一种应用于空预器热端的热补偿密封装置及其安装结构的制作方法

本发明涉及一种应用于空预器热端的热补偿密封装置及其安装结构，属于空预器密封领域。

背景技术：

回转式空预器是一种应用于大型燃煤电站锅炉的热交换设备，它利用锅炉烟气的热量来加热燃烧所需的空气，以此来提高锅炉的效率。空预器转子由冷态到热态，由于上、下两端面温度不同以及钢材受热后刚性的减弱，产生“蘑菇状”变形，传统刚性密封片通过螺栓分段固定在转子隔板上，随着转子隔板的变形，漏风间隙也随之改变。基于转子“蘑菇状”变形的机理，轴向及冷端径向位置预留合适的冷态间隙，热态时动静配合间隙便趋于零；热端径向位置虽然冷态预留间隙很小，但热态时会形成较大的三角漏风区域。

为减小上述三角漏风区域面积、降低空预器漏风率，目前工程上一般采取两种技术路线：一是国内三大主机厂家(东锅、哈锅和上锅)所配备的扇形板自动跟踪系统(简称lcs)；二是近些年发展起来的柔性密封技术。

不难理解，这实际上体现了一个问题的两个方面：空预器密封问题是密封片与扇形板的配合问题，密封片自动贴紧扇形板和扇形板自动跟踪密封片均可实现减少漏风的目的。但这两种方案在工程应用中又都存在问题：受恶劣工况(高温、粉尘等)、检修质量、管理水平等多种因素的影响，绝大多数电厂lcs系统都不能正常投运或者投运效果不理想。全球领先的回转式空预器供应商howden一直未在空预器上配套lcs，也从侧面说明此技术还需要进一步完善。而传统柔性密封技术更是暴露出磨损过快、结构不可靠、间隙补偿量不足等问题，根本无法满足工程要求。

总之，热端径向三角漏风区域的漏风问题一直未得到彻底解决，而且随着机组向大容量方向发展，空预器转子直径不断增大，若不采取措施，热端径向三角漏风区域的漏风份额越来越大。如采用传统刚性密封片且热端扇形板不可调时，300mw机组热端径向最外缘间隙超10mm，600mw机组超25mm，1000mw机组间隙在50mm左右。600mw及以上机组所配备的空预器热端径向三角漏风占总漏风量的50％以上，往烟气侧的绝对漏风量也超3％，一次风漏风率则可能超过30％。

技术实现要素：

为了解决现有技术中热端径向三角漏风区域的漏风问题，本发明提供一种应用于空预器热端的热补偿密封装置及其安装结构。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种应用于空预器热端的热补偿密封装置，包括第一密封片和第二密封片；第一密封片和第二密封片均为长条状；第一密封片上沿长度方向设有两条以上的第一膨胀缝隙，第一膨胀缝隙的长度方向与第一密封片的长度方向垂直，第二密封片上沿长度方向设有两条以上的第二膨胀缝隙，第二膨胀缝隙的长度方向与第二密封片的长度方向垂直；第一密封片和第二密封片相互贴合在在一起、且第一密封片和第二密封片的长度方向一致，第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙呈错开式分布；第一密封片和第二密封片宽度方向上的一端为固定端、另一端为自由端，第一密封片的固定端和第二密封片的固定端齐端设置，第一密封片的自由端超出第二密封片的自由端，第一密封片的固定端和第二密封片的固定端通过点焊固定连接；第一密封片和第二密封片的热膨胀系数不同。

第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙呈错开式分布，也即二者不重叠、是错开的。

相比于不开设膨胀缝隙的密封片而言，本申请通过第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙的设置，加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长，且第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙呈错开式分布，更好地确保了受力、形变和恢复的均匀性；若不开设膨胀缝隙，在受热膨胀时为硬拉，不仅形变量小，且不利于完全恢复，冷热交替的重复性相对较差，形变稳定性差，使用寿命较短。且本申请只要求第一密封片和第二密封片的热膨胀系数不同即可，无需特别要求具体是第一密封片的膨胀系数大还是第二密封片的膨胀系数大，二者只要存在热膨胀系数差值，均可在密封装置长度方向上一端完全固定连接、另一端非完全固定连接的前提下，实现受热后非完全固定连接端的向上翘曲变形。

