蒸汽轮机新型汽封简介

张连杰， 贺睿， 黄揆， 冯雪

（1.哈电集团现代制造服务产业有限责任公司，哈尔滨150046；2.中国船舶重工集团公司第七〇三研究所，哈尔滨150078）

1 迷宫式汽封

目前被广泛应用于大、中、小型汽轮机的传统汽封主要为迷宫式汽封。迷宫式汽封中根据断面的形状不同，常用的有枞树型汽封和梳齿式汽封。其工作原理是迫使蒸汽通过曲折的路径，减弱其压力以减少漏汽或堵塞气体通过。其结构如图1所示。

图1 迷宫式汽封

1.1 迷宫式汽封优点

迷宫式汽封成本低、结构相对简单且安全可靠、安装简便，目前在电厂中应用比较广泛。

1.2 迷宫式汽封缺点

在汽轮机起停机过程中，转子一般振动较大，若迷宫式汽封径向安装间隙较小，迷宫式汽封齿很容易与轴发生碰磨产生大量热量，使转子局部过热，易造成漏气量增加，并可能导致转子弯曲。

2 侧齿迷宫汽封

侧齿迷宫汽封是一种概念型汽封形式（如图2所示），汽封间隙与传统汽封相同，在现有汽封齿上加工出1～2个侧齿和底齿，相当于在很有限的空间内部分增加了迷宫腔的摩阻效应，比传统汽封效果好一些，但由于侧齿和底齿的尺寸过小，所以对汽封效率提高十分有限。

3 布莱登汽封

图2 侧齿迷宫汽封

随着汽封技术的发展，又从美国引进一种新型可调式汽封-布莱登汽封。这种汽封可以使汽封间隙调到更小的0.35～0.45mm，运行中又可以避免转子过临界时振动过大而与汽封产生擦碰。布莱登汽封采取了不同于传统设计的结构，把四只螺旋弹簧加装在每圈汽封弧段端面处。汽封弧块在弹簧力作用下是处于远离转子张开状态的。随着机组启机，蒸汽作用于每圈汽封弧块背部的压力逐渐增大；当弹簧应力、摩擦阻力等被逐渐克服时，汽封弧块开始逐渐进入工作状态，并始终保持汽封弧块与转子的最小间隙；停机时蒸汽压力随着蒸汽流量的减少而减小，弹簧推动汽封弧块远离转子，使汽封弧块与转子的径向间隙达到最大值。布莱登汽封的出现解决了传统汽封在机组开、停机过程中转子临界振动过大以及因此而造成的汽封碰摩存在的问题。

3.1 布莱登汽封的结构形式

布莱登汽封的结构形式是在两个相邻汽封块的垂直断面安装螺旋弹簧，并在汽封块上加工出蒸汽槽，使蒸汽通入汽封块背部，采用传统的疏齿式汽封齿（如图3所示）。

图3 布莱登汽封

3.2 布莱登汽封使用中的问题

（1）在汽轮机起动和初始负荷阶段，汽轮机汽缸胀差较大。在弹簧作用下，汽封处于全开位置，此时通流间隙最大，汽封漏气量最大，转子加热快，如果汽缸加热滞后，汽轮机汽缸易出现较大的正胀差。

（2）运行汽封块不能完全合拢，原因包括布莱登汽封加工尺寸、弹簧质量以及安装工艺等方面，这就要求需要实施时严格把质量关和具有精湛的安装工艺。

（3）起停机时汽封块打不开。停机过程中汽封块打不开的原因是汽水品质差、通流积垢严重，造成了汽封块被卡死，打不开。再次起机时，因汽封打不开造成间隙较小而出现动静碰磨，损伤汽封齿和转子，并可能造成转子的振动。

4 蜂窝式汽封

所谓蜂窝式汽封，其结构是由小蜂窝孔状的规整的蜂巢形状的正六面体密封带状物在静子密封环的内表面上构成，其材料是在特殊成型设备上由海斯特镍基耐温薄板（厚度仅为0.05～0.10mm）制成的正六面体网格型材，再由特殊焊接设备焊接而成，根据密封环尺寸制成的蜂窝带通过真空钎焊技术在真空钎炉中焊接在母体汽封上，从而形成了蜂窝式汽封（如图4所示）。

4.1 蜂窝式汽封优点

图4 蜂窝汽封原理图

由于蜂窝汽封具有较宽的密封带，弥补了传统直形汽封低齿齿数只能布置很少（一般1～2齿）的缺点，但仍保留汽封高齿。蜂窝汽封这个特点就相当于增加了汽封齿数量，在运行时加大了汽流阻力，从而起到很好的密封效果。

4.2 蜂窝式汽封缺点

传统汽封的背部板弹簧结构仍用于蜂窝汽封退让结构，所以在安装时的间隙一般取汽封径向间隙设计值的上限值。但近年来由于用户及制造厂家希望通过蜂窝汽封改造取得更大的经济效益，在蜂窝汽封安装时采取过小的调整蜂窝间隙，会导致出现蜂窝与转子碰磨、多次起机振动及磨轴现象。

5 刷式汽封

刷式汽封其结构原理为：刷握式密封由前面板、后面板和夹装于两者之间的高密度的高温合金细金属丝组成的刷毛构成，刷毛沿转子旋转方向有一定的倾角，以吸引转子的径向偏移，形成闭合状态。刷握式汽封使介质泄漏主要发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，这些缝隙所形成的曲折路径保证了流体在其中流动的不均匀性，使流体产生自汽封效应，从而减少泄漏。其原理图如图5所示。

国内使用刷子汽封多为国产，其缺点主要有以下几方面：（1）刷子汽封在安装时，汽封间隙无法准确的测量；（2）因安装时对应的轴面未做硬化处理，如果安装间隙过小或过盈时，长期运行会导致磨轴；（3）由于刷丝密度很大，焊接工艺无法保证100%焊牢，因此运行中会出现掉丝的现象。脱落的刷丝在蒸汽系统内循环，会对阀门等精密设备产生研磨、损坏，不利于系统设备的稳定运行。

图5 刷式汽封原理图

6 结语

汽封间隙和运行安全始终是互相矛盾的。在安全可靠前提下尽量减小汽封间隙以提高效率，而在减小汽封间隙时要保证安全性。当今国内汽轮机组普遍采用的迷宫式汽封或蜂窝式汽封是关系到汽轮机效率与运行的重要环节，也是电厂节能减排的重要手段之一。

［1］ 王仲奇，秦仁.透平机械原理［M］.北京：机械工业出版社，1988.

［2］ 钱士辉，崔国栋，等.汽封对汽轮机组效率及性能的影响［J］.汽轮机技术，1998（2）：115-116.

［3］ 卫东波，张晓东，张钰.汽轮机新型汽封的应用和比较［J］.热力发电，2007（12）：65-68.