新型蜂窝式汽封在汽轮机传统汽封改造中的应用

谢 凡

（武钢股份能源动力总厂 湖北 武汉：430080）

1 传统梳齿式汽封存在的缺陷

为了减少汽轮机通流部位密封间隙的漏汽损失，提高机组效率和安全可靠性，通常都装有密封装置。这些密封装置根据所处汽轮机的不同部位分别称为轴端汽封、级间 （隔板 ）汽封和叶顶汽封。它们贯常的技术模式为梳齿式结构。可细分为迷宫式、斜齿式及镶嵌齿片式等。

梳齿式汽封由于加工工艺简单、价格低廉，一直使用近70年历史，但由于其结构模式、材质和加工工艺的固有缺陷，存在以下无法克服的弊端：

（1）梳齿式汽封的密封原理是通过多级节流膨胀以消耗汽流能量产生阻尼效果，从而达到减少蒸汽沿轴向间隙泄漏的目的，泄漏量较大，无法达到所要求的密封效果。

这种结构当机组启停过临界转速或机组异常情况时转子振动大，容易使汽封齿被磨损；若运行人员操作不当，会加大动静之间的磨损，使汽封短齿出现“掉台”、而长齿则会被拉弯而“倒伏”，密封间隙更大，所以这种密封形式容易产生机组运行一段时间后失去密封作用，而且梳齿被磨损的同时也造成转子轴径磨伤，甚至造成大轴弯曲。同时，由于密封效果不好或密封失效还常常伴随其它问题，如高压端蒸汽进入轴承箱油系统造成油中进水（有的油质乳化严重）；低压端空气进入汽轮机内，造成真空难保；级间或叶顶泄漏严重，造成汽轮机效率大大降低等。

（2）当汽封间隙出现不均时 （实际工作中很难避免 ），由于泄漏量较大，产生激振的能量也大，汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组安全运行。

（3）为确保机组运行安全，在检修过程中人为将汽封间隙放大以避免汽封齿与轴的碰磨。然而由于蒸汽的泄漏量与汽封间隙成正比，间隙增大必然导致机组漏气损失增加从而降低机组效率。

针对目前国内梳齿式汽封汽轮机组普遍存在的问题，采用了蜂窝式汽封技术对传统汽封进行了改造，取得了良好效果。

2 蜂窝式汽封技术

2.1 蜂窝式密封的结构

所谓蜂窝式密封，即密封环的内表面是由正六面体形状的蜂窝孔规则排列而成的蜂窝带构成。蜂窝带是由厚度仅为0.05mm－0.10mm的海斯特镍基耐高温合金薄板（Hastelloy－X）在特殊成型设备上制成的正六面体网格型材，再经特殊焊接设备而成的。根据密封环体尺寸制作而成的蜂窝带（见图1），在真空钎焊炉中通过真空钎焊技术被焊接在母体密封环上，继而形成了蜂窝式密封（见图2）。

2.2 蜂窝式密封的密封机理

蜂窝式密封由高齿和高齿间的蜂窝带或全部是蜂窝带组成。由于特殊的蜂窝腔室相当于蜂窝式密封的当量次数增加，节流膨胀次数增加，密封性能增加很多，当轴向漏汽通过蜂巢薄板和轴之间的间隙时，气体快速通过蜂窝板顶，形成节流膨胀，气体动能急剧减弱，泄漏势能迅速降低。

经过节流膨胀后的气体进入蜂窝密封腔室后，汽流进入各个小蜂窝格内时，增大了气流与蜂窝薄板的热交换面积，气体动能随热的散失也逐渐减弱。

进入蜂窝密封腔室内的气流必将充满一个个蜂窝状小孔中，而小孔之根部是与环体钎焊在一起的，没有去处。在蜂窝孔内扩散后膨胀反冲，在轴与蜂窝之间形成一段气膜，也有效阻止气体的泄漏。那积聚在小孔中的气体对迎头过来的气体必然产生强大的阻滞作用。这就是蜂窝式密封的密封机理。而且可以看出蜂窝式汽封比传统梳齿式汽封的密封原理更先进。

