四種汽封比較

1、蜂窩式汽封、布萊登汽封、接觸式汽封、側(cè)齒式汽封四種汽封比較 目 錄一、布萊登汽封狀況21、布萊登汽封結(jié)構(gòu)22、布萊登汽封工作原理23、布萊登汽封結(jié)構(gòu)實現(xiàn)的目的24、布萊登汽封實際應(yīng)用狀況3弧段閉合不攏情況較多3弧段也有張不開的情況4正常閉合時間未必在過臨界轉(zhuǎn)速之后4密封齒仍為梳齒式，密封效果差4密封齒為梳齒式，容易引起汽流激振4易產(chǎn)生脹差大55、布萊登汽封失敗案例5二、接觸式汽封狀況61、接觸式汽封結(jié)構(gòu)62、接觸式汽封工作原理63、接觸式汽封應(yīng)用狀態(tài)64、接觸式汽封失敗案例7三、側(cè)齒式汽封狀況71、側(cè)齒式汽封結(jié)構(gòu)72、側(cè)齒式汽封工作原理73、側(cè)齒式汽封結(jié)構(gòu)分析84、側(cè)齒式汽封應(yīng)用狀況8四、蜂窩

2、式汽封狀況9（一）蜂窩式汽封結(jié)構(gòu)說明9（二）蜂窩式汽封的優(yōu)點101、密封效果好、顯著提高汽輪機組的效率102、不會引起汽流激振，安全性高103、不會出現(xiàn)掉臺和被拉彎的現(xiàn)象104、間隙可調(diào)安裝方便105、壽命長、安全性強、對軸無傷害116、在濕度較大的葉片頂部，裝上蜂窩汽封，有效去除葉頂水分，保護葉片少受水蝕。11一、布萊登汽封狀況1、布萊登汽封結(jié)構(gòu)2、布萊登汽封工作原理 汽封分六段，弧段端面鉆孔裝有螺旋彈簧。啟機前，由于彈簧力的作用，使得各弧段張開，汽封間隙變大。機組正常運行時，當蒸汽作用于汽封后面的壓力大于彈簧力、汽封弧段重力及磨擦力的矢量和時，汽封弧段閉合，間隙變小。3、布萊登汽封結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

3、的目的布萊登汽封要解決的問題是啟停機過程式中轉(zhuǎn)速達到臨界轉(zhuǎn)速時轉(zhuǎn)子的振動振幅最大，容易碰磨汽封齒片，因此在汽封環(huán)段端部加裝彈簧，啟停機時彈簧將各汽封孤段撐開，使密封間隙變大，而無法碰磨；正常運行時汽封背孤的蒸汽壓力大于彈簧壓力，彈簧被壓縮，端面合攏又恢復(fù)正常間隙值。目的愿望很好，但實現(xiàn)之較難，效果較差。下面是布萊登汽封各段受力矢量圖： 4、布萊登汽封實際應(yīng)用狀況1 弧段閉合不攏情況較多從以上各弧段受力矢量圖可以看到，各弧段重力大小、受蒸汽壓力大小相同，但彈簧力方向、重力方向、及磨擦力對各弧段產(chǎn)生的向心閉合力的矢量之和各不相同，那么，各弧段向軸心移動的力量和速度各不一致，極易造成各弧段向心閉合的

4、速度不一致而產(chǎn)生彈簧壓縮卡澀，弧段無法正常閉合。2 弧段也有張不開的情況汽輪機運行一段時間以后，汽封側(cè)面滑道及彈簧槽發(fā)生銹蝕，那么汽封與滑道的磨擦力也會加大，彈簧槽內(nèi)的銹鉵也阻礙彈簧的縮、張，彈簧力就不足以使弧段張開，當降負荷或停機轉(zhuǎn)子振動加大時，齒也會被迅速磨損。密封密封得不到保證。3 正常閉合時間未必在過臨界轉(zhuǎn)速之后在起機過程中，汽輪機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和暖機時間、進汽壓力及進汽量有關(guān)。而布萊登汽封的閉合卻直接和蒸汽壓力有關(guān)。在起機過程中，我們無法預(yù)測汽封弧段受蒸汽壓力、重力、磨擦力的矢量和與彈簧力精確匹配，因為暖機時間與壓力沒有對應(yīng)關(guān)系。而且彈簧對熱的敏感性較大，彈性系數(shù)卻又溫度的變化而變化。溫