为了提高密封装置的形变稳定性，第一密封片的固定端和第二密封片的固定端相互贴合、且每隔10-50cm采用点焊固定连接。

为了便于安装，同时便于密封装置沿空预器转子径向呈悬臂梁结构，第一密封片与第二密封片上均沿长度方向开设有两个以上的腰型孔，第一密封片上的腰型孔与第二密封片上的腰型孔数量相等、位置相同，第一密封片上腰型孔的长度方向与第一密封片的宽度方向一致，第二密封片上腰型孔的长度方向与第二密封片的宽度方向一致。腰型孔用于安置和调节。第一密封片上的腰型孔与第二密封片上的腰型孔位置相同，指第一密封片的腰型孔与第二密封片的腰型孔位置相对、且重叠。这样将第一密封片与第二密封片长度方向上的一端采用固定螺栓组件加焊接的方式完全固定连接，另一端采用固定螺栓组件方式非完全固定连接，固定螺栓组件中的安装螺栓同时穿过第一密封片与第二密封片的腰型孔，且第一密封片与第二密封片的腰型孔的长度大于安装螺栓的外径，即可形成密封装置沿空预器转子径向的悬臂梁结构，也即在非完全固定连接一端，第一密封片与第二密封片是有一定的活动空间的。

为了进一步提高密封装置的形变稳定性和形变能力，同时增强冷热交替的重复性，第一密封片上腰型孔的上下两端均设有与腰型孔贯通的第一膨胀缝隙。腰型孔上端到下端的方向也即腰型孔的长度方向。

为了避免上述密封装置受热变形时与扇形板碰磨造成转子驱动电流增加，同时为了防止密封装置受压变形损坏，第一密封片的自由端沿长度方向设有两条以上的分隔缝隙，分隔缝隙的长度方向与第一密封片的宽度方向一致，分隔缝隙与第一密封片自由端的边缘贯通。优选，第一密封片自由端沿长度方向每间隔10-50cm开设有一条分隔缝隙，分隔缝隙长度一般为10-20mm，分隔缝隙宽度一般不大于1mm，从而分段吸收某一位置碰磨造成的压力变形。

为了兼顾强度和稳定性的要求，腰型孔上端的第一膨胀缝隙的长度为腰型孔上端到第一密封片自由端端部距离的1/2～5/6，优选为2/3，腰型孔下端的第一膨胀缝隙与第一密封片固定端边缘贯通。

为了进一步提高密封装置的形变稳定性和形变能力，同时增强冷热交替的重复性，第二密封片上相邻两个腰型孔的之间的固定端设置有第二膨胀缝隙，第二膨胀缝隙与第二密封片固定端的边缘贯通。进一步优选，第二膨胀缝隙开设在相邻两个腰型孔的中间位置。第二膨胀缝隙的长度为第二密封片宽度的1/2～5/6，更优选为2/3。

申请人经研究发现，上述第一密封片与第二密封片的热膨胀系数差以及点焊固定位置，会显著影响密封装置非完全固定连接端受热后向上的翘曲量，从而对本发明一种应用于空预器热端的热补偿密封装置的使用效果产生显著影响。优选，第一密封片的固定端和第二密封片的固定端，每两个腰型孔的中间位置均通过点焊固定连接；所有点焊连接点均位于同一直线上。第一密封片的热膨胀系数比第二密封片的热膨胀系数大或小20～60％。

为了兼顾密封性和形变稳定性等性能，第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙的宽度均不大于1mm。

本申请密封装置的第一密封片结构形式不作具体限定，可以是直片，折弯片或者波纹片。优选，密封装置的第一密封片为折弯片。为了避免碰磨，进一步优选，第一密封片超出第二密封片的自由端端部呈20～30°折弯。也即第一密封片超出第二密封片的自由端端部设有偏离了第一密封片宽度方向20～30°的折边。

上述应用于空预器热端的热补偿密封装置的安装结构，第一密封片和第二密封片的固定端安装在空预器转子径向隔板上，应用于空预器热端的热补偿密封装置与空预器的热端扇形板组成密封副；第一密封片和第二密封片的长度方向均与空预器转子径向长度一致；为了实现密封片基本不跟随转子发生“蘑菇状”变形的目的，第一密封片和第二密封片的长度方向靠近空预器转子中心的一端与空预器转子径向隔板完全固定连接，第一密封片和第二密封片的长度方向远离空预器转子中心的一端与空预器转子径向隔板非完全固定连接，也即允许密封装置非完全固定连接端相对热端径向隔板有一定的滑移距离，热端径向隔板上，空预器热端热补偿密封装置沿空预器转子径向呈悬臂梁结构。

