CN102022543A

CN102022543A - 一种波纹式弹性密封及回转式空气预热器密封装置

Info

Publication number: CN102022543A
Application number: CN2010105710649A
Authority: CN
Inventors: 王庆峰
Original assignee: Beijing University of Chemical Technology
Current assignee: Beijing University of Chemical Technology
Priority date: 2010-11-26
Filing date: 2010-11-26
Publication date: 2011-04-20

Abstract

本发明公开了一种波纹式弹性密封及回转式空气预热器密封装置，属于热交换设备技术领域。该波纹式弹性密封包括耐磨端(13)、弹性元件(14)、固定端(15)和螺栓孔(16)，其中的弹性元件为具有波纹形状的弹性钢片，耐磨端是用耐热钢板夹紧弹性元件的摩擦部位而成，固定端是用耐热钢板夹紧弹性元件固定部位而成。可用于回转式空气预热器的密封装置，则是将上述波纹式弹性密封分别安装于仓隔板冷热端径向、仓隔板轴向、转子冷热端内缘环向、外壳冷热端边缘，与扇形板、弧形板、转子角钢相配合形成密封。通过采用本发明所公开的弹性密封及弹性密封装置，可使密封满足转子蘑菇状变形、转子偏心、制造误差等原因造成的密封间隙无规律变化。

Description

一种波纹式弹性密封及回转式空气预热器密封装置

技术领域

本发明属于热交换设备技术领域，具体涉及一种回转式空气预热器的密封装置，属于火力发电厂锅炉机组热交换设备的关键部件。本发明同样适用于烟气脱硫和脱氮系统中的回转式烟气加热器。

背景技术

回转式空气预热器是利用锅炉排烟的热量来预热空气的热交换设备，一般安装在电站燃煤锅炉尾部的垂直烟道中。回转式空气预热器存在较为严重的漏风问题，主要原因是：由于回转式空气预热器的转动部分与静止部分之间有间隙，回转式空气预热器的空气侧与烟气侧之间有相当大的压差，因此正压的空气就会通过回转式空气预热器动、静部分之间的间隙漏入负压的烟气之中；同时，转子随温度变化发生不规则的蘑菇状变形以及转子偏心、制造误差等原因，引起密封与密封面之间的间隙过大。

密封装置是解决回转式空气预热器漏风问题的重要部件，根据转子上的安装位置分为径向密封、轴向密封和环向密封(包括内缘环向密封和外缘环向密封)。但回转式空气预热器原有的密封装置是密封直板，由于弹性较差、预留间隙过大，不能很好地密封，使漏风加大。解决漏风问题主要是从回转式空气预热器的结构着手，较为常见的密封解决方案是采用非接触式密封装置，如间隙控制系统和双密封技术，已在目前大部分回转式空气预热器中广泛使用，但由于仍然存在密封间隙，漏风较大，不能进一步地解决回转式空气预热器的漏风问题。

接触式密封装置是解决回转式空气预热器漏风问题的发展方向，也是本领域的研究热点。合页式弹簧密封和刷式密封是目前较为常见的接触式密封装置，但都存在一些不足：合页式弹簧密封存在高温工况下合页易咬死、弹簧易失效、密封易磨损等问题；刷式密封存在刷毛制造困难、易磨损折断、有漏风缝隙、无法满足使用寿命要求等问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种回转式空气预热器的波纹式弹性密封装置，具有结构简单、安装方便、全面密封、有效降低漏风、密封效果好、使用寿命长的优点，以求达到减少回转式空气预热器漏风的目的。

为此，本发明提供了一种波纹式弹性密封，包括耐磨端13、弹性元件14、固定端15和螺栓孔16，其中的弹性元件14为具有波纹形状的弹性钢片，耐磨端13是用耐热钢板夹紧弹性元件14的摩擦部位而成，固定端15是用耐热钢板夹紧弹性元件14固定部位而成，在固定端15上设置有用于将波纹式弹性密封固定于支撑位置的螺栓孔16。

上述的波纹式弹性密封的耐磨端可以沿转子的旋转方向呈钝角倾斜，以减少对密封的磨损。波纹式弹性密封各部分均选择特殊金属材料，适用于高温、高粉尘的锅炉工况。在密封耐磨端可以加装耐磨耐高温的刷毛，使密封更好地适应凸凹不同的密封面。

