一种用于烟气轮机的气封组件和烟气轮机的制作方法

本公开涉及一种用于烟气轮机的气封组件和烟气轮机。

背景技术：

烟气轮机是催化裂化装置的重要节能设备，烟气轮机介质是含有催化剂粉尘颗粒的高温烟气，气封组件在高温下变形导致气封组件与转轴造成的动静摩擦一直是困扰烟气轮机运行的一个难题。目前烟气轮机的气封组件密封型式主要有两种：梳齿密封与蜂窝密封，梳齿密封优点在于催化剂不会在其中堆积，但是密封效果差，并且梳齿材质较硬，气封组件变形与转轴接触摩擦后会损伤转轴；另外一种是蜂窝密封，这是目前比较主流的一种密封型式。蜂窝密封密封效果好，并且与转轴接触后优先磨损蜂窝，不会损伤转轴，但是催化剂极易在蜂窝之中堆积导致密封失效。如附图1所示的为目前烟气轮机通用的一种蜂窝密封结构，密封气体实际上是从蜂窝密封的侧面吹入，沿轴向流动，蜂窝内部基本上没有气体流动，催化剂一旦在蜂窝之内堆积，就无法被密封气体吹出，随着运行时间增长，催化剂越堆越多，导致密封失效，这时就得停机检修，无法保证机组的长周期稳定运行。并且无论是梳齿密封还是蜂窝密封都要在轴向的宽度尺寸上预留密封气体吹入和排出的宽度，无法最大化有效利用轴向空间尺寸，密封效果无法实现最大化。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种用于烟气轮机的气封组件和烟气轮机，该气封密封效果更加优越且不易堆积催化剂颗粒。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供一种用于烟气轮机的气封组件，该气封组件包括固定连接的第一气封部和第二气封部；

所述第二气封部设置于所述第一气封部的空气侧；所述第二气封部的内端面向内侧延伸超出所述第一气封部的内端面；

所述第一气封部上开设有第一密封气流道和泄露气流道，所述密封气流道连通所述第一气封部的内侧和外侧，所述泄露气流道连通所述第一气封部的内侧和空气侧，所述第二气封部上开设有第二密封气流道，所述第二密封气流道连通所述第二气封部的空气侧和所述第一气封部的内侧；

所述第一气封部的内侧设有第一迷宫密封，所述第一迷宫密封沿轴向依次包括梳齿密封和第一蜂窝密封，所述第一蜂窝密封沿轴向依次包括进气段、密封段和抽气段，所述第一密封气流道通过所述进气段与所述第一气封部的内侧连通，所述泄露气流道通过所述抽气段与所述第一气封部的内侧连通；所述第二气封部的内侧设有第二迷宫密封。

可选地，所述第一气封部包括第一气封体和第一气封环，所述第一气封环设置于所述第一气封体的内侧，所述第一迷宫密封固定于所述第一气封环的内端面上；所述第一气封体开设有第一孔道、第一环形槽、第二孔道和第二环形槽；所述第一气封环包括环形的第一密封基体和开设于所述第一密封基体上的第三环形槽、第一方形槽组、第四环形槽和第二方形槽组；所述第一迷宫密封设置于所述第一密封基体的内侧；

所述第一孔道的第一端位于所述第一气封体的外端面上；所述第一孔道、所述第一环形槽、所述第三环形槽和所述第一方形槽组依次连通以形成为所述第一密封气流道；

所述第二孔道的第一端位于所述第一气封体的空气侧端面上；所述第二孔道、所述第二环形槽、所述第四环形槽和所述第二方形槽组依次连通以形成为所述泄露气流道；

可选地，所述第一环形槽和所述第二环形槽分别在垂直轴的平面内设置；所述第一孔道与径向成角度延伸，所述第二孔道沿轴向延伸。

可选地，所述第一方形槽组包括沿所述第一密封基体的圆周间隔分布的6～12个长方体形槽；所述第二方形槽组包括沿所述第一密封基体的圆周间隔分布的6～12个长方体形槽；

可选地，所述第一气封部还包括第一环形槽组和第二环形槽组，所述第一环形槽组和所述第二环形槽组分别包括多个沿轴向间隔设置的环形槽；

所述第一环形槽组设置于所述第一密封气流道的内端与所述第一蜂窝密封的进气段之间，以使所述第一密封气流道与所述第一蜂窝密封连通；所述第二环形槽组设置于所述泄露气流道的内端与所述第一蜂窝密封的抽气段之间，以使所述泄露气流道与所述第一蜂窝密封连通。