本申请密封片与空预器转子径向隔板的完全固定连接，指密封片与空预器转子径向隔板固定在一起，相互之间不会有滑移；密封片与空预器转子径向隔板的非完全固定连接，指密封片与空预器转子径向隔板虽然固定在一起，但相互之间可以有一定的滑移。

本申请第一密封片和第二密封片的热膨胀系数不同，也即受热后二者的膨胀量不同，受热后膨胀量大的一方会通过点焊固定把膨胀驱动力传递给另一方；由于点焊固定点设在密封装置宽度方向下端(固定端)，因此密封片膨胀端在较大热应力作用下受到压应力；而密封装置安装于空预器热端径向隔板上，密封片一端为固定连接、另一端为非完全固定连接，受热后密封装置整体将会在非完全固定连接一端向上翘曲变形，呈现出与转子隔板变形呈相反的趋势(由于转子隔板上下受热不均和受热后刚性减弱，隔板有往下耷拉的趋势，而密封装置在两密封片不同膨胀量的作用下有向上翘曲的趋势)，以消除空预器传统的三角漏风区域，显著降低空预器漏风率。

申请人经研究发现，空预器从冷态至热态，转子发生“蘑菇状”变形，实质是转子隔板发生了变形(热端隔板的上边沿与扇形板密封面的间距变大)，而本申请的密封装置按上述特征安装就位后，几乎不随隔板变形(密封装置自由端与扇形板密封面的间隙几乎不变)，因此可消除空预器传统的三角漏风区域，显著降低空预器漏风率，且相比其他的密封技术，本申请具有成本低、可靠性高、密封性能好的综合优势。

为进一步提高密封间隙控制的稳定性，避免设计和安装过程中误差导致密封装置受热后与扇形板碰磨，安装时保证上述热补偿密封装置的上端面与空预器热端扇形板之间预留1-15mm间隙。

第一密封片和第二密封片的固定端也即热胀侧；第一密封片和第二密封片的自由端也即密封侧。

为了保证上述密封装置靠近空预器转子中心筒的一端与热端径向隔板完全固定连接，优选，第一密封片和第二密封片的长度方向靠近空预器转子中心筒的一端与热端径向隔板采用固定螺栓组件加焊接的方式完全固定连接。

作为一种优选的实施方案，第一密封片和第二密封片的长度方向远离空预器转子中心的一端与空预器转子径向隔板采用固定螺栓组件方式非完全固定连接，固定螺栓组件中的安装螺栓同时穿过第一密封片与第二密封片的腰型孔，且第一密封片与第二密封片的腰型孔的长度大于安装螺栓的外径，这样可形成第一密封片和第二密封片在冷热变形中相对空预器转子径向隔板有一定的滑移。前述腰型孔的长度方向与第一密封片和第二密封片的宽度方向一致。

上述固定螺栓组件包括安装螺栓、安装垫片、安装缓冲板和安装压板，安装垫片和安装缓冲板均分别有两片；安装螺栓依次穿过安装垫片、空预器转子径向隔板、安装缓冲板、第一密封片的腰型孔、第二密封片的腰型孔、安装缓冲板、安装压板和安装垫片，并通过螺母固定。也即密封装置两侧均设有缓冲板，整体采用安装压板及螺栓垫片锁紧，不同的螺栓垫片组件，安装时预紧力设定要一致。申请人经研究发现，仅悬臂结构，受热后由于强度下降，加上隔板变形所带来的静摩擦力作用，密封片还会显著往下耷拉，为保证密封装置在受热时的相对滑移量，需要减小密封装置与转子安装隔板及压板之间的摩擦力，优选在热端热补偿密封装置两侧加装缓冲板。缓冲板优选材质为耐高温的云母板，厚度为2-3mm。

对于每一径向隔板，上述空预器热端热补偿密封装置均为一整体，沿转子径向不允许分段，但为了加工和搬运方便，允许分段结构现场焊接后重新成为一个整体。

传统的密封装置固定是通过多个螺栓组件夹紧实现的，当转子发生蘑菇状变形时，密封片也随之变形，导致漏风间隙的产生，而本发明仅固定靠近中心筒的一端(传统密封装置为方便运输和安装，沿着径向是分段的，一般1米多一段，而本发明必须沿着径向是整体的，长度会达到4米以上)，中心筒一端是悬臂的固定点，转子变形时另一端不随之变形或存在与热端径向隔板变形相反的趋势。