上述的波纹式弹性密封波纹型式包括U型和V型及其衍变型式。发明人研究认为，弹性元件的波纹数目、波纹宽度、波纹深度、弹性钢片的厚度和长度对波纹式弹性密封的弹性有显著影响，其中，波纹数目、波纹宽度、波纹深度、弹性钢片长度的增加对波纹式弹性密封的弹性有增强作用，弹性钢片的厚度的增加对波纹式弹性密封的弹性有减弱作用。根据密封空间、工况、密封材料等因素酌情选取型弹性元件的波纹数目、波纹宽度、波纹深度、弹性钢片的厚度和长度。波纹数目一般为1波、2波、3波、4波、5波及以上，波纹可以在同侧，也可以在异侧，也可酌情选定。波纹宽度一般为5mm、10mm、15mm、20mm，也可酌情选定。波纹深度一般为5mm、10mm、15mm、20mm，也可酌情选定。弹性钢片厚度一般为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm、1mm，也可酌情选定。弹性钢片长度一般为20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm、100mm，也可酌情选定。

此外，本发明还提供了一种使用上述弹性密封、可用于回转式空气预热器的密封装置，包括径向波纹式弹性密封21、轴向波纹式弹性密封22、内缘环向波纹式弹性密封23、热端外缘环向波纹式弹性密封24、冷端外缘环向波纹式弹性密封25，其中的径向波纹式弹性密封21安装在回转式空气预热器每个仓隔板的冷热两端与扇形板相适应的径向边缘，轴向波纹式弹性密封22安装在回转式空气预热器每个仓隔板与弧形板相适应的轴向边缘，内缘环向波纹式弹性密封23安装在回转式空气预热器转子的冷热端内缘与扇形板相适应的环向边缘，热端外缘环向波纹式弹性密封24安装在回转式空气预热器外壳的热端边缘与转子角铁相对应的环向边缘，冷端外缘环向波纹式弹性密封25安装在回转式空气预热器外壳的冷端边缘与转子角铁相对应的环向边缘；这些径向波纹式弹性密封21、轴向波纹式弹性密封22、内缘环向波纹式弹性密封23、热端外缘环向波纹式弹性密封24、冷端外缘环向波纹式弹性密封25均为前述的波纹式弹性密封18，且这些波纹式弹性密封的耐磨端13分别与扇形板、弧形板和转子角铁始终接触，保持间隙为零，且留有过盈量。通过维持适当的弹力，保持在密封和密封面之间绝对的接触，防止密封从开口处泄漏；波纹状几何设计和密封材料的弹性功能，使密封不断地自我调整，以适应回转式空气预热器因转子蘑菇状变形、转子偏心、制造误差等因素造成的密封间隙无规律变化；在高温下，波纹状结构具有类似膨胀节的热膨胀功能；通过消除密封和密封面之间的间隙，空气预热器空气侧和烟气侧之间的泄漏大幅度地减少；利用现有的支撑部件和螺栓孔，将密封固定在原有密封的位置上，通过恰当的密封安装和调整，保证在密封与密封面之间维持适当的力和间隙；在密封固定部位加装固定钢片，增强密封的强度；在与密封面接触的密封摩擦部位加装耐磨钢片，进行防磨损的处理、延长使用寿命；不需要对回转式空气预热器进行修改。

上述的波纹式弹性密封装置可以单独使用，也可以与间隙控制系统和双密封技术等非接触式密封装置配合使用，有利于使已经使用间隙控制系统或双密封技术的回转式空气预热器进一步降低漏风。

本发明的效果：本发明波纹式弹性密封装置来替代传统的回转式空气预热器密封装置，或与间隙控制系统和双密封技术等配合使用，使密封与密封面始终保持零间隙接触，并满足转子蘑菇状变形、转子偏心、制造误差等原因造成的密封间隙无规律变化，实现了回转式空气预热器在运行中的无间隙密封。本发明的漏风量是传统密封的1/5～1/10，有效地降低了漏风量，具有结构简单、施工方便、密封效果好、可靠性好、使用寿命长等优点，提高了锅炉的热效率，节约了能源的消耗，具有明显的经济效益。