可选地，所述第一环形槽组包括6～12个轴向剖面为长方形的环形槽；所述第二环形槽组包括6～12个轴向剖面为长方形的环形槽。

可选地，所述第二气封部固定于所述第一气封部的空气侧端面上；

所述第二气封部包括第二气封体和第二气封环，所述第二气封环设置于所述第二气封体的内侧，所述第二迷宫密封设置于所述第二气封环的内侧；

所述第二气封体上设有沿轴向贯通的第三孔道，所述第二气封部与所述第一气封环的空气侧端面之间形成有间隙，所述第三孔道与所述间隙依次连通以形成所述第二密封气流道。

可选地，所述第二迷宫密封包括第二蜂窝密封。

本公开的第二方面提供一种烟气轮机，包括主轴和本公开第一方面所述的气封组件。

可选地，所述第一迷宫密封的内端面与所述主轴的表面之间具有第一环形空隙，所述第二迷宫密封的内端面与所述主轴的表面之间具有第二环形空隙，所述第二气封部远离空气侧的端面与所述主轴的表面之间具有第三环形空隙，所述第一环形空隙、所述第三环形空隙和所述第二环形空隙依次连通，以形成密封环隙，所述第一密封气流道、所述第二密封气流道和所述泄露气流道分别与所述密封环隙连通。

本公开的用于烟气轮机的气封组件包括采用梳齿密封与蜂窝密封组合形式的第一迷宫密封，在靠近烟气侧采用梳齿密封，保证催化剂颗粒不在该侧堆积；远离烟气侧采用径向流入+径向流出结构的蜂窝密封，保证密封效果，且密封气体顺着蜂窝吹扫，从结构上降低了蜂窝密封中堆积催化剂的可能性。采用本公开的气封结构能够有效增加密封段可利用的宽度尺寸，可以节省一部分空间，在同样的轴向尺寸下，密封效果更加优越；并且能够在保证密封效果的同时从结构上避免催化剂堆积，确保烟气轮机以及装置的长期稳定运行。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开的用于烟气轮机的气封组件的一种具体实施方式的剖面图；

图2是图1的局部放大图；

图3是本公开的用于烟气轮机的气封组件的一种具体实施方式的密封气体流动示意图；

图4是图3的局部放大图；

图5是本公开的用于烟气轮机的气封组件的一种具体实施方式的第一密封基体的三维示意图；

图6是本公开的用于烟气轮机的气封组件的另一种具体实施方式的第一密封基体的三维示意图；

图7是本公开的烟气轮机的一种具体实施方式的剖面图；

图8是现有的烟气轮机的汽封组件的剖面图。

附图标记说明

1：底座、2：进气壳体、3：静叶组件、4：过渡衬环、5：排气机壳、6：主轴、7：轴承系统、8：气封组件、9：第一气封体、10：第二气封体、11：第一气封环、12：第二气封环、13：第一迷宫密封、14：第一密封基体、15：第二迷宫密封、16：第二密封基体、17：梳齿密封、18：第一蜂窝密封、19：进气段、20：抽气段、21：密封段、22：第一孔道、23：第一环形槽、24：第二孔道、25：第二环形槽、26：第三孔道、27：第三环形槽、28：第一方形槽组、29：第一环形槽组、30：第四环形槽、31：第二方形槽组、32：第二环形槽组；

1’：第一密封气流道、2’：第二密封气流道、3’：蜂窝密封、4’：蜂窝密封、6’：泄露气流道、9’：第一气封体、10’：第二气封体、11’：第一气封环、12’：第二气封环。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词“轴向”“径向”是指烟气轮机在正常使用状态下的轴向和径向，使用的方位词如“内、外”是相对于主轴而言的，其中“内侧”是指沿径向靠近主轴的一侧，“外侧”是指沿径向远离主轴的一侧；“空气侧”是指沿轴向，远离被密封介质(即烟气)的一侧，“烟气侧”是指沿轴向，靠近被密封介质的一侧。

如图1和图2所示，本公开第一方面提供一种用于烟气轮机的气封组件，该气封组件包括固定连接的第一气封部和第二气封部；第二气封部设置于第一气封部的空气侧；第二气封部的内端面向内侧延伸超出第一气封部的内端面；第一气封部上开设有第一密封气流道和泄露气流道，密封气流道连通第一气封部的内侧和外侧，泄露气流道连通第一气封部的内侧和空气侧，第二气封部上开设有第二密封气流道，第二密封气流道连通第二气封部的空气侧和第一气封部的内侧；第一气封部的内侧设有第一迷宫密封13，第一迷宫密封13沿轴向依次包括梳齿密封17和第一蜂窝密封18，第一蜂窝密封18沿轴向依次包括进气段19、密封段21和抽气段20，第一密封气流道通过进气段19与第一气封部的内侧连通，泄露气流道通过抽气段20与第一气封部的内侧连通；第二气封部的内侧设有第二迷宫密封15。

