新型汽封型式及应用探讨介绍.doc

新型汽封型式及应用探讨 一、汽封对汽轮机组安全经济运行的重要影响 汽轮机出现一百多年来，其技术理论已日趋完善，在现有的汽轮机技术理论，制造工艺和应用材料基础上，大幅度提高汽轮机内效率是不现实的，但是通过减小汽轮机汽封与转子动静配合间隙达到减少漏汽的目的，是提高汽轮机运行效率主要途径，尤其现代大容量高参数的汽轮机，间隙漏汽对汽轮机效率的影响更大。以国产引进型MW300机组为例，高中压间平衡环汽封实际运行间隙均在0.8mm以上，根据实验测得的数据，仅通过这部分汽封漏汽所造成的漏汽损失就使机组热耗增加60kJ/kWh以上，折合标准煤2克以上。因此减少汽封间隙漏汽对汽轮机效率的提高至关重要。 但是，汽轮机是高速旋转机械，在减少通流间隙漏汽（即汽封漏汽）的同时又要兼顾到机组动静碰磨的安全性，尽管机组运行中启机不畅，甚至造成重大弯轴重大事故得原因可能是多方面的，但是结果所反映出来的根本原因是由于动静碰磨所造成的，事故映出来的是动静间隙的问题。以MW200机组为例，80年代初期，弯轴现象时有发生，真对MW200机组的弯轴现象，90年原能源部下文要求电厂和将MW200机组前轴封部分汽封间隙调为1—1.2mm，以牺牲机组的经济性来保证安全性。 汽封兼顾着安全、经济的双重责任，所以人们一直在探求新的汽封结构型式，以解决既能够大幅度提高密封性能、又能满足机组安全运行这一长期困扰汽机专业人员的两难问题 二、汽封密封型式及原理 旋转机械所采用的密封形式均是被动形式，可分为接触式和非接触式两种。 接触式密封泄漏量最小，理论泄漏量为“0”， 应是理想的密封形式。但是，由于汽轮机是在高温高压状态下高速旋转机械设备，运行过程中要伴随缸体热梯度变形、启停过临界转速时振动增大进而产生旋转磨擦等现象，均会使接触式的密封体产生磨损，形成动态间隙，碰磨是绝对的，不磨是相对的，因此，汽轮机运行的动态过程中，转子与汽封是始终存有间隙的，即在汽轮机这种高速旋转设备上只存在有非接触的密封形式，所谓的接触式密封形式也只是相对于非接触式密封而言，间隙相对较小而已。 当前汽轮机组均采用疏齿式结构，如图1a)。 a) b) c) 图1 其结构特点为： a、汽封背部加装板簧，使汽封与转子发生碰磨时能产生退让，当碰磨消失后，汽封在板簧的作用下又回复到工作位置。 b、汽封上排列许多具有一定间隙“T”的齿，这些齿与转子表面存有一定的间隙“δ”，汽封齿与转子形成多个环形孔口，每两个环形孔口间形成一个环形汽室“A”。蒸汽由高压端（P1）汽室流向低压端（P2）汽室。 工作原理如下： 当蒸汽漏过汽封时，依次通过这些环形孔口和环形汽室。当蒸汽通过环形孔口时，由于通流面积变小，蒸汽流速增大，压力降低(如图1b)。当蒸汽进入环形汽室A时，通流面积突然变大，流速降低，汽流转向，产生涡流，蒸汽流速近似降到零；当压力P不变，蒸汽原来具有的动能转化为热能使焓值不变，蒸汽依次流过各时汽室不断膨胀，蒸汽密度不断减小，比容逐渐增大。全部孔口两侧压力差之和等于整段汽封所维持的总压差。 图1c)是曲径式汽封流动过程焓—熵图。根据连续公式，任何一个孔口的汽流速度必然比上游孔口的汽流速度大，比下游孔口小。又根据喷嘴流动的基本原理，孔口两侧的绝热降和相应的初压背压(Px-1/Px)之比也必定愈到下游愈增加，即(P0/P1)(P1/P2)(P2/P3)……。由于环形孔口都没有斜切部分的收缩喷嘴，所以最后一个孔口的汽流速度在任何情况下也不会大于临界速度，其漏汽流量相应的不会大于临界流量，任何其他孔口的汽流速度都永远小于当地音速。图1b)中的曲线246称为等流量曲线，或称芬诺曲线，每个漏汽量相对应有1条芬诺曲线。 若汽封初压和背压不变，间隙δ也不变，但孔口的数目减少，则每个孔口都处于较大的压差之下，最后的一个孔口汽流可能达到最大的临界流量，从而使漏汽量增加。 若孔口数目和背压不变，在某一个初压P0下，最后一个孔口汽流速度达到背压Px下的音速，这时对应一个临界流量和芬诺线；若提高初压到P01，则漏汽量就增加到另一个更大的临界值。此时，虽然汽封背压不变，但最后一个孔口的出口截面的压力已升高到Pz1 若环形汽室体积过小，蒸汽环形汽室不能充分膨胀，在汽封各孔口的汽流动能未能在各汽封环室中全部转化为热能，而是保留一部分带到各自下游的孔口，当总压力差和孔口数目及间隙都不变时，这段汽封的实际漏汽量必将有所增加。。 根据上述原理，疏齿式汽封的密封机理为：通过蒸汽经过“环形孔”和“环形汽室”反复节流膨胀过程，达到减少漏汽的目的。汽封间隙“δ”及“汽室”空间的大小，是汽封能否有效实现其性能的关键因素。 三、汽轮机组采用新型汽封进行改造的必要性