本申请中上下、左右、顶端、底端等方位词均指装置正常使用状态下的相对位置。

本发明未特别限定的技术均为现有技术。

本发明应用于空预器热端的热补偿密封装置，可消除空预器传统的三角漏风区域，显著降低空预器漏风率；通过第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙的设置，加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长，且第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙呈错开式分布，更好地确保了受力、形变和恢复的均匀性；具有成本低、可靠性高、密封性能好、使用寿命长等综合优势；进一步，通过分隔缝隙的设置，防止了密封装置受压变形损坏。

附图说明

图1为本发明实施例空预器热端热补偿密封装置的安装截面示意图。

图2为本发明实施例空预器热端热补偿密封装置的结构截面示意图。

图3为图2的右视图。

图4为本发明实施例空预器热端热补偿密封装置的第一密封片结构示意图。

图5为本发明实施例空预器热端热补偿密封装置的第二密封片结构示意图。

图6为本发明实施例空预器热端热补偿密封装置的整体安装图。

图中，1为第一密封片，10为密封装置点焊固连点，11为第一密封片上的分隔缝隙，12为第一膨胀缝隙，13为第一密封片的折弯线，2为第二密封片，21为第二膨胀缝隙，3为安装压板，4为安装垫片，5为安装螺栓组件，6为安装缓冲板，7为转子热端隔板，71为密封装置固定端焊接点，8为空预器热端扇形板，9为腰型孔。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图2-3所示，一种应用于空预器热端的热补偿密封装置，包括第一密封片和第二密封片；如图4-5所示，第一密封片和第二密封片均为长条状；第一密封片上沿长度方向设有两条以上的第一膨胀缝隙，第一膨胀缝隙的长度方向与第一密封片的长度方向垂直，第二密封片上沿长度方向设有两条以上的第二膨胀缝隙，第二膨胀缝隙的长度方向与第二密封片的长度方向垂直；第一密封片和第二密封片相互贴合在在一起、且第一密封片和第二密封片的长度方向一致，第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙呈错开式分布；第一密封片和第二密封片宽度方向上的一端为固定端、另一端为自由端，如图2所示，第一密封片的固定端和第二密封片的固定端齐端设置，第一密封片的自由端超出第二密封片的自由端，第一密封片的固定端和第二密封片的固定端每隔30cm(经实践，也可取15cm、20cm、40cm或50cm等)采用点焊固定连接；第一密封片和第二密封片的热膨胀系数不同。

实施例2

在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：为了便于安装，同时便于密封装置沿空预器转子径向呈悬臂梁结构，第一密封片与第二密封片上均沿长度方向开设有两个以上的腰型孔，第一密封片上的腰型孔与第二密封片上的腰型孔数量相等、位置相同，第一密封片上腰型孔的长度方向与第一密封片的宽度方向一致，第二密封片上腰型孔的长度方向与第二密封片的宽度方向一致。

实施例3

在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：为了进一步提高密封装置的形变稳定性和形变能力，同时增强冷热交替的重复性，如图4所示，第一密封片上腰型孔长度方向的上下两端均设有与腰型孔贯通的第一膨胀缝隙。为了兼顾强度和稳定性的要求，腰型孔上端的第一膨胀缝隙的长度为腰型孔上端到第一密封片自由端端部距离的2/3，腰型孔下端的第一膨胀缝隙与第一密封片固定端边缘贯通。如图5所示，第二密封片上相邻两个腰型孔的之间的固定端设置有第二膨胀缝隙，第二膨胀缝隙与第二密封片固定端的边缘贯通。第二膨胀缝隙开设在相邻两个腰型孔的中间位置。第二膨胀缝隙的长度为第二密封片宽度的2/3。第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙的宽度均不大于1mm。

为了避免上述密封装置受热变形时与扇形板碰磨造成转子驱动电流增加，同时为了防止密封装置受压变形损坏，第一密封片的自由端沿长度方向设有两条以上的分隔缝隙，分隔缝隙的长度方向与第一密封片的宽度方向一致，分隔缝隙与第一密封片自由端的边缘贯通。第一密封片自由端沿长度方向每间隔30cm(经实践，也可取15cm、20cm、40cm或50cm等)开设有一条分隔缝隙，分隔缝隙长度一般为15mm(经实践，也可取10mm或20mm等)，分隔缝隙宽度不大于1mm，从而分段吸收某一位置碰磨造成的压力变形。