附图说明

图1为回转式空气预热器的结构示意图。

图2为本发明波纹式弹性密封装置的示意图。

图3为本发明波纹式弹性密封的结构示意图。

图4为本发明波纹式弹性密封的U型及其衍变型式的示意图。

图5为本发明波纹式弹性密封的V型及其衍变型式的示意图。

图6为本发明带耐磨端倾角的波纹式弹性密封的示意图。

图7为本发明带刷毛的波纹式弹性密封的示意图。

图8为本发明径向波纹式弹性密封的示意图。

图9为本发明轴向波纹式弹性密封的示意图。

图10为本发明内缘环向波纹式弹性密封的示意图。

图11为本发明热端外缘环向波纹式弹性密封的示意图。

图12为本发明冷端外缘环向波纹式弹性密封的示意图。

图13为本发明波纹式弹性密封装置与间隙控制系统配合使用的示意图。

图14为本发明波纹式弹性密封装置与双密封技术配合使用的示意图。

图中：1、转子，2、外壳，3、转轴，4、中心筒，5、仓隔板，6、扇形板，7、弧形板，8、径向密封，9、轴向密封，10、内缘环向密封，11、热端外缘环向密封，12、冷端外缘环向密封，13、耐磨端，14、弹性元件，15、固定端，16、螺栓孔，17，刷毛，18、波纹式弹性密封，19、螺栓，20、转子旋转方向，21、径向波纹式弹性密封，22、轴向波纹式弹性密封，23、内缘环向波纹式弹性密封，24、热端外缘环向波纹式弹性密封，25、冷端外缘环向波纹式弹性密封，26、转子角铁，27、支撑角铁，28、探头。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例做进一步的描述。

以二分仓回转式空气预热器为例，本发明的回转式空气预热器主体结构，如图1所示。安装在外壳2内的转子1绕转轴3缓慢旋转，转子1沿径向被若个仓隔板5平均分隔为若个扇形仓格，一般为24或36或48个仓格，在外壳2上下沿径向有两对扇形板6(共四块)，在外壳2轴向有两块弧形板7，在转子1的每个仓隔板5冷热端径向安装径向密封8的位置上安装径向波纹式弹性密封21，在转子1的每个仓隔板5轴向安装轴向密封9的位置上安装轴向波纹式弹性密封22，在转子1的冷热端内缘环向安装内缘环向密封10的位置上安装内缘环向波纹式弹性密封23，在外壳2的热端边缘环向安装热端外缘环向密封11的位置上安装热端外缘环向波纹式弹性密封24，在外壳2的冷端边缘环向安装冷端外缘环向密封12的位置上安装冷端外缘环向波纹式弹性密封25，上述的波纹式弹性密封18与扇形板6、弧形板7和转子角铁26始终接触，保持间隙为零，且留有过盈量，如图2所示。

上述中的本发明波纹式弹性密封18由耐磨端13、弹性元件14和固定端15三部分组成，如图3所示，具有弹性弯曲和回复伸直的自动调节功能，以适应转子1蘑菇状变形、转子1偏心、制造误差等原因造成的密封间隙无规律变化；同时，提供适当的弹力，保持在密封和密封面之间绝对的接触，通过消除密封和密封面之间的间隙，空气预热器空气侧和烟气侧之间的泄漏大幅度地减少，是本发明的核心技术。弹性元件14是波纹式弹性密封18的主要部分，通过波纹状几何设计和弹性材料提供密封的弹性功能。弹性元件14的波纹状几何设计主要是U型或V型及其衍变型式的波纹，如图4、图5所示，可以根据具体密封空间、工况、密封材料等因素酌情选取型式。耐磨端13是用耐磨钢板夹紧弹性元件14的摩擦部位，具有减少密封接触磨损、延长使用寿命的作用。耐磨端13可以沿转子1的旋转方向呈钝角倾斜，如图6所示，以减少对密封的磨损。在耐磨端13还可以加装耐磨耐高温的刷毛17，如图7所示，使耐磨端13更好地适应凸凹不同的密封面。固定端15是用耐热钢板夹紧弹性元件14的固定部位，具有将波纹式弹性密封18固定在支撑位置的螺栓孔16，具有加强密封强度、固定密封的作用。

