽流量的減少， 汽封弧段在彈簧力作用下遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子，使徑向間隙達(dá)到最大值?？勺冮g隙汽封弧段與汽封體 之間一般設(shè)計(jì)有3mm左右的退讓距離，故汽封齒與轉(zhuǎn)子表面就有3mm以上的間隙，這樣就可 以保證汽封弧段張開時，汽封齒不與轉(zhuǎn)子碰磨。另外，可變間隙汽封的汽封齒一般仍采用傳 統(tǒng)的梳齒式。
[0006] 現(xiàn)有的可變間隙汽封實(shí)現(xiàn)了汽封間隙可以隨蒸汽流量的變化而變化，但是它僅僅 解決了蒸汽流量到達(dá)一定負(fù)荷后汽封弧段閉合的問題，是一種固定負(fù)荷閉合、張開式汽封， 也即汽封弧段閉合時和重新打開時對應(yīng)的蒸汽負(fù)荷相等。但是由于上文中提及的各種因素 的影響，在汽輪機(jī)起動階段現(xiàn)有的可變間隙汽封仍有可能與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種新型滯回式可變間 隙汽封，使汽輪機(jī)在整個啟動過程中汽封齒都不會與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，避免了汽封齒的磨損、 變形，減少了漏汽量，增加了機(jī)組出力，提高了汽輪機(jī)的效率。
[0008] 技術(shù)方案：為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0009] -種新型滯回式可變間隙汽封，包括汽封體和若干汽封弧段，所述汽封體朝向轉(zhuǎn) 子一側(cè)的表面設(shè)有汽封裝配槽，所述汽封弧段安裝在汽封裝配槽內(nèi)，相鄰汽封弧段之間通 過彈簧連接；在所述各汽封弧段的進(jìn)汽端設(shè)有進(jìn)汽槽，在所述汽封體的出汽側(cè)設(shè)置至少一 個出汽孔。
[0010] 進(jìn)一步的，所述出汽孔沿所述汽封體出汽側(cè)圓周方向均勻分布
[0011] 進(jìn)一步的，所述彈簧的兩端設(shè)置在相鄰汽封弧段端部的彈簧槽內(nèi)，且所述彈簧為 螺旋彈簧或板式彈簧。
[0012] 進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)子表面設(shè)有凸肩和凹槽，所述汽封弧段朝向轉(zhuǎn)子的一側(cè)表面設(shè) 有汽封齒，所述轉(zhuǎn)子和汽封弧段間隙配合。
[0013] 有益效果：
[0014] 1、通過在汽封體上設(shè)置若干出汽孔，讓汽封弧段在中高負(fù)荷時才閉合，使汽輪機(jī) 在整個啟動過程中汽封齒都不會與轉(zhuǎn)子發(fā)生碰磨，避免了汽封齒的磨損、變形，減少了漏汽 量，增加了機(jī)組出力，提高了汽輪機(jī)的效率。
[0015] 2、由于在啟動過程中，轉(zhuǎn)子不會因碰磨而產(chǎn)生熱變形、彎曲，從而提高了機(jī)組的安 全性，減少了機(jī)組非計(jì)劃停機(jī)次數(shù)。
[0016] 3、可變間隙汽封弧段間的彈簧采用可靠性更高的板式彈簧連接，克服了普通螺旋 彈簧長時間使用后易腐蝕結(jié)垢、壽命短、高溫下發(fā)生蠕變剛度下降等缺點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0018] 附圖1是本發(fā)明的汽封弧段截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019] 附圖2是本發(fā)明的汽封弧段閉合時截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020] 附圖3是本發(fā)明的汽封弧段張開時截面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021] 附圖4是本發(fā)明的六個汽封弧段、四只彈簧實(shí)施方式示意圖。
[0022] 附圖5是本發(fā)明的汽封體及出汽孔位置示意圖。
[0023] 附圖6是本發(fā)明的水平中分面處放大圖。
