一种可轴向退让的汽轮机汽封结构及其工作方法与流程

本发明涉及汽轮机汽封技术领域，具体地讲，涉及一种可轴向退让的汽轮机汽封结构及其工作方法。

背景技术：

汽轮机汽封是装在汽缸、隔板等静止部件上的、以减小汽轮机旋转部件和静止部件之间漏汽的装置，在减小漏汽的同时，还需要兼顾不发生动静摩擦，这就需要选择合适的汽封安装间隙。

传统梳齿式迷宫汽封因其汽封成本低、结构简单、安全可靠且易于安装而被广泛应用于大、中、小型汽轮机，传统梳齿式迷宫汽封安装时径向间隙一般为0.60~0.80mm，根据转子不同情况，有时间隙更大，其密封效果较差，汽封漏汽量比设计值大，高中、低压缸效率降低。

汽轮机机组在起停机过程中过临界转速时，转子振幅可能较大，若汽封径向安装间隙较小，汽封齿很容易磨损，进一步地，汽封齿磨损导致轴封漏汽量较大，蒸汽对轴的加热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏。另外汽封齿与转轴发生碰磨时，瞬间产生大量热量，造成转轴局部过热，甚至可能导致大轴弯曲，所以在机组检修时，一般把汽封径向间隙调大，以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性，而且曲径汽封环形腔室的不均匀性，是产生汽流激振的重要原因，而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组的安全运行。

此外，汽轮机机组启动（或停机）中，由于蒸汽对汽缸和转子加热（或冷却）程度不同以及汽缸和转子本身膨胀（或收缩）特点不同，导致启动中胀差较大，如果期间滑销系统故障、汽封漏汽量大、推力轴承工作不正常等，则会进一步增大胀差，较大的胀差可能导致汽封齿与转轴的轴向间隙消失，而现有技术中的汽封环在轴向方向是不可退让的，从而导致轴向碰磨，给机组运行带来安全隐患，且轴向碰磨易造成汽封齿倒伏，不利于密封，鉴于此，授权公告号为cn205578042u的专利：一种刷子密封组件，公开了一种采用刷束代替传统刚性汽封齿的汽封结构，当刷束和转子发生碰磨时可以随意退让，刷束的使用可以使汽封和转子之间的间隙做的更小，密封效果好，但是，此种结构的汽封在使用一段时间后，刷束磨损严重，需要经常更换，使用寿命短。

因此，有必要对现有的汽封结构进行改进和优化。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述不足，而提供一种设计合理、结构简单、汽封环在轴向可退让的汽封结构，并给出其工作方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种可轴向退让的汽轮机汽封结构，包括汽封体、汽封环和转子，所述汽封环位于汽封体和转子之间，所述汽封体内设置有汽封体槽，其特征在于：所述汽封环是由两个构造相同的半汽封环呈左右对称地、通过铰链结构连接而成，所述铰链结构安装在两个半汽封环的顶面上，半汽封环绕铰链结构可转动；两个半汽封环的上部设置有台肩，台肩安装在汽封体槽内，台肩的顶面与汽封体槽的顶壁面通过一弹性部件连接；两个半汽封环的的下部端面上设置有汽封齿，汽封齿与转子之间保持一定间隙，所述汽封齿为弧形曲齿。

优选的，所述弹性部件采用弹簧，弹簧由具有一定弹性系数的材料制成，弹簧的两端与台肩的顶面以及汽封体槽的顶壁面的固定方式采用栓头螺柱或者焊接，当然也可采用其他固定方式，只要保证稳固可靠即可。

优选的，所述弹性部件能随温度变化而相应地膨胀或收缩。

优选的，所述铰链结构包括两个搭片，两个搭片通过铰柱铰接在一起，两个搭片分别连接两个半汽封环。

优选的，所述搭片上开设铰孔，铰孔内设置紧固件，利用紧固件将搭片和半汽封环固定在一起，紧固件选用螺钉。

优选的，六块汽封环组成对转子进行一圈汽封的整圈汽封。

优选的，所述汽封齿的材质为铁素体不锈钢，具有与转子摩擦时产生热量小的优点，不易发生弯轴现象。

本发明还提供了一种可轴向退让的汽轮机汽封结构的工作方法，具体为：

当机组在冷态启动过程中，蒸汽参数较低，弹性部件处于收缩状态，汽封环的台肩顶面与汽封体槽的顶壁面之间的间隙处于较小值状态，从而使汽封齿与转子间隙处于较大状态，从而在启动过转子临界转速时，存在较大的转轴振动下，也能避免发生动静碰磨；