5、度、暖機時間、壓力在起機過程中沒有準確的對應(yīng)時間關(guān)么，那么汽封弧段閉合的時間也就無法精確的控制在過臨界轉(zhuǎn)速之后還是在過臨界轉(zhuǎn)速前。當閉合時間在過臨界轉(zhuǎn)速之前，那么布萊登汽封和常規(guī)梳齒式汽封完全一樣，存在著軸振磨齒的現(xiàn)象，密封間隙得不到保障，汽封泄漏量增加，改造失敗。如果閉合時間在過臨界轉(zhuǎn)速之后，那么大量的蒸汽順軸泄漏，加劇軸的受熱，脹差加大，造成動靜磨擦，存在安全隱患。而且我們都知道，大機組的臨界轉(zhuǎn)速不止一個，能不能避開幾個臨界轉(zhuǎn)速，值得懷疑。4 密封齒仍為梳齒式，密封效果差 布萊登汽封的密封齒結(jié)構(gòu)仍是常規(guī)梳齒式汽封，以節(jié)流膨脹的方式密封，密封齒的數(shù)量并沒有改變。這種密封齒與齒的密封間隙和密封

6、齒的數(shù)量有很大關(guān)系。布萊登密封齒同樣是高齒對著軸上的凹槽低齒對著軸上的凸臺。如果操作不當，脹差較大，同樣存在著短齒掉臺，長齒被拉彎的現(xiàn)象，封得不到保證。如果長齒與軸上凹槽處磨擦，則在軸上凹槽直徑最小處，磨擦熱與力集中，容易造成大軸彎曲。所以，密封間隙也不可能作的太小，以保證安全。在齒的間隙相差不大，齒的數(shù)量不變的情況下，與梳齒式密封效果相差不多。另一方面，轉(zhuǎn)子異常振動的情況也有發(fā)生。即便弧段的閉合僥幸在所有臨界轉(zhuǎn)速之后，那么當轉(zhuǎn)子異振時，軸與密封齒發(fā)生磨擦，齒被迅速磨掉，密封得不到保證。5 密封齒為梳齒式，容易引起汽流激振梳齒式汽封，齒與齒之間有一環(huán)形腔室，而轉(zhuǎn)子的運轉(zhuǎn)中心為橢圓形，那么環(huán)形腔

7、與軸之間的距離始終在發(fā)生變形，大量泄漏蒸汽在環(huán)形腔內(nèi)環(huán)流，切向分力始終變化，易產(chǎn)生汽封激振。6 易產(chǎn)生脹差大布萊登汽封尤其不能安裝在軸端部位，因為啟仃機過程中本來就存在動靜之間“脹差“大的問題，由于在這一階段中，各汽封孤段被彈簧撐開，梳齒與軸徑之間的密封間隙很大，大量的軸封蒸汽順著軸徑表面進入汽缸加熱轉(zhuǎn)子使其伸長，這就更使“脹差”增大，增加了啟仃時的危險性。若要減小“脹差”只能靠延長暖機時間。所以凡軸端安裝布萊登汽封的機組暖機時間都很長，不敢冒然升速并網(wǎng)，這本身也造成了很大的經(jīng)濟損失。5、布萊登汽封失敗案例a、河南省電力局曾指令河南省各電廠都采用布萊登汽封，結(jié)果洛陽首陽山電廠，鄭州電廠、姚孟電