实施例4

在实施例3的基础上，进一步作了如下改进：第一密封片的固定端和第二密封片的固定端，每两个腰型孔的中间位置均通过点焊固定连接；所有点焊连接点均位于同一直线上。第一密封片的热膨胀系数比第二密封片的热膨胀系数大或小约25％(经实践，也可取30％、40％、50％或60％等)。如图1所示，第一密封片超出第二密封片的自由端距离端部15mm(经实践，也可取10mm或20mm等)的位置呈约为30°的折弯。

上述应用于空预器热端的热补偿密封装置的安装结构，第一密封片和第二密封片的固定端安装在空预器转子径向隔板上，应用于空预器热端的热补偿密封装置与空预器的热端扇形板组成密封副；第一密封片和第二密封片的长度方向均与空预器转子径向长度一致；为了实现密封片基本不跟随转子发生“蘑菇状”变形的目的，第一密封片和第二密封片的长度方向靠近空预器转子中心的一端与空预器转子径向隔板完全固定连接，第一密封片和第二密封片的长度方向远离空预器转子中心的一端与空预器转子径向隔板非完全固定连接，也即允许密封装置非完全固定连接端相对热端径向隔板有一定的滑移距离，热端径向隔板上，空预器热端热补偿密封装置沿空预器转子径向呈悬臂梁结构。

为进一步提高密封间隙控制的稳定性，避免设计和安装过程中误差导致密封装置受热后与扇形板碰磨，安装时保证上述热补偿密封装置的上端面与空预器热端扇形板之间预留1-15mm间隙。

为了保证上述密封装置靠近空预器转子中心筒的一端与热端径向隔板完全固定连接，第一密封片和第二密封片的长度方向靠近空预器转子中心筒的一端与热端径向隔板采用固定螺栓组件加焊接的方式完全固定连接。第一密封片和第二密封片的长度方向远离空预器转子中心的一端与空预器转子径向隔板采用固定螺栓组件方式非完全固定连接，固定螺栓组件中的安装螺栓同时穿过第一密封片与第二密封片的腰型孔，且第一密封片与第二密封片的腰型孔的长度大于安装螺栓的外径，这样可形成第一密封片和第二密封片在冷热变形中相对空预器转子径向隔板有一定的滑移。前述腰型孔的长度方向与第一密封片和第二密封片的宽度方向一致。

如图1所示，上述固定螺栓组件包括安装螺栓、安装垫片、安装缓冲板和安装压板，安装垫片和安装缓冲板均分别有两片；安装螺栓依次穿过安装垫片、空预器转子径向隔板、安装缓冲板、第一密封片的腰型孔、第二密封片的腰型孔、安装缓冲板、安装压板和安装垫片，并通过螺母固定。缓冲板材质为耐高温的云母板，厚度为2.5mm。

经实践验证，上述第一密封片和第二密封片的热膨胀系数不同，也即受热后二者的膨胀量不同，受热后膨胀量大的一方会通过点焊固定把膨胀驱动力传递给另一方；由于点焊固定点设在密封装置宽度方向下端(固定端)，因此密封片膨胀端在较大热应力作用下受到压应力；而密封装置安装于空预器热端径向隔板上，密封片一端为固定连接、另一端为非完全固定连接，受热后密封装置整体将会在非完全固定连接一端向上翘曲变形，呈现出与转子隔板变形呈相反的趋势(由于转子隔板上下受热不均和受热后刚性减弱，隔板有往下耷拉的趋势，而密封装置在两密封片不同膨胀量的作用下有向上翘曲的趋势)，以消除空预器传统的三角漏风区域，显著降低空预器漏风率；通过第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙的设置，加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长，且第一膨胀缝隙和第二膨胀缝隙呈错开式分布，更好地确保了受力、形变和恢复的均匀性；具有成本低、可靠性高、密封性能好、使用寿命长等综合优势；进一步，通过分隔缝隙的设置，防止了密封装置受压变形损坏。

经实践，上述各例的热补偿密封装置：热变形补偿量大，达60mm以上，满足应用于1000mw机组上配置的超大型空预器；热变形稳定性好，重复性强，即使经过1000次以上冷态与热态交变(每次启停机过程为一次冷态与热态交变过程)，初始设计热变形量偏差也不超过10％。