专利名称：应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片的制作方法
技术领域：
本发明属于热工领域，涉及回转式空气预热器结构，特别是一种应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片。
背景技术：
回转式空气预热器是利用锅炉尾部的烟气热量来加热空气的设备，利用烟气中的热量加热空气，使空气温度升高，排烟温度降低，减少了锅炉的排烟热量损失，同时空气被加热之后送入锅炉，使炉内燃料着火迅速，燃烧强烈完全，因而也减少了燃料的机械与化学不完全燃烧损失，提高锅炉效率。回转式预热器的工作原理是在进入高温烟气和低温空气的气流通路上设置一个大型转子作为物理热交换器，当转子旋转到高温侧时，从转子从烟气吸收热量，转子旋转到低温侧时，将热量传递给低温的空气。回转式空气预热器的高温气流通路和低温气流通路在转子处交汇，并且转子在工作时必须不停的旋转换热，不可避免的在高温侧和低温侧之间产生泄露气流，高温侧和低温侧的压力差更加剧了这种气流泄露。有效控制高温侧和低温侧之间的泄露面积是减少泄露量的关键。现有技术中回转式空气预热器的转动部分在径向采用多组密封片进行密封，各个密封片以转子轴心为几何中心在径向呈对称分布。但是在回转式空气预热器的运转过程中，锅炉产生的高温烟气温度可高达350摄氏度以上，转子在被高温烟气加热后发生蘑菇状形变，如图1至2所示，转子8在径向方向上远离转子轴心I的端部下垂，带动转子与密封定子2之间产生宽度递减的斜角形间隙3，距离转子轴心越远，间隙越大，靠近轴心，间隙越小。CN200920216427.X公开了一种弹簧控制的复合密封片，但并未解决对上述斜角形间隙的密封问题。
发明内容
为克服传统技术对转子受热产生蘑菇状形变造成的斜角形间隙封堵情况不理想，降低空气预热器工作效率的技术缺陷，本发明提供一种应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片。本发明所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，包括固定密封片和安装在固定密封片上的热双金属密封片组，所述热双金属密封片组包括多个热双金属密封片结构，所述热双金属密封片结构包括与固定密封片连接的膨胀部和安装在膨胀部上方的弹性密封部，所述膨胀部为与转子径向走向一致的条状TM18合金；常温下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度。优选的，各个热双金属密封片结构的膨胀部与固定密封片的连接位置位于固定密封片的不同高度上，各个膨胀部的长度随与转子轴心距离的增加而增加。优选的，各个热双金属密封片结构完全相同，且各个热双金属密封片结构的膨胀高度与转子轴心距离的增加而增加。优选的，所述膨胀部包括与密封部底部连接的至少两条长度不同的条状TM18合金，其中长度越短的条状TM18合金越靠近转子轴心。具体的，所述膨胀部有两条条状TM18合金。优选的，在常温下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度的高度差Y=B+C-A ;其中A为膨胀部的膨胀高度，B为相应位置的转子轴向变形量，C为防刮裕量，C为10-20毫米。进一步的，A=K*(AT_TG)，其中K为TM18合金自然膨胀比例系数，Λ T为膨胀前后温度差，TG为表征密封片重量的重力抵消温度。更进一步的，TG=60摄氏度。优选的，所述条状TM18合金包覆有隔热层。优选的，所述热双金属密封片组安装在固定密封片远离转子轴心的后半部。采用本发明所述的应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，采用复合式结构，热双金属密封片能够根据烟气温度的变化自动调整密封片高度，弥补转子由于受热产生蘑菇状变形增大的间隙，减小转子变形产生的漏风面积，能够有效的减少换热时的漏风，提闻换热效率。
图1示出空气预热器转子发生蘑菇状形变的示意 图2示出传统密封片在受热后被转子的蘑菇状形变拉动产生斜角形间隙的示意 图3示出本发明一种具体实施方式
未形变前的示意 图4示出本发明一种具体实施方式
形变后的示意 图5示出本发明中热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度的闻度差计算不意 图6示出本发明所述固定密封片和热双金属密封片结构的一种具体实施方式
示意图； 各图中附图标记名称为:1.转子轴心2.密封定子3.斜角形间隙4.传统密封片
5.固定密封片6.密封部7.膨胀部8.转子9.固定螺栓。