2.3 蜂窝式汽封的优点

正是由于蜂窝式汽封的耐磨性及特殊的结构模式，蜂窝汽封有以下优点：

（1）密封效果好、显著提高汽轮机组的效率

1）蜂窝式汽封因为是在汽封的长齿中间钎焊上蜂窝，齿的当量齿数成多倍增加，节流次数大大多于普通的梳齿式汽封。密封效果增加。

2）由于环形腔室被割裂成一个个蜂窝，蒸汽进入蜂窝后，进行回旋反冲，在轴表面形成强劲气膜，大大阻碍后部蒸汽前进，密封效果增强。

3）由于环形腔室内一个个小蜂窝的存在，气流热能耗散加大，气流动能转化成热能耗散，密封性增加。

4）由于蜂窝带耐磨，蜂窝带不会有迅速被磨的情况，间隙可以适当作小，密封性增强。

（2）不会引起气流激振，安全性高

由于长齿间环形腔室被割裂成一个个小蜂窝，长齿间没有大能量的环形气流，不存在轴表面切向力不均的情况，有效抑制汽封流体激振，提高机组的运行稳定性。

（3）不会出现掉台和被拉弯的现象

因为长齿间整个空间全部充满蜂窝带，不论是否操作不当胀差大等情况，蜂窝带始终对着轴上的凸台。更由于正六边形结构，蜂窝带的刚度较大，不会被吹倒。而轴上凹槽永运不会碰到蜂窝带，不存在象梳齿式汽封长齿那样被拉弯的情况发生。

（4）间隙可调安装方便

蜂窝汽封背弧处，有调整块和调整垫片，通过增加垫片可以调整汽封间隙，原汽封滑道不需作任何处理，方便快捷。

（5）寿命长、安全性强、对轴无伤害

（6）在叶顶处的蜂窝式汽封，蜂窝带的底部有疏水槽，水珠甩击后被蜂窝割裂在蜂窝内漫反射动能消失，然后顺槽底流到底部疏水口，对除湿和防止叶顶的水蚀有良好的作用。

3 新型蜂窝式汽封在汽轮机传统汽封改造中的应用

2010年，某能源总厂与成都爱迪电力设备有限公司合作，采用新型蜂窝式汽封对该厂冶炼电站1＃汽轮发电机汽封装置进行了改造，经二年时间的使用，获得良好效果。

3.1 改造设备的基本情况及主要性能参数

该设备于2008年7月投产使用，汽封装置采用传统梳齿式汽封结构，改造前运行的二年时间内，汽封漏气严重，实际真空度为83%，揭盖检修时发现该设备汽封装置已严重破损（见图3所示）。

设备的主要性能参数如下：

型号：C12－3.43／0.785

额定功率：12MW

额定主汽压力：3.43MPa

额定主汽温度：435℃

额定转速：3000r／min

一阶临界转速：1698r／min

额定排汽压力：0.0062MPa

3.2 设备改造前、后效果对比

（1）改造前、后汽封装置的损坏情况的比较见图3、图4所示。

图3、图4清晰显示，同样运行二年多时间，传统梳齿式汽封结构已严重破损，无法继续使用，而改造后的蜂窝式汽封完好无损。

（2）改造前、后汽封装置的主要性能指标的比较（见表1）。

表1 改造前、后汽封装置的主要性能指标的比较

4 结 论

梳齿式汽封是落后的技术，目前使用传统梳齿式汽封的汽轮机组存在的相关系列问题通过蜂窝式汽封技术的改造，均可迎刃而解，尤其节能非常可观，并且改造后可使机组运行综合性能有一个明显的提高，可使汽封的真空度明显提度，使用寿命延长2倍。

［1］胡念苏.汽轮机设备及系统［M］.北京：中国电力出版社，2006.

［2］丁加军.设备故障诊断与维修［M］.北京：机械工业出版社，2006.