8、廠等電廠，都由于振動等原因宣告失敗。他們乎沒有一家再使用。后來首陽山電廠進行蜂窩式密封技術(shù)改造，達到了很好的效果。b、上海吳涇熱電廠06年春天在一臺6mw機組上花了67萬元上了布萊登汽封，沒過幾天就失敗了，之后全部拆掉又恢復(fù)原疏齒式汽封。c、大連華能二期#3、#4機2臺美國ge公司機組，新機組美國就采用了美國原配布萊登汽封，運行效果極差、軸封供汽耗量明顯增大、油中進水嚴重、機組熱耗增加，達不到設(shè)計值。結(jié)論是布萊登汽封絕大部風(fēng)汽封彈簧未被壓縮，汽封弧段的端面沒完全接觸。中方向美國索賠，美國人全部換上了梳齒式汽封才了結(jié)。d、廣西柳州電廠東汽200mw機組安裝布萊登汽封后效果很差，漏泄嚴重，電廠決定

9、有停機機會就拆掉，現(xiàn)在打算上蜂窩式汽封。e、臺洲電廠上海機組高中壓間汽封（常說的過橋汽封）裝完布萊登汽封后，引起機組振動，后來改成了蜂窩式汽封。f、陜西秦嶺電廠2臺200mw機組用布萊登汽封不到一個小修期，因孤段不能閉合，漏泄嚴重而拆除這些只是布萊登汽封失敗的部分案例，布氏汽封存在著極大的風(fēng)險性，密封性不佳，安全性較差，汽流激振較多。二、接觸式汽封狀況1、接觸式汽封結(jié)構(gòu)接觸式汽封是在汽封中間開槽，然后放后復(fù)合材料環(huán)（一般為聚酰亞氨），在復(fù)合材料環(huán)后部，加裝彈簧，把復(fù)合環(huán)壓在軸上。這種汽封一般放在低壓缸兩側(cè)軸端。2、接觸式汽封工作原理 接觸式汽封復(fù)合環(huán)兩側(cè)仍為梳齒式結(jié)構(gòu)，中間高分子復(fù)合材料環(huán)被彈

10、簧壓緊在汽輪機轉(zhuǎn)子上，以實現(xiàn)密封的方式。3、接觸式汽封應(yīng)用狀態(tài)、高分子復(fù)合材料環(huán)耐熱差，易碳化高分子復(fù)合材料耐熱溫度較低（聚酰亞氨極限耐熱溫度為2100c）。高溫后易碳化碎裂失去密封作用。2 、熱膨脹較大，變形較大。復(fù)合材料熱膨脹系數(shù)非常大，熱膨脹又承各向異性。復(fù)合環(huán)受熱后，膨脹較大，圓周伸長后各段周長增加，復(fù)合環(huán)無法向中中合攏。更由于熱膨脹大，復(fù)合環(huán)易卡澀無法接觸轉(zhuǎn)子。3 、磨軸、抱軸如果復(fù)合環(huán)側(cè)面間隙大，開始復(fù)合環(huán)能夠合攏，那么軸就長時間與復(fù)合環(huán)磨擦。這種無潤滑的干式磨擦，就會產(chǎn)生大量的熱，使得轉(zhuǎn)子局部產(chǎn)生高溫，易使大軸彎曲。由于復(fù)合材料易碳化碎裂，擠在槽內(nèi)，抱軸磨擦，產(chǎn)生振動停機。4 、