具体实施例方式下面结合附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细说明。空气预热器密封结构现有的传统密封片4安装在转子8上，在固定下与转子旋转平面保持一致，与密封定子尽量贴合，但又保证有一定间隙以使转子能旋转顺畅，该间隙过大则加大高温烟气与低温空气的漏气，间隙过小密封定子容易与密封片发生剐蹭。固定下该间隙与设计值一致，但回转式空气预热器的转子在受到高温烟气加热后，转子在轴向方向产生变形，转子的外缘下垂，如图2所示，传统密封片4与密封定子之间产生斜角形间隙3，漏气面积增加。本发明所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，包括固定密封片和安装在固定密封片上的热双金属密封片组。所述热双金属密封片组包括多个热双金属密封片结构，所述热双金属密封片结构包括与固定密封片连接的膨胀部和安装在膨胀部上方的弹性密封部，所述膨胀部为与转子径向走向一致的条状TM18合金；固定下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度。在空气预热器的初始运行阶段，转子未产生形变，高温侧与固定侧的密封依靠固定密封片阻挡漏气，随着温度增加，转子逐渐受热产生蘑菇状变形，远离轴心的边缘下垂，安装在转子上的固定密封片与密封定子之间产生漏气的斜角形间隙。安装在固定密封片上的热双金属密封片组由多个热双金属密封片结构组成，每个热双金属密封片结构包括膨胀部和弹性密封部，弹性密封部安装在膨胀部上方，膨胀部为条状TM18合金，随着空气预热器的温度上升，TM18合金受热变形膨胀，由于膨胀部的走向与转子径向走向一致，膨胀部产生的膨胀形变主要集中在转子轴向方向，使膨胀部向上拱起，安装在膨胀部上方的密封部的位置随之上移，如图所示，密封部上移后，弥补了转子蘑菇状变形后固定密封与密封定子之间的斜角形间隙，缩小了漏气面积。由于TM18合金的受热形快于转子的蘑菇状形变，因此常温下，热双金属密封片结构的密封部顶部高度必须低于固定密封片顶部高度，避免受热后，膨胀部快速膨胀使密封部冒出，与密封定子发生剐蹭。TM18合金是一种已知的双金属合金材料，在美国材料实验学会公布的ASTMB-388标准中，对TM18合金的材料的重量百分比组分做了如下规定:含镍19.4%，含碳0.5%，含铬
2.25%，其余成分为铁。转子受热发生蘑菇状形变时，距离转子轴心距离越远处下垂越明显，在距离转子轴心越远处间隙越大。因此为达到最佳的阻隔间隙效果，热双金属密封片在受热时，远离转子轴心处的膨胀部变形后的密封片高度应高于靠近转子轴心处的膨胀部变形后的密封片高度。为达到上述效果可采用两种解决方案，方案一为各个热双金属密封片结构的膨胀部与固定密封片的连接位置位于固定密封片的相同高度上，各个膨胀部的长度随与转子轴心距离的增加而增加。膨胀部的TM18合金在受热时，膨胀高度与膨胀部长度相关，膨胀部长度越长，受热膨胀高度越高，转子远离轴心处变形最大，因此远离轴心处的膨胀度长度较长，膨胀后高度较高，以适应远离轴心处的较大变形间隙。如图3，未变形前，各个热双金属密封片结构安装在固定密封片的相同高度，远离转子轴心的热双金属密封片结构的膨胀部长度较长；如相应的，在发生形变后，图4所示，远离转子轴心的热双金属密封片膨胀高度较高，使密封部升起高度较高，以封堵远离转子轴心处较宽的间隙，达到较佳的密封效果。方案二为各个热双金属密封片结构完全相同，即各个热双金属密封片结构的膨胀部长度相同，且各个热双金属密封片结构的膨胀部与固定密封片的连接位置的高度随与转子轴心距离的增加而增加。膨胀高度相同时，由于安装位置高度不同，远离轴心处的密封片能阻挡较大的变形间隙，起到较好的阻挡漏气效果。本发明所述热双金属密封片结构由膨胀部和弹性密封部组成，膨胀部可以是一条TM18合金，也可以是两条或两条以上的TM18合金，其中长度越短的条状TM18合金越靠近转子轴心。采用上述的热双金属密封片结构，当受热膨胀时，长度较长的TM18合金条膨胀高度较高，使密封片远离转子轴心一端升起高度较高，由于远离轴心处转子变形产生的间隙较宽，因此这种热双金属密封片结构能更好的阻挡漏气。最简单的实现方式是采用两条长度不同的TM18合金，分别连接在密封片的靠近转子轴心的下部前端和后端，其中连接在前端的TM18合金条较短。优选的，热双金属密封片组安装在固定密封片远离转子轴心的后半部，在实际中，转子的蘑菇状形变产生的斜角形间隙在转子的外围较大，内部靠近转子轴心处形变量很小，可以忽略不计，因此热双金属密封片组可以只安装在固定密封片远离转子轴心的后半部，例如只安装在径向方向半径的一半或者三分之一处，以降低成本。在带有本发明所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片的空气预热器运转过程中，转子以及密封片同时受热发生形变，由于材料和结构不同，转子的形变速度大大慢于密封片中TM18合金条的形变速度。