[0024] 附圖7是本發(fā)明的四個汽封弧段、六只彈簧實(shí)施方式示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步的說明。
[0026] -種新型滯回式可變間隙汽封，包括汽封體200和若干汽封弧段300,汽封弧段的 數(shù)量一般在4一12個之間。所述汽封體200朝向轉(zhuǎn)子600 -側(cè)的表面設(shè)有T形汽封裝配 槽，所述汽封弧段300安裝在對應(yīng)的汽封裝配槽內(nèi)，相鄰汽封弧段300之間通過彈簧400連 接，所述彈簧的兩端設(shè)置在相鄰汽封弧段300端部的彈簧槽330內(nèi)，且所述彈簧400為螺旋 彈簧或板式彈簧。所述轉(zhuǎn)子600表面設(shè)有凸肩和凹槽，所述汽封弧段300朝向轉(zhuǎn)子600的 一側(cè)表面設(shè)有汽封齒310,所述轉(zhuǎn)子600和汽封弧段300間隙配合。在所述各汽封弧段300 的進(jìn)汽端設(shè)有進(jìn)汽槽320,在所述汽封體200的出汽側(cè)設(shè)置至少一個出汽孔210,所述出汽 孔沿所述汽封體出汽側(cè)圓周方向均勻分布。
[0027] 所述汽封弧段300的進(jìn)汽端設(shè)置的進(jìn)汽槽320,使得汽封弧段300處于任何狀態(tài) 下，汽封弧段300背部腔室與進(jìn)汽側(cè)相通。所述汽封體200上設(shè)置的出汽孔210可使汽封 弧段300在未完全閉合時，汽封弧段300背部腔室的蒸汽可通過出汽孔210漏入出汽側(cè)，而 當(dāng)汽封弧段300處于完全閉合狀態(tài)時，汽封弧段300背部腔室的蒸汽不能通過出汽孔210 漏入出汽側(cè)。
[0028] 本發(fā)明在現(xiàn)有可變間隙汽封的基礎(chǔ)上，通過在汽封體200出汽側(cè)某位置開設(shè)若干 出汽孔210,使得汽封弧段300背部腔室內(nèi)的蒸汽可以從出汽孔流出，從而在一定程度上減 小了汽封弧段背部腔室內(nèi)的蒸汽壓力，在其他條件不變的情況下，在汽輪機(jī)到達(dá)中高負(fù)荷 之前，汽封弧段300 -直處于張開狀態(tài)，汽封齒310與轉(zhuǎn)子600之間的間隙為最大，當(dāng)汽輪 機(jī)到達(dá)中高負(fù)荷時，汽缸100和轉(zhuǎn)子600的溫度場也基本穩(wěn)定，汽封弧段300在蒸汽力的作 用下實(shí)現(xiàn)閉合。一旦汽封弧段300關(guān)閉之后，其重新打開所對應(yīng)的負(fù)荷要低于閉合時對應(yīng) 的負(fù)荷，這也就是"滯回"的概念的含義。
[0029] 對于本發(fā)明新型滯回式可變間隙汽封，機(jī)組啟動時，在汽封弧段300未完全閉合 之前，由于壓力差的存在，會有蒸汽源源不斷從高壓側(cè)經(jīng)進(jìn)汽槽320流入汽封弧段300背部 腔室內(nèi)，同時，也會有蒸汽源源不斷從汽封弧段300背部腔室經(jīng)出汽孔210流入低壓側(cè)?，F(xiàn) 利用幾個簡單的方程來說明這一物理過程：
[0030] 根據(jù)流體力學(xué)的知識，流體流經(jīng)孔口、閥門時流量與壓差的關(guān)系式為：Ap= fG2， 其中f為一與孔口、閥門結(jié)構(gòu)等有關(guān)的常數(shù)，Ap是孔口、閥門的前后壓差，G是通過孔口、閥 門的流量。
[0031] 先假設(shè)汽封弧段300未完全閉合之前，汽封高壓側(cè)壓力為Pl，汽封弧段300背部腔 室的壓力為p 2，低壓側(cè)的壓力為p3，把進(jìn)汽槽320和出汽孔210類比于孔口或者閥門，假設(shè) 與它們的結(jié)構(gòu)相關(guān)的系數(shù)分別為和f 2。
[0032] 對于蒸汽從高壓側(cè)經(jīng)進(jìn)汽槽320流入汽封弧段300背部腔室的過程有： A - A =./;(<，其中Gi是通過進(jìn)汽槽320的蒸汽流量。對于蒸汽從汽封弧段300背部腔室 經(jīng)出汽孔210流入低壓側(cè)的過程有：凡=義句，其中G2是通過出汽孔210的流量。由 于匕> 0, G2 > 0,所以，Pl > p2 > p3 > 0,即汽封弧段300背部腔室中的壓力介于進(jìn)汽側(cè) 壓力和出汽側(cè)壓力之間，而如果未在汽封體200上打孔，則有，Pl = p2 > p3 > 0。