11、容易引起軸的振動復(fù)合材料環(huán)分成四六瓣等，復(fù)合環(huán)后的彈簧力很難實現(xiàn)均等。在圓周上，向外向心力不等，容易造成軸的振動。4、接觸式汽封失敗案例 a、四川攀枝花鋼鐵公司熱電廠的工業(yè)汽輪機帶煉鐵高爐鼓風(fēng)機，12mw工業(yè)汽輪機及鼓風(fēng)機的軸端汽封使用了“接觸式”汽封，結(jié)果是：由于接觸式汽封的復(fù)合材料受熱變形，將軸緊抱，導(dǎo)致機組強烈振動，所有接觸式汽封全部損壞而失敗。 b、山東鋁業(yè)集團電廠，高壓汽封受熱后碳化，重新拆裝汽封。 接觸式汽封由于復(fù)合材料耐用性、耐熱性、及產(chǎn)生振動，應(yīng)用的較少，不適合在汽輪機上應(yīng)用。三、側(cè)齒式汽封狀況1、側(cè)齒式汽封結(jié)構(gòu) 汽流側(cè)齒式汽封是在梳齒式汽封直齒側(cè)面設(shè)有側(cè)齒，如上面所示。2、側(cè)

12、齒式汽封工作原理側(cè)齒式汽封是在直齒側(cè)面增加齒數(shù)，力圖增強擾流效果，以期達到更好的密封效果。增加的側(cè)齒，主要是迎著進汽側(cè)面增加。 3、側(cè)齒式汽封結(jié)構(gòu)分析 側(cè)齒式汽封力圖通過增加側(cè)齒達到增強擾流的效果，但作為老機組的改造來講，并不適合。原因如下： a、由于老機組原凸臺的高度較小，則長齒的長度不會太長。從而在直齒上增加的側(cè)齒數(shù)量就極其有限。 b、由于軸上凹槽的寬度不大，直齒上加了側(cè)齒，勢必減小了軸脹的安全空間，安全性較差。 c、為了相對提高些安全軸脹空間，側(cè)齒的長度就盡可能作短。但短的密封齒的密封效果就會大打折扣。密封效果不會明顯。 d、側(cè)齒式汽封雖然增加了些側(cè)齒，但仍跳不脫為梳齒式結(jié)構(gòu)。它的齒間環(huán)

13、形腔由于轉(zhuǎn)子的橢圓運動造成各處間隙不同，同樣會造成汽流激振。引發(fā)轉(zhuǎn)子的振動。 e、汽輪機在啟停機過程中，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速在臨界轉(zhuǎn)速時，振動幅度較大，若汽封徑向間隙安裝較小時，汽封齒很容易磨損，徑向密封間隙變大，泄漏量增加 f、由于泄漏量的增加，蒸汽對軸的加熱區(qū)段長度及溫度都必然有所增加和升高，軸的軸向長度增加，脹差變大，軸上凸臺和汽封塊的短齒發(fā)生相對位移而出現(xiàn)所謂“掉臺”和長齒被拉彎而“倒伏”的現(xiàn)象。這種情況更容易出現(xiàn)。 g、鑒于以上種種，汽輪機運行的要求標準更高，啟、停機脹差的控制更難掌握。4、側(cè)齒式汽封應(yīng)用狀況 據(jù)我們了解，側(cè)齒式汽封由于其結(jié)構(gòu)限制，應(yīng)用并不理想，在淮北電廠就出現(xiàn)過起機十三次，最

14、后不得不揭缸的情況。四、蜂窩式汽封狀況 蜂窩式汽封是較成熟的密封技術(shù)。此項技術(shù)源于美國航天飛機渦輪發(fā)動機液體燃料泵的密封，軍、民用飛機上均普遍應(yīng)用，大功率的鼓風(fēng)機上采用此技術(shù)密封和消振。 在汽輪機上應(yīng)用蜂窩式汽封，最早出現(xiàn)在美國西屋公司汽輪機低壓缸次末級、次次末級葉片頂部用以減輕葉片的水蝕。 在國內(nèi)，汽輪機專業(yè)何立東何博士于90年代發(fā)現(xiàn)了此項技術(shù)，經(jīng)過研究、實驗并把此項技術(shù)應(yīng)用推廣到汽輪機軸端、級間及葉頂，并于99年申請了國家專利。經(jīng)過多年的試驗研究，我公司進行了產(chǎn)業(yè)化。 2003年，哈爾濱汽輪機廠與我公司合作了蜂窩式汽封與現(xiàn)在最耐磨的鐵素體汽封破壞性試驗，得到以下結(jié)論： 在相同壓力、轉(zhuǎn)速擴軸