本公开的用于烟气轮机的气封组件包括采用梳齿密封与蜂窝密封组合形式的第一迷宫密封，在靠近烟气侧采用梳齿密封，保证催化剂颗粒不在该侧堆积；远离烟气侧采用径向流入+径向流出结构的蜂窝密封，保证密封效果，且密封气体顺着蜂窝吹扫，从结构上降低了蜂窝密封中堆积催化剂的可能性。采用本公开的气封结构能够有效增加密封段可利用的宽度尺寸，可以节省一部分空间，在同样的轴向尺寸下，密封效果更好；并且能够在保证密封效果的同时从结构上避免催化剂堆积，确保烟气轮机以及装置的长期稳定运行。

根据本公开，第一迷宫密封的内端面形状可以与主轴的形状相匹配，只要保持第一迷宫密封的内端面(即靠近主轴表面的一侧)与主轴表面之间形成仅可供气流通过的缝隙即可，一种优选的实施方式中，如图1所示，第一迷宫密封中，梳齿密封17的内端面向内侧延伸超过第一蜂窝密封18的内端面，以使得气封组件与主轴装配后，第一蜂窝密封的内端面与主轴表面形成的缝隙间距大于梳齿密封的内端面与主轴表面形成的缝隙的间距，从而便于气体在第一蜂窝密封形成的缝隙处沿轴向移动。

在根据本公开的一种具体实施方式中，如图1所示，第一气封部可以包括第一气封体9和第一气封环11，第一气封环11可以设置于第一气封体9的内侧，第一迷宫密封13可以固定于第一气封环11的内端面上，以对第一气封部和主轴之间的空隙进行气封。

进一步地，第一气封体9可以开设有第一孔道22、第一环形槽23、第二孔道24和第二环形槽25；第一气封环11可以包括环形的第一密封基体14和开设于第一密封基体14上的第三环形槽27、第一方形槽组28、第四环形槽30和第二方形槽组；第一孔道22的第一端可以位于第一气封体9的外端面上；第一孔道22、第一环形槽23、第三环形槽27和第一方形槽组28依次连通以形成为第一密封气流道，以用于使第一种密封气体流入第一气封部内侧与主轴形成的空隙中；第二孔道24的第一端可以位于第一气封体9的空气侧端面上；第二孔道24、第二环形槽25、第四环形槽30和第二方形槽组31依次连通以形成为泄露气流道，以用于使第一种密封气体从第一气封部的内侧流出；第一密封气流道和泄露气流道可以在第一气封部内间隔设置，优选地，第一密封气流道靠近气封组件的烟气侧，即沿轴向靠近被密封介质的一侧；泄露气流道靠近气封组件的空气侧，即远离烟气(被密封介质)的一侧。更进一步地，第一气封体9和第一气封环11可以采用止口定位，以进一步提高定位准确性，确保第一密封气流道和泄露气流道通畅。

其中，第一迷宫密封13与第一气封环11的固定方式没有特别限制，例如通过插接的方式连接，在一种优选的实施方式中，梳齿密封17可以插入在第一密封基体14内端面上的槽中，第一蜂窝密封18可以焊接更优选通过钎焊在第一密封基体14内侧。

在本公开的一种具体实施方式中，为了便于第一密封气体从外侧进入第一气封部的内侧，第一环形槽23和第二环形槽25可以分别在垂直轴的平面内设置；进一步地，第一孔道22可以与径向成角度延伸，优选地，第一孔道22与径向的夹角可以为30～60°；，第二孔道24可以沿轴向延伸，以利于来自第一气封部内侧的泄露气向外排出。

进一步地，优选实施方式中，第一环形槽23和第二环形槽25的轴向剖面可以为矩形；在本公开的其他实施方式中，第一环形槽23和第二环形槽25的轴向剖面可以各自独立地为梯形、圆形、椭圆形或不规则形状。

在根据本公开的一种具体实施方式中，为了进一步保证气封效果、提高第一密封气的流动性，第一方形槽组28可以包括沿第一密封基体14的圆周间隔分布的6～12个、优选8～10个长方体形槽；第二方形槽组31包括沿第一密封基体14的圆周间隔分布的6～12个、优选8～10个长方体形槽。