当机组在正常带负荷运行中，弹性部件的温度随着蒸汽温度升高而升高，随后弹性部件膨胀，汽封环的台肩顶面与汽封体槽的顶壁面之间的间隙增大，汽封齿与转子的间隙减小，从而减小蒸汽泄漏，实现良好密封；

当机组启动（或停机）时，由于蒸汽对汽缸和加热（或冷却）程度不同以及汽缸和转子本身膨胀（或收缩）特点不同，导致启动中胀差较大，胀差较大从而导致轴向碰磨，此时两个半汽封环在推力作用下，绕铰柱分别向左右两侧旋转，进行轴向退让，避免或减轻轴向碰磨，当轴向碰磨消失后，两个半汽封环在自身重力下进行复位，随后使汽封齿与转子的间隙处于较小值状态。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、利用能随蒸汽温度变化而发生膨胀或收缩的弹性部件实现了汽封环的径向移动，一方面确保了当机组在冷态启动过程中，汽封齿与转子的间隙处于较大状态，从而在启动过转子临界转速时，存在较大的转轴振动下，也能避免发生动静碰磨，另一方面确保了当机组在正常带负荷运行中，汽封齿与转子的间隙减小，从而减小蒸汽泄漏，实现良好密封；

2、汽封环一分为二的设计：采用两个半汽封环组成一个汽封环，半汽封环转动设置，从而进行轴向退让，当机组启动（或停机）时，半汽封环的轴向退让避免或减轻了因胀差较大导致的轴向碰磨；

3、汽封齿设计为弧形曲齿，当汽封齿受到转子的斜向推力f时，该f沿水平和竖直方向分解后的力分别为f2、f1，水平方向的分力f2使得汽封齿沿水平方向向左或向右移动，汽封齿连带汽封环向两边位移，增大汽封齿与转轴之间间隙，减小碰磨压力和热量；竖直方向的分力f1通过汽封齿将力传递到汽封环，再传递到弹性部件上，使弹性部件受压，从而增加汽封齿与转子的间隙，减弱碰磨。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的结构示意图。

图2是本发明实施例中铰链结构的示意图。

图3是本发明实施例中位于右边的半汽封环上的汽封齿的受力分析图。

附图标记说明：汽封体1、汽封体槽11、汽封环2、台肩21、弹性部件3、汽封齿4、转子5、铰链结构6、搭片61、铰孔7、铰柱8。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图3。

本实施例为一种可轴向退让的汽轮机汽封结构，包括汽封体1、汽封环2和转子5。汽封环2位于汽封体1和转子5之间，六块汽封环2组成对转子5进行一圈汽封的整圈汽封，汽封体1内设置有汽封体槽11。

本实施例中，汽封环2是由两个构造相同的半汽封环呈左右对称地、通过铰链结构6连接而成，铰链结构6安装在两个半汽封环的顶面上，半汽封环绕铰链结构6可转动。具体的，铰链结构6包括两个搭片61，两个搭片61通过铰柱8铰接在一起，两个搭片61分别连接两个半汽封环。搭片61上开设铰孔7，铰孔7内设置紧固件，利用紧固件将搭片61和半汽封环固定在一起，紧固件可选用螺钉等，保证连接可靠即可。

本实施例中，两个半汽封环的上部设置有台肩21，台肩21安装在汽封体槽11内，台肩21的顶面与汽封体槽11的顶壁面通过一弹性部件3连接；弹性部件3采用弹簧，弹簧由具有一定弹性系数的材料制成，能随温度变化而相应地膨胀或收缩。弹簧的两端与台肩21的顶面以及汽封体槽11的顶壁面的固定方式采用栓头螺柱或者焊接，当然也可采用其他固定方式，只要保证稳固可靠即可。

本实施例中，两个半汽封环的的下部端面上设置有汽封齿4，选用铁素体不锈钢制作汽封齿4，使汽封齿4与转子摩擦时产生的热量小，且不易发生弯轴现象。汽封齿4与转子5之间保持一定间隙，另外，汽封齿4设计为弧形曲齿，弧形曲齿能使汽封齿4受到转子的推力变为斜向推力，如图3所示，位于右边的半汽封环上的汽封齿当受到转子的斜向推力f，该f沿水平和竖直方向分解后的力分别为f2、f1，水平方向的分力f2使得汽封齿沿水平方向向右移动，汽封齿连带该半汽封环向右位移，进行轴向退让，增大汽封齿与转子之间间隙，减小碰磨压力和热量；竖直方向的分力f1通过汽封齿将力传递到该半汽封环，再传递到弹性部件上，使弹性部件受压，从而增加汽封齿与转子的间隙，减弱碰磨；相应的，位于左边的半汽封环上的汽封齿当受到转子的斜向推力时，该斜向推力水平方向的分力使得汽封齿沿水平方向向左移动，汽封齿连带该半汽封环向左位移，进行轴向退让。

