蒸汽輪機新型汽封簡介

張連杰， 賀睿， 黃揆， 馮雪

（1.哈電集團現代制造服務產業有限責任公司，哈爾濱150046；2.中國船舶重工集團公司第七〇三研究所，哈爾濱150078）

1 迷宮式汽封

目前被廣泛應用于大、中、小型汽輪機的傳統汽封主要為迷宮式汽封。迷宮式汽封中根據斷面的形狀不同，常用的有樅樹型汽封和梳齒式汽封。其工作原理是迫使蒸汽通過曲折的路徑，減弱其壓力以減少漏汽或堵塞氣體通過。其結構如圖1所示。

圖1 迷宮式汽封

1.1 迷宮式汽封優點

迷宮式汽封成本低、結構相對簡單且安全可靠、安裝簡便，目前在電廠中應用比較廣泛。

1.2 迷宮式汽封缺點

在汽輪機起停機過程中，轉子一般振動較大，若迷宮式汽封徑向安裝間隙較小，迷宮式汽封齒很容易與軸發生碰磨產生大量熱量，使轉子局部過熱，易造成漏氣量增加，并可能導致轉子彎曲。

2 側齒迷宮汽封

側齒迷宮汽封是一種概念型汽封形式（如圖2所示），汽封間隙與傳統汽封相同，在現有汽封齒上加工出1～2個側齒和底齒，相當于在很有限的空間內部分增加了迷宮腔的摩阻效應，比傳統汽封效果好一些，但由于側齒和底齒的尺寸過小，所以對汽封效率提高十分有限。

3 布萊登汽封

圖2 側齒迷宮汽封

隨著汽封技術的發展，又從美國引進一種新型可調式汽封-布萊登汽封。這種汽封可以使汽封間隙調到更小的0.35～0.45mm，運行中又可以避免轉子過臨界時振動過大而與汽封產生擦碰。布萊登汽封采取了不同于傳統設計的結構，把四只螺旋彈簧加裝在每圈汽封弧段端面處。汽封弧塊在彈簧力作用下是處于遠離轉子張開狀態的。隨著機組啟機，蒸汽作用于每圈汽封弧塊背部的壓力逐漸增大；當彈簧應力、摩擦阻力等被逐漸克服時，汽封弧塊開始逐漸進入工作狀態，并始終保持汽封弧塊與轉子的最小間隙；停機時蒸汽壓力隨著蒸汽流量的減少而減小，彈簧推動汽封弧塊遠離轉子，使汽封弧塊與轉子的徑向間隙達到最大值。布萊登汽封的出現解決了傳統汽封在機組開、停機過程中轉子臨界振動過大以及因此而造成的汽封碰摩存在的問題。

3.1 布萊登汽封的結構形式

布萊登汽封的結構形式是在兩個相鄰汽封塊的垂直斷面安裝螺旋彈簧，并在汽封塊上加工出蒸汽槽，使蒸汽通入汽封塊背部，采用傳統的疏齒式汽封齒（如圖3所示）。

圖3 布萊登汽封

3.2 布萊登汽封使用中的問題

（1）在汽輪機起動和初始負荷階段，汽輪機汽缸脹差較大。在彈簧作用下，汽封處于全開位置，此時通流間隙最大，汽封漏氣量最大，轉子加熱快，如果汽缸加熱滯后，汽輪機汽缸易出現較大的正脹差。

（2）運行汽封塊不能完全合攏，原因包括布萊登汽封加工尺寸、彈簧質量以及安裝工藝等方面，這就要求需要實施時嚴格把質量關和具有精湛的安裝工藝。

（3）起停機時汽封塊打不開。停機過程中汽封塊打不開的原因是汽水品質差、通流積垢嚴重，造成了汽封塊被卡死，打不開。再次起機時，因汽封打不開造成間隙較小而出現動靜碰磨，損傷汽封齒和轉子，并可能造成轉子的振動。

4 蜂窩式汽封

所謂蜂窩式汽封，其結構是由小蜂窩孔狀的規整的蜂巢形狀的正六面體密封帶狀物在靜子密封環的內表面上構成，其材料是在特殊成型設備上由海斯特鎳基耐溫薄板（厚度僅為0.05～0.10mm）制成的正六面體網格型材，再由特殊焊接設備焊接而成，根據密封環尺寸制成的蜂窩帶通過真空釬焊技術在真空釬爐中焊接在母體汽封上，從而形成了蜂窩式汽封（如圖4所示）。

4.1 蜂窩式汽封優點

圖4 蜂窩汽封原理圖

由于蜂窩汽封具有較寬的密封帶，彌補了傳統直形汽封低齒齒數只能布置很少（一般1～2齒）的缺點，但仍保留汽封高齒。蜂窩汽封這個特點就相當于增加了汽封齒數量，在運行時加大了汽流阻力，從而起到很好的密封效果。

4.2 蜂窩式汽封缺點

傳統汽封的背部板彈簧結構仍用于蜂窩汽封退讓結構，所以在安裝時的間隙一般取汽封徑向間隙設計值的上限值。但近年來由于用戶及制造廠家希望通過蜂窩汽封改造取得更大的經濟效益，在蜂窩汽封安裝時采取過小的調整蜂窩間隙，會導致出現蜂窩與轉子碰磨、多次起機振動及磨軸現象。

5 刷式汽封

刷式汽封其結構原理為：刷握式密封由前面板、后面板和夾裝于兩者之間的高密度的高溫合金細金屬絲組成的刷毛構成，刷毛沿轉子旋轉方向有一定的傾角，以吸引轉子的徑向偏移，形成閉合狀態。刷握式汽封使介質泄漏主要發生在密集排列的細金屬絲之間形成的微小縫隙中，這些縫隙所形成的曲折路徑保證了流體在其中流動的不均勻性，使流體產生自汽封效應，從而減少泄漏。其原理圖如圖5所示。

國內使用刷子汽封多為國產，其缺點主要有以下幾方面：（1）刷子汽封在安裝時，汽封間隙無法準確的測量；（2）因安裝時對應的軸面未做硬化處理，如果安裝間隙過小或過盈時，長期運行會導致磨軸；（3）由于刷絲密度很大，焊接工藝無法保證100%焊牢，因此運行中會出現掉絲的現象。脫落的刷絲在蒸汽系統內循環，會對閥門等精密設備產生研磨、損壞，不利于系統設備的穩定運行。

圖5 刷式汽封原理圖

6 結語

汽封間隙和運行安全始終是互相矛盾的。在安全可靠前提下盡量減小汽封間隙以提高效率，而在減小汽封間隙時要保證安全性。當今國內汽輪機組普遍采用的迷宮式汽封或蜂窩式汽封是關系到汽輪機效率與運行的重要環節，也是電廠節能減排的重要手段之一。

［1］ 王仲奇，秦仁.透平機械原理［M］.北京：機械工業出版社，1988.

［2］ 錢士輝，崔國棟，等.汽封對汽輪機組效率及性能的影響［J］.汽輪機技術，1998（2）：115-116.

［3］ 衛東波，張曉東，張鈺.汽輪機新型汽封的應用和比較［J］.熱力發電，2007（12）：65-68.