为了进一步避免烟气中的催化剂颗粒在第一蜂窝密封中堆积，在本公开的一种实施方式中，如图1所示，第一气封部还可以包括第一环形槽组29和第二环形槽组32，第一环形槽组29和第二环形槽组32分别包括多个沿轴向间隔设置的环形槽；在这一实施方式中，第一环形槽组29设置于第一密封气流道的内端与第一蜂窝密封的进气段19之间，以使第一密封气流道与第一蜂窝密封18连通；第二环形槽组32设置于泄露气流道的内端与第一蜂窝密封的抽气段20之间，以使泄露气流道与第一蜂窝密封18连通，以进一步加强从第一密封气流道流入的气体对第一蜂窝密封18的进气段和抽气段的吹扫作用。

进一步地，第一环形槽组29优选包括6～12个、更优选8～10个环形槽，该环形槽的轴向剖面优选为长方形；第二环形槽组32优选包括6～12个、更优选8～10个环形槽，该环形槽的轴向剖面优选为长方形。

在根据本公开的一种具体实施方式中，第二气封部固定于第一气封部的空气侧端面上；固定方式没有特别限制，优选采用螺栓联接。

进一步地，第二气封部可以包括第二气封体10和第二气封环12，第二气封环12设置于第二气封体10的内侧，第二气封环12可以包括环形的第二密封基体16和第二迷宫密封15；第二迷宫密封15可以设置于第二气封环12的内侧，即设置于第二气封基体的内端面上；在这一实施方式中，第二气封体10可以固定于第一气封体9的空气侧端面上。

一种实施方式中，为了便于向气封组件与主轴的空隙内引入第二密封气体，第二气封体10上可以设有沿轴向贯通的第三孔道26，第二气封部与第一气封环11的空气侧端面之间可以形成有间隙，以通过与该间隙连通的第三孔道26而形成第二密封气流道。

在根据本公开的一种具体实施方式中，第二迷宫密封15可以包括第二蜂窝密封，优选地，第二迷宫密封15为第二蜂窝密封，以进一步提高密封性。本公开的其他实施方式中，第二迷宫密封可以为梳齿密封。

根据本公开，密封结构的材质没有特别要求，优选地，第一蜂窝密封和第二蜂窝密封的材料各自为镍基合金，梳齿密封的材料为不锈钢片。

如图7所示，本公开第二方面提供一种烟气轮机，包括主轴6和本公开第一方面的气封组件8。

在本公开的一种具体实施方式中，第一迷宫密封13的内端面与主轴6的表面之间可以具有第一环形空隙，第二迷宫密封15的内端面与主轴6的表面之间可以具有第二环形空隙，第二气封部远离空气侧的端面与主轴6的表面之间可以具有第三环形空隙，第一环形空隙、第三环形空隙和第二环形空隙可以依次连通，以形成密封环隙，第一密封气流道、第二密封气流道和泄露气流道可以分别与密封环隙连通，以分别形成第一密封气体和第二密封气体的流动通路。

如图3和图4所示，一种实施方式中，本公开的气封组件中气体的流向可以包括：

第一密封气体从第一孔道22中流入，并均匀分布到第一环形槽23中，然后依次流经第三环形槽27、第一方形槽组28，沿径向方向顺第一环形槽组29向内流入第一蜂窝密18与轴的密封面，一部分第一密封气体沿轴向经过依次蜂窝密封的进气段19、梳齿密封17流入轮盘后侧，对烟气进行密封；另外一部分第一密封气体混合从烟气侧泄露的少量烟气，沿轴向依次经过蜂窝密封的进气段19、密封段21和抽气段20，与部分第二密封气体混合作为泄露气沿径向方向顺第二环形槽组32向外流出，然后依次流过第二方形槽组31、第四环形槽30、第二环形槽25，最终从第二孔道孔24中流出。

第二密封气体从第三孔道26流入，一部分第二密封气体向烟气侧流动与部分第一密封气体混合后沿径向方向第二顺环形槽组32向外流出，然后依次流过第二方形槽组31、第四环形槽30和第二环形槽25，最终从第二孔道孔24中流出；另一部分第二密封气体向空气侧流动沿第二迷宫密封15流动最终排入大气。

下面通过实施例来进一步说明本公开，但是本公开并不因此而受到任何限制。

实施例

采用如图1～7所示的一种烟气轮机用气封结构，其中烟气轮机为轴向或径向进气并且径向向上或向下排气的结构，包括底座1、进气壳体2、静叶组件3、过渡衬环4、排气机壳5、主轴6、轴承系统7以及气封组件8，其中气封组件8包括第一气封部和第二气封部组成，第一气封部包括第一气封体9、第一气封环11，第二气封部包括第二气封体10、第二气封环12，其中第一气封环11包括第一迷宫密封13和第一密封基体14组成，第二气封环12包括第二迷宫密封15和第二密封基体16。