[0033] 對可變間隙汽封弧段進(jìn)行受力分析有：sin f = A/? _ /#
[0034] 其中，F(xiàn)為汽封弧段閉合時彈簧力，a為汽封弧段圓心角，A p為汽封弧段300所 受的蒸汽閉合力減去開啟力的差值，f*為汽封弧段300所受的摩擦力。顯然，在汽封體200 上出汽側(cè)打孔之后，在汽封弧段300未完全閉合之前，由于汽封弧段背部腔室中的蒸汽壓 力減小，使得每個汽封弧段300上承受的蒸汽壓差減小，而對于某一類型汽封來說，使它剛 好能閉合所需要克服的彈簧力F和摩擦力f*是一定的，所以只有當(dāng)高壓側(cè)壓力 Pl達(dá)到更高 的數(shù)值才能使汽封弧段300閉合，也即實(shí)現(xiàn)了使汽封弧段300在中高負(fù)荷閉合的目標(biāo)。
[0035] 針對本發(fā)明新型滯回式可變間隙汽封的結(jié)構(gòu)及布置形式，本發(fā)明例舉了以下兩 種：
[0036] 第一種：如圖4所示，在汽封弧段300整圈上均勻分為六段，并在如圖4所示的位 置上布置4只板式彈簧。在汽缸的水平中分面處左右兩端安裝有止動器500,可以防止汽封 弧段300在圓周方向上的滑動，同時也避免了上半圈汽封弧段300的重力對下半圈汽封弧 段300的影響。在汽封體200出汽側(cè)均勻布置6個形式如圖5所示的出汽孔210,上半圈3 個，下半圈3個，使得每個汽封弧段均有一個出汽孔210與之對應(yīng)。
[0037] 第二種：如圖7所示，在汽封弧段300整圈上均勻分為四段，每段近似為90度，并 在如圖7所示的位置上布置6只螺旋彈簧。在汽缸的水平中分面處左右兩端安裝有止動器 500,可以防止汽封弧段300在圓周方向上的滑動，同時也避免了上半圈汽封弧段300的重 力對下半圈汽封弧段300的影響。在汽封體200出汽側(cè)均勻布置4個形式如圖7所示的出 汽孔210,上半圈2個，下半圈2個，使得每個汽封弧段均有一個出汽孔210與之對應(yīng)。
[0038] 值得指出的是，實(shí)施例2在止動器500的上、下端面上各安放了一只螺旋彈簧，這 樣做的好處在于可以消除汽封弧段300端面與止動器500上、下端面的摩擦，減少了關(guān)閉汽 封弧段300過程中的阻力。
[0039] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng) 視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種新型滯回式可變間隙汽封，其特征在于：包括汽封體（200)和若干汽封弧段 (300)，所述汽封體（200)朝向轉(zhuǎn)子（600) -側(cè)的表面設(shè)有汽封裝配槽，所述汽封弧段（300) 安裝在汽封裝配槽內(nèi)，相鄰汽封弧段（300)之間通過彈簧（400)連接；在所述各汽封弧 段（300)的進(jìn)汽端設(shè)有進(jìn)汽槽（320)，在所述汽封體（200)的出汽側(cè)設(shè)置至少一個出汽孔 (210)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型滯回式可變間隙汽封，其特征在于：所述出汽孔（210) 沿所述汽封體（200)出汽側(cè)圓周方向均勻分布。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型滯回式可變間隙汽封，其特征在于：所述彈簧的兩端 設(shè)置在相鄰汽封弧段（300)端部的彈簧槽（330)內(nèi)，且所述彈簧（400)為螺旋彈簧或板式 彈黃。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種新型滯回式可變間隙汽封，其特征在于：所述轉(zhuǎn)子（600) 表面設(shè)有凸肩和凹槽，所述汽封弧段（300)朝向轉(zhuǎn)子（600)的一側(cè)表面設(shè)有汽封齒（310)， 所述轉(zhuǎn)子（600)和汽封弧段（300)間隙配合。
【文檔編號】F01D11/04GK104265378SQ201410510924
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】楊建明, 徐鐘宇 申請人:東南大學(xué)