如果TM18合金条产生的形变量大于同时期转子的形变量，使热双金属密封片结构的密封部超出冷双金属密封片高度，极可能与密封定子发生接触剐蹭，刮倒密封片，对转子内部结构造成破坏。由于固定密封片固定在转子上且材料的温度特性与转子的温度特性近似，可以近似认为固定密封片的形变与转子的形变一致。综合上述所述，在常温下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度应该低于固定密封片顶部高度，以高度差抵消转子和热双金属密封片结构产生形变的时间差，使TM18合金条在发生形变时，发生剐蹭要达到的形变量大于转子产生的形变量，从而达到同步弥补转子蘑菇型形变产生的间隙的效果。上述高度差的计算如图5所示，为清楚说明原理，图中仅画出本发明所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片的固定密封片和热双金属密封片的密封部的示意图，主要表示二者的高度关系。图5左半部分为发生形变前的固定密封片和热双金属密封片组的密封部高度关系，密封部的顶部与固定密封片的顶部高度差为Y。右半部分为受热后固定密封片和密封部的高度关系，由于转子产生蘑菇状形变，产生轴向变形量B，带动固定密封片向下产生位移距离B ;密封片的高度方向位移为D，D由膨胀部的膨胀高度A和相应位置的转子轴向变形量B两部分因素影响，即D=A-B。由图4可见，Y=D+C=A+C-B。其中C为防刮裕量，为防止受热后膨胀部膨胀过度引起密封部超过固定密封片高度过高与密封定子发生剐蹭，必须设置一定防刮裕量，优选的选取防刮裕量C为10至20毫米，最好为15毫米。转子的轴向变形量B与转子结构，材料和运转时的气流温度有关，可以通过计算或预先实验测量得到。膨胀部的膨胀高度A可以通过预先计算得出。通过测量得到A和B，并对防刮裕量根据经验和安装误差等进行定义，可以得到热双金属密封片结构的密封部顶部与固定密封片的顶部高度差。在实际计算过程中，上述膨胀高度A的计算需要考虑膨胀部膨胀时，密封片的重量对膨胀的影响。由于密封片安装在膨胀部的上部，密封片的自有重力垂直向下，与膨胀部的膨胀方向相反，对膨胀起遏制作用，根据现有对TM18合金材料的研究，可以近似的认为条状TM18合金在自然膨胀时，自然膨胀高度H与温度变化量AT呈正比，自然膨胀比例系数为K;即H=K* AT。发明人在对本发明所述热双金属密封片结构的研究过程中发现，在高温侧烟气温度为300至350摄氏度时，对A的计算可以采用下述近似关系式:A=K* ( Λ T-TG)。其中TG参数为表征密封片重量的重力抵消温度，用于对TM18合金膨胀的修正，表示了密封片重量对膨胀部膨胀高度的影响，在高温侧烟气温度为350摄氏度时，TG优选可以取60摄氏度，能较好体现密封片重量对膨胀高度的影响。
优选的，对作为膨胀部的条状TM18合金，外面可以包覆有隔热层，所述隔热层可以仅包覆在TM18合金的受热顶部，也可以包裹整个条状TM18合金，以取得最佳隔热效果，减缓TM18合金的形变速度。如图6示出本发明所述回转式空气预热器的自膨胀补偿密封片的一种具体实施方式
在转子径向截面的示意图，图6中顶部黑色粗箭头表示运行时的转子带动密封片的运动方向。固定密封片顶部有与密封片运动方向相反的倾角，以减小运行时的空气阻力，固定密封片5背风面安装有热双金属密封片结构，热双金属密封片结构的膨胀部7与固定密封片5下部连接，膨胀部上方固定有密封部6，密封部高度低于固定密封片高度，固定密封片和密封部可以采用304不锈钢制造。固定密封片，膨胀部和转子通过螺栓9固定连接在一起。采用本发明所述的回转式空气预热器的自膨胀补偿密封片，热双金属密封片能够根据烟气温度的变化自动调整密封片高度，弥补转子由于受热产生蘑菇状变形增大的间隙，减小转子变形广生的漏风面积，能够有效的减少换热时的漏风，提闻换热效率。进一步的，热双金属密封片结构采用不同的安装高度或不同的膨胀部TM合金长度，以适应蘑菇状形变产生的外大内小的斜角形间隙，起到更佳的密封效果。进一步的，热双金属密封片结构本身可以采用多条TM18合金组合作为膨胀部，使单个热双金属密封片结构在径向方向上产生不同的高度位移，更好的封堵斜角形间隙。进一步的，热双金属密封片结构与固定密封片的高度差需要考虑膨胀后的裕量，以避免膨胀后的密封部被定子刮倒。优选的，对该高度差的计算中，对密封片重量引起的膨胀部形变抵消可以近似选用60摄氏度，在达到较好实际效果的同时简化了计算过程。采用TM18合金的膨胀部可以用隔热材料包覆，以进一步延缓膨胀部的膨胀速度，避免密封片被刮倒。本发明在实际应用于300兆瓦和600兆瓦发电机组的空气预热器中，在保证机组运转正常的情况下，空气预热器的漏风率始终控制在3%以下，大大优于同类技术8 12%的技术水平，以600兆瓦机组为例，由于提高了密封效果，降低漏风率，每年可以节约标准煤3000吨左右，降低电能损耗360万度以上，直接经济效益可以达到每年400万元。同时由于漏风率降低，尾部烟气排放量减少，降低尾部排气净化成本，每年可减排烟气200万吨，取得巨大的环保效益。前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选实施方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表述发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍然以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