15、徑表面的光潔度和硬度的條件下，本次試驗結(jié)論如下：1、運行壽命：蜂窩式汽封的運行壽命(即耐磨損性能)是鐵素體梳齒式汽封的2.5倍；2、對軸徑表面的摩擦阻尼之大小(摩擦系數(shù)的大小)；鐵素體梳齒式汽封對軸徑表面的摩擦阻尼為蜂窩式汽封的1.4倍3、對軸徑表面的摩擦損傷程度：鐵素體梳齒式汽封對軸徑表面的摩擦損傷程度為蜂窩式密封的6倍。4、對轉(zhuǎn)子運行穩(wěn)定性的影響：在2000rmp以上的轉(zhuǎn)速下，蜂窩式汽封對轉(zhuǎn)子運行穩(wěn)定性的貢獻約為鐵素體梳齒式汽封的2倍。（一）蜂窩式汽封結(jié)構(gòu)說明所謂蜂窩式密封，即密封環(huán)的內(nèi)表面是由正六面體形狀的蜂窩孔規(guī)則排列而成的蜂窩帶構(gòu)成。蜂窩帶是由厚度僅為0.05mm-0.10mm的海斯

16、特鎳基耐高溫合金薄板（hastelloy-x）在特殊成型設(shè)備上制成的正六面體網(wǎng)格型材，再經(jīng)特殊焊接設(shè)備而成的。根據(jù)密封環(huán)體尺寸制作而成的蜂窩帶，在真空釬焊爐中通過真空釬焊技術(shù)被焊接在母體密封環(huán)上，繼而形成了蜂窩式密封。如下圖： 蜂窩汽封 蜂窩帶 蜂窩帶如下 （二）蜂窩式汽封的優(yōu)點 正是由于蜂窩式汽封的耐磨性及特殊的結(jié)構(gòu)模式，蜂窩汽封有以下優(yōu)點：1、 密封效果好、顯著提高汽輪機組的效率a、 蜂窩式汽封因為是在汽封的長齒中間釬焊上蜂窩，齒的當量齒數(shù)成多倍增加，節(jié)流次數(shù)大大多于普通的梳齒式汽封。密封效果增加。b、 由于環(huán)形腔室被割裂成一個個蜂窩，蒸汽進入蜂窩后，進行回旋反沖，在軸表面形成強勁氣膜，大

17、大阻礙后部蒸汽前進，密封效果增強。c、 由于環(huán)形腔室內(nèi)一個個小蜂窩的存在，汽流熱能耗散加大，汽流動能轉(zhuǎn)化成熱能耗散，密封性增加。d、 由于蜂窩帶耐磨，蜂窩帶不會有迅速被磨的情況，間隙可以適當作小，密封性增強。2、 不會引起汽流激振，安全性高由于長齒間環(huán)形腔室被割裂成一個個小蜂窩，長齒間沒有大能量的環(huán)形氣流，不存在軸表面切向力不均的情況，有效抑制汽封流體激振，提高機組的運行穩(wěn)定性。 3、 不會出現(xiàn)掉臺和被拉彎的現(xiàn)象因為長齒間整個空間全部充滿蜂窩帶，不論是否操作不當脹差大等情況，蜂窩帶始終對著軸上的凸臺。更由于正六邊形結(jié)構(gòu)，蜂窩帶的剛度較大，不會被吹倒。而軸上凹槽永運不會碰到蜂窩帶，不存在象梳齒式汽封長齒那樣被拉彎的情況發(fā)生。4、 間隙可調(diào)安裝方