对于上述中的本发明波纹式弹性密封18的安装，是利用现有的支撑部件和螺栓孔16，在转子1的每个仓隔板5冷热端沿着径向安装径向波纹式弹性密封21，与外壳2上的扇形板6相配合，形成密封，如图8所示；在转子1的每个仓隔板5轴向安装轴向波纹式弹性密封22，与外壳2上的弧形板7相配合，形成密封，如图9所示；在转子1的冷热端内缘环向安装内缘环向波纹式弹性密封23，与外壳2上的扇形板6相配合，形成密封，如图10所示；在外壳2的热端边缘环向安装热端外缘环向波纹式弹性密封24，与转子1热端的转子角铁26相配合，形成密封，如图11所示；在外壳2的冷端边缘环向安装冷端外缘环向波纹式弹性密封25，与转子1冷端的转子角铁26相配合，形成密封，如图12所示；利用螺栓孔16将上述的波纹式弹性密封18固定在原有密封的位置上时，通过恰当的密封安装和调整，保证在密封与密封面之间维持适当的力，使波纹式弹性密封18与扇形板6、弧形板7和转子角铁26始终接触，保持间隙为零，且留有过盈量，防止空气通过转子1与扇形板6、弧形板7和外壳2冷热端边缘之间的空隙漏入烟气侧。

针对在已经使用间隙控制系统和双密封技术等非接触式密封装置的回转式空气预热器，本发明波纹式弹性密封装置可以与间隙控制系统和双密封技术等非接触式密封装置配合使用，如图13、图14所示，只须直接拆卸下安装在具有间隙控制系统或双密封技术等非接触式密封装置的回转式空气预热器上的密封直板，再按要求安装上波纹式弹性密封18即可，可以在间隙控制系统或双密封技术的基础上，进一步降低回转式空气预热器的漏风。

Claims

1.一种波纹式弹性密封，包括耐磨端(13)、弹性元件(14)、固定端(15)和螺栓孔(16)，其特征在于，所述的弹性元件(14)为具有波纹形状的弹性钢片，所述的耐磨端(13)是用耐热钢板夹紧弹性元件(14)的摩擦部位而成，所述的固定端(15)是用耐热钢板夹紧弹性元件(14)固定部位而成，在所述的固定端(15)上设置有用于将波纹式弹性密封固定于支撑位置的螺栓孔(16)。

2.根据权利要求1所述的波纹式弹性密封，其特征在于所述的耐磨端(13)沿转子的旋转方向呈钝角倾斜。

3.根据权利要求1所述的波纹式弹性密封，其特征在于在所述的耐磨端(13)加装有耐磨耐高温短刷毛(17)。

4.根据权利要求1所述的波纹式弹性密封，其特征在于所述的弹性元件(14)的波纹形状为U型或者V型。

5.根据权利要求1所述的波纹式弹性密封，其特征在于所述的弹性元件(14)的波纹形状的数量为1波、2波、3波、4波、5波或以上；波纹可以在同侧，也可以在异侧；波纹宽度为5mm、10mm、15mm或者20mm；波纹深度为5mm、10mm、15mm或者20mm；每个波纹的宽度和深度既可以相同，也可以不同。

6.根据权利要求1所述的波纹式弹性密封，其特征在于用于制造所述的弹性元件(14)的弹性钢片厚度为0.1mm、0.2mm、0.3mm、0.4mm、0.5mm、0.6mm、0.7mm、0.8mm、0.9mm或者1mm；弹性钢片的长度为20mm、30mm、40mm、50mm、60mm、70mm、80mm、90mm或者100mm。

7.一种回转式空气预热器密封装置，包括径向波纹式弹性密封(21)、轴向波纹式弹性密封(22)、内缘环向波纹式弹性密封(23)、热端外缘环向波纹式弹性密封(24)、冷端外缘环向波纹式弹性密封(25)，其特征在于所述的径向波纹式弹性密封(21)安装在回转式空气预热器每个仓隔板的冷热两端与扇形板相适应的径向边缘，所述的轴向波纹式弹性密封(22)安装在回转式空气预热器每个仓隔板与弧形板相适应的轴向边缘，所述的内缘环向波纹式弹性密封(23)安装在回转式空气预热器转子的冷热端内缘与扇形板相适应的环向边缘，所述的热端外缘环向波纹式弹性密封(24)安装在回转式空气预热器外壳的热端边缘与转子角铁相对应的环向边缘，所述的冷端外缘环向波纹式弹性密封(25)安装在回转式空气预热器外壳的冷端边缘与转子角铁相对应的环向边缘；所述的径向波纹式弹性密封(21)、轴向波纹式弹性密封(22)、内缘环向波纹式弹性密封(23)、热端外缘环向波纹式弹性密封(24)、冷端外缘环向波纹式弹性密封(25)均为权利要求1至6中任何一项所述的波纹式弹性密封，且这些波纹式弹性密封的耐磨端(13)分别与扇形板、弧形板和转子角铁始终接触，保持间隙为零，且留有过盈量。