第一迷宫密封13为梳齿密封17+第一蜂窝密封18的组合形式，第一蜂窝密封18分成进气段19、抽气段20、封密封段21，进气段19一侧密封气体沿蜂窝密封的流向为径向流入+轴向扩散，抽气段20气流沿蜂窝密封的流向为轴向扩散+径向流出。

底座1采用碳钢组焊结构，用于支承进气壳体2、排气机壳5以及轴承系统7，进气壳体2和排气机壳5之间装配过渡衬环4，过渡衬环4与进气壳体2的配合面以止口定位，螺栓连接固定，过渡衬环4与排气机壳5的配合面以止口定位，螺栓连接固定，静叶组件3用螺栓紧固在进气壳体2尾部，气封组件8用螺栓和排气机壳5连接固定，第一气封体9与第二气封体10采用螺栓联接，第一气封体9与第一气封环11之间采用止口定位，第二气封体10与第二气封环12之间采用止口定位，梳齿密封17插入在第一密封基体14的槽中，第一蜂窝密封18钎焊在第一密封基体14上，第二迷宫密封15为蜂窝密封，钎焊在第二密封基体16上。蜂窝密封材质为镍基合金，梳齿密封材质为不锈钢片；

第一气封体9在靠近被密封介质的一侧即烟气侧形成第一孔道22并设有第一环形槽23，第一密封气体从第一孔道22流入；第一密封气体为蒸汽；第一气封体9在远离被密封介质的一侧即空气侧形成第二孔道24并设有第二环形槽25，部分泄露气体从第二孔道24流出；第二气封体10在空气侧形成第三孔道26，第二密封气体从第三孔道26流入；第二密封气体为净化风；

第一密封基体14在第一蜂窝密封的进气段19对应位置设置第三环形槽27、第一方形槽组28和第一环形槽组29；第一密封基体14在第一蜂窝密封的抽气段20对应位置设置第四环形槽30、第二方形槽组31和第二环形槽组32；第一方形槽组28为沿圆周均匀分布的一组长方体形状的开槽，数量为8个；第一环形槽组29为沿轴向均匀分布的一组长方体形状的开槽，数量为9个；

第一密封气体从第一孔道22中流入，并均匀分布到第一环形槽23中，然后依次流经第三环形槽27、第一方形槽组28，沿径向方向顺第一环形槽组29向内流入第一蜂窝密封18与轴的密封面，一部分第一密封气体沿轴向依次经过第一蜂窝密封的进气段19、梳齿密封17流入轮盘后侧，对烟气进行密封；

另外一部分第一密封气体混合从烟气侧泄露的少量烟气，沿轴向依次经过第一蜂窝密封的进气段19、密封段21、抽气段20，与部分第二密封气体混合沿径向方向顺第二环形槽组32向外流出，然后依次流过第二方形槽组31、第四环形槽30、第二环形槽25，最终从第二孔道24中流出。

第二密封气体从第三孔道26流入，一部分第二密封气体向烟气侧流动与部分第一密封气体混合后沿径向方向第二顺环形槽组32向外流出，然后依次流过第二方形槽组31、第四环形槽30、第二环形槽25，最终从第二孔道24中流出；另一部分第二密封气体向空气侧流动沿第二迷宫密封15流动最终排入大气。

采用本公开的烟气轮机用气封组件，密封段能够利用的宽度尺寸明显加长，可以节省一部分空间，在同样的轴向尺寸下，密封效果更加优越。在增强密封效果的同时从结构上避免催化剂堆积，能够保证烟气轮机以及装置的长期稳定运行。

对比例1

如图8所示的现有气封组件，该组件包括第一气封体9’、第一气封环11’、第二气封体10’和第二气封环12’，第一气封体9’和第一气封环11’内部开设有第一密封气流道1’和第二密封气流道2’，第一气封环11’的内侧设有蜂窝密封3’；第二气封体10’和第二气封环12’内部开设有泄露气流道6’，且第二气封环12’内侧设有蜂窝密封4’。

采用本公开的烟气轮机用气封组件，密封段能够利用的宽度尺寸明显加长，可以节省一部分空间，与如图1所示的现有气封组件相比，本公开的气封组件在同样的轴向尺寸下密封段宽度增加30％～60％，密封效果更加优越。在增强密封效果的同时从结构上避免催化剂堆积，密封有效运行的时间比现有技术可以增加30％～60％，能够保证烟气轮机以及装置的长期稳定运行。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。