汽封在汽轮机中的应用

陆伟

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

汽封在汽轮机中的应用

陆伟

（哈尔滨汽轮机厂有限责任公司，哈尔滨150046）

汽封是汽轮机的重要组成部套。文中从汽封的工作原理、结构形式、功能分类、经济特性等方面阐述汽封在汽轮机中的应用。并对比了各种性能以便合理选用汽封。

汽封；汽轮机

0 引言

汽轮机中为了防止动、静部件之间的碰撞及摩擦，动、静部件之间必须留有间隙。这些间隙的存在势必会产生漏汽现象，为此加装的密封装置叫做汽封。目前国内汽轮机市场上存在汽封种类较多，本文主要介绍汽封的原理、形式、分类、设计要求及材料选择。

1 汽封的结构形式和工作原理

1.1 几种常用的汽封形式

1）刷子汽封。由高温合金刷丝和支持板通过特殊熔焊方法制造，主要用于汽轮机轴封。刷子汽封为接触式零汽封，封严效果好、适应转子径向运动，但对转子的表面有特殊要求。

2）碳精式汽封。该汽封为接触式汽封，因此机械损失比较大。磨损快，适用于圆周速度不超过35～40 m/s，工作温度不超过300℃的小型汽轮机。

3）迷宫式梳齿汽封。该汽封是汽轮机中最常用的非接触式汽封。其特点是结构简单，成本低。

4）蜂窝汽封。蜂窝汽封由汽封环和蜂窝带经过特殊工艺焊接而成，其密封效果较梳齿式汽封有显著提高。蒸汽在密封腔内圆周方向不可自由流动，有效减小转子自激震动的发生频率，在低压动叶顶部具有一定的除湿效果；但由于结构所限，其使用寿命短，蜂窝带易局部脱落或磨碰。

1.2 常见的汽封结构类型

常见的有曲径式和迷宫式（本文主要介绍曲径式）。曲径式汽封有梳齿式（平齿、高低齿）、镶片式、纵树型三种（见图1）。

图1 曲径式汽封的结构形式

曲径式汽封的工作原理：曲径式轴封是一种曲折的密封装置，当具有一定压力温度的蒸汽流经汽封时，必须依次经过汽封齿与转子凸台、凹槽之间形成的狭小间隙。当经过第一个汽封齿时通流面积减小，蒸汽流速增大，压力降低。随后高速气流进入汽封齿与转子轴肩形成的空间，通流面积急剧变大，蒸汽流速降低，产生涡流等现象，气流撞击汽封和转子后速度降到近似为零，蒸汽原来具有的动能转变成热能。当蒸汽经过第二个汽封齿时，又重复上述过程，压力再次降低。所以在压差一定的情况下，汽封齿数越多，每个齿前后的压差就越小，漏汽量也越小。通过计算确定汽封齿总数，合理分配到每个汽封圈上。当蒸汽流经最后一个汽封齿后，蒸汽压力降至与大气压力附近，致使漏汽量为零。

2 汽封的分类

根据安装部位差别可分为：端汽封（图2）、隔板汽封（图3）、通流汽封、平衡环汽封。

图2 端汽封

图3 隔板汽封

图4 叶顶汽封

端汽封是转子穿越汽缸端部位置的汽封，该位置汽缸与转子之间存在间隙，汽轮机运行时由于汽缸内部与外界大气压不相等，势必会产生内部蒸汽与外部大气之间的流动。此处端汽封提高了汽轮机效率，可有效防止漏汽（气）现象。

汽轮机中隔板前后压差较大，在隔板与转子间隙处产生漏汽。这部分蒸汽不流经喷嘴，形成漏汽损失。为减小漏汽损失设置了隔板汽封，该汽封间隙通常为0.6 mm左右。

通流部分汽封位于动叶顶部和根部，起到阻碍蒸汽从动叶两端泄漏的作用。其结构形式通常为：动叶顶端围带加工有凹槽，与装在汽缸或隔板套上的汽封片组成汽封；动叶根部轮缘与隔板上凸出齿尖部分形成汽封。该汽封可有效减小漏汽损失，如图4、图5所示。

图5 叶根汽封

3 汽封的设计要求和材料的选择

首先根据汽轮机热力计算确定的允许泄漏量来选择合适的汽封型式。按照最大压差校核汽封齿的强度，汽封环设计应带有一定的偏心度，以确保转子挠度及汽缸因真空下沉等时转子与汽封齿间合理的径向间隙。影响径向间隙的主要因素有：轴承油膜太高，转子高度的变化，转子、汽缸的挠度，汽缸工况时引起的外形变化等。

常用的汽封零件选材：梳齿式汽封环一般选用1Cr13（450℃）、15CrMoA（500℃）、Cr11MoV（540℃）。其间镶嵌的汽封片一般选用1Cr13（450℃）、1Cr18Ni9Ti（600℃）。弹簧片一般选用 60Si2Cr（300℃）、3Cr13（450℃）、Cr15Ni36W3Ti（600℃）。

4 轴封系统

汽轮机的端汽封虽然能减少高中压缸蒸汽漏出、低压缸空气漏入，但不能完全杜绝汽（气）流的泄漏。所以汽轮机上均设有由端汽封及其相连接的管道、阀门和相关设备组成的轴封系统。

轴封系统的主要功能是将汽轮机的主汽阀、调节阀的阀杆漏汽和汽源供汽供给密封蒸汽，并将各汽封漏汽合理导向或抽出。这样合理利用高压部分漏汽的余热，并保证了低压部分的真空度。有效提高了汽轮机的效率。

5 结语

漏汽是导致汽轮机级效率降低的主要原因，尽管定期检测和维护可减少问题的出现，但是采用新型汽封设计和其他改造技术更能提高系统的防漏汽能力。现行各种汽轮机密封技术都在不断发展，出现了抑制气流激振的蜂窝式汽封，允许汽轮机动静接触的刷式汽封、智能调整间隙汽封等。各类密封技术的应用，不断地提高了汽轮机的热效率。但上述接触式、非接触式汽封均没有完全密封，还需要配有复杂的密封系统来回收泄漏的部分蒸汽，因此汽轮机密封技术还有很大的发展空间。

［1］ 中国动力工程学会.火力发电设备技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］ 火电厂汽轮机运行调试检修与维护技术手册编委会.火电厂汽轮机运行调试检修与维护技术手册［M］.长春：银声音像出版社，2004.

（编辑：启 迪）

TK 26

B

1002－2333（2014）04－0246－02

陆伟（1986—），男，助理工程师，主要从事汽轮机本体设计等。

2014-02-11