权利要求
1.应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，包括固定密封片(5)和安装在固定密封片上的热双金属密封片组，其特征在于: 所述热双金属密封片组包括多个热双金属密封片结构，所述热双金属密封片结构包括与固定密封片连接的膨胀部(7)和安装在膨胀部上方的弹性密封部(6)，所述膨胀部为与转子径向走向一致的条状TM18合金； 常温下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度。
2.如权利要求1所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:各个热双金属密封片结构的膨胀部(7)与固定密封片的连接位置位于固定密封片(5)的相同高度上，各个膨胀部的长度随与转子轴心(I)距离的增加而增加。
3.如权利要求1所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:各个热双金属密封片结构完全相同，且各个热双金属密封片结构的膨胀部与固定密封片的连接位置的高度随与转子轴心距离的增加而增加。
4.如权利要求1所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:所述膨胀部(7)包括与密封部(6)底部连接的至少两条长度不同的条状TM18合金，其中长度越短的条状TM18合金越靠近转子轴心(I)。
5.如权利要求4所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:所述膨胀部有两条条状TM18合金。
6.如权利要求1所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:在常温下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度的高度差 Y=B+C-A ； 其中A为膨胀部的膨胀高度，B为相应位置的转子轴向变形量，C为防刮裕量，C为10-20毫米。
7.如权利要求6所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于: A=K* ( Δ T-TG)，其中K为TM18合金自然膨胀比例系数，Δ T为膨胀前后温度差，TG为表征密封片重量的重力抵消温度。
8.如权利要求7所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:TG=60摄氏度。
9.如权利要求1所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:所述条状TM18合金包覆有隔热层。
10.如权利要求1所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，其特征在于:所述热双金属密封片组安装在固定密封片(5)远离转子轴心(I)的后半部。
全文摘要
应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，包括固定密封片和安装在固定密封片上的热双金属密封片组，所述热双金属密封片组包括多个热双金属密封片结构，所述热双金属密封片结构包括与固定密封片连接的膨胀部和安装在膨胀部上方的弹性密封部，所述膨胀部为与转子径向走向一致的条状TM18合金；常温下，所述热双金属密封片结构的密封部顶部高度低于固定密封片顶部高度。本发明所述应用于回转式空气预热器热端的自膨胀补偿密封片，采用复合式结构，弥补转子由于受热产生蘑菇状变形增大的间隙，减小转子变形产生的漏风面积，能够有效的减少换热时的漏风，提高换热效率。
文档编号F16J15/18GK103195929SQ201310150918
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月27日 优先权日2013年4月27日
发明者钱铁柱, 宋英强, 冯敏, 唐亦军 申请人:四川东能节能技术有限公司