本实施例中，可轴向退让的汽轮机汽封结构的工作方法，具体为：

当机组在冷态启动过程中，蒸汽参数较低，弹性部件3处于收缩状态，汽封环2的台肩21顶面与汽封体槽11的顶壁面之间的间隙处于较小值状态，从而使汽封齿4与转子5的间隙处于较大状态，从而在启动过转子临界转速时，即使存在较大的转轴振动下，也能避免发生动静碰磨，不但避免了汽封齿4不被磨损，保证汽封在机组后续正常运行中能发挥较好的密封作用，同时避免了动静摩擦和对转轴的磨损，增加机组启动中的安全性；

当机组在正常带负荷运行中，弹性部件3的温度随着蒸汽温度升高而升高，随后弹性部件3膨胀，汽封环2的台肩21顶面与汽封体槽11的顶壁面之间的间隙增大，汽封齿4与转子5的间隙减小，从而减小蒸汽泄漏，实现良好密封；

当机组启动或停机时，由于蒸汽对汽缸和加热或冷却程度不同以及汽缸和转子本身膨胀或收缩特点不同，导致启动中胀差较大，如果期间滑销系统故障、汽封漏汽量大、推力轴承工作不正常等，则会进一步增大胀差，胀差较大导致汽封齿与转子的轴向间隙消失，从而导致轴向碰磨，此时两个半汽封环在推力作用下，绕铰柱8分别向左右两侧旋转，进行轴向退让，避免或减轻轴向碰磨，当轴向碰磨消失后，两个半汽封环在自身重力下进行复位，随后使汽封齿4与转子5的间隙处于较小值状态。

本实施例中，利用能随蒸汽温度变化而发生膨胀或收缩的弹性部件实现了汽封环的径向移动，一方面确保了当机组在冷态启动过程中，汽封齿与转子的间隙处于较大状态，从而在启动过转子临界转速时，存在较大的转轴振动下，也能避免发生动静碰磨，另一方面确保了当机组在正常带负荷运行中，汽封齿与转子的间隙减小，从而减小蒸汽泄漏，实现良好密封；汽封环一分为二的设计：采用两个半汽封环组成一个汽封环，半汽封环转动设置，从而进行轴向退让，当机组启动或停机时，半汽封环的轴向退让避免或减轻了因胀差较大导致的轴向碰磨。

对于传统的梳齿密封，如果汽封齿与转子间隙较小，则易导致汽封齿与转轴之间的碰磨，碰磨产生大量热量，不均衡分布在转子上，从而形成温差，导致转子热弯曲，热弯曲的产生会进一步导致振动的增大，振动的增大进一步导致碰磨，形成恶性循环，而本实施例中，弹性部件3和铰链结构6使汽封齿与转子之间保持一定的弹性间隙，即使极端情况下发生碰磨，也能大大降低摩擦压力和减少摩擦热量。另外，传统的梳齿密封为了保证机组安全运行，则调大汽封齿与转轴之间的间隙，以牺牲机组的经济性来获得机组的安全运行，但是在较大的蒸汽泄漏下，不仅造成能源的损失，而且泄漏的高压蒸汽可能进入轴承箱，污染润滑油，油中带水，影响润滑油的性能，油质的恶化自然会导致影响机组的振动甚至烧瓦等事故，给机组安全运行带来很大隐患，而本实施例能在保持较小的弹性间隙下运行，解决了传统梳齿密封牺牲经济性的问题，并且有效减小蒸汽泄漏量。

曲径汽封环形腔室的不均匀性，是产生汽流激振的重要原因，而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生对机组的安全运行有很大影响，本实施例中，由于弹性部件3和铰链结构6的作用，当汽封齿随着弹性部件或铰链结构上下左右位移时，可使得汽封齿4与转子5形成的环形腔室内汽体压力相对一致，则可减小或避免现有技术中存在的问题。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例说明。凡依据本发明专利构思的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。