CN103322584A - 一种空气预热器滚动式弹性密封装置及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空气预热器滚动式弹性密封装置及其应用，装置包括固定板和活动板，所述活动板的一端和固定板转动连接，另一端设有滚动机构，所述滚动机构不低于活动板。本发明空气预热器滚动式弹性密封装置以滚动的方式代替众多柔性密封装置干摩擦的方式与扇形板或弧形板接触，滚轮接触面与扇形板或弧形板密封面之间不存在相对滑移，不存在切削磨损的问题，滚轮受滚珠的支撑绕滚轮芯轴滚动，滚动摩擦系数远远小于滑动摩擦系数，对空气预热器运行电流的影响甚微；在有限的安装空间里，本发明空气预热器局部滚动式弹性密封装置可实现60%以上的变形量，能够适应各种不同工况下动静间隙的变化，空间利用率高，密封效果好。
Description
技术领域
本发明涉及一种空气预热器滚动式弹性密封装置及其应用，属于空气预热器柔性密封领域。
背景技术
回转式空气预热器是一种用于大型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。
空气预热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，如采用传统刚性密封片，一部分位置（如轴向及冷端径向外侧）间隙会变小，另一部分位置（如热端径向外侧）间隙会变大。
由上述特性可知，为达到控制漏风的目的，较为理想的密封方案可简述为：①轴向及冷端径向位置预留合适的冷态间隙，使得转子受热后动静配合间隙趋于零；②热端径向位置受热后形成的三角漏风区域，需设法弥补。
对于上述第①点，理论上可实现，但实际工程应用中，冷态预留间隙受负荷变化、煤种变化、钢材性能差异、转子垂直度偏差、扇形板平整度以及密封片安调偏差等诸多因素的影响，很难精确设定。考虑到安全性，冷态预留间隙一般设置偏大，故在轴向及冷端径向位置仍存在漏风情况。
对于上述第②点，工程上有两种方案：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：空气预热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气预热器供应商HOWDEN一直未在空气预热器上配套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。可以说，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，空气预热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气预热器热端径向三角漏风占总漏风量的50%以上，绝对漏风量也超3%，还将导致一次风在此处损失超过30%。
发明内容
本发明的目的是提供一种空气预热器滚动式弹性密封装置及其应用。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种空气预热器滚动式弹性密封装置，包括固定板和活动板，所述活动板的一端和固定板转动连接，另一端设有滚动机构，所述滚动机构不低于活动板。
上述滚动机构不低于活动板是为了方便滚动机构的滚动，优选，滚动机构略高于活动板。
为了提高密封效果和灵活性，同时延长使用寿命，所述滚动机构包括齿轮式滚轮。
为节约材料、制备简便，同时保证密封装置的性能，所述滚动机构包括：滚轮芯轴、齿轮式滚轮和连接件，齿轮式滚轮转动连接在滚轮芯轴上，滚轮芯轴通过连接件连接在活动板上。
为了制备方便、便于维护，所述滚动机构还包括锁调螺母，所述滚轮芯轴的轴截面为“T”字状，所述连接件为环状、且连在活动板上，所述齿轮式滚轮、连接件和锁调螺母依次连接在滚轮芯轴的外围，齿轮式滚轮与滚轮芯轴之间为转动连接，锁调螺母与滚轮芯轴之间为螺纹连接。
上述连接件即可与活动板一体成型，也可为通过焊接等手段连接在活动板上。
为了减少滚轮与滚轮芯轴之间的摩擦，同时提高密封装置的适应性、工作效率及稳定性，所述齿轮式滚轮和滚轮芯轴之间设有滚珠。
上述齿轮式滚轮既可以为局部齿轮，也可以全齿轮。
为了保证滚动的稳定性，同时节约材料，所述齿轮式滚轮和滚轮芯轴之间设有两列滚珠，所述滚珠为自润滑滚珠，优选为自润滑特性的陶瓷滚珠，如氮化硅陶瓷滚珠。
每个齿轮式滚轮受双列滚珠的支撑，滚珠与齿轮式滚轮和滚轮芯轴之间均为点接触，滚动机构内部配合间隙设计合理，有效防止了粉尘污染对滚动稳定性和灵活性的不良影响。
为了保证密封装置可靠工作，所述滚动机构至少有两个。
滚动机构优选为两个，且设在半圆柱状的两端。
为了保证密封装置的复位效果，所述活动板的一端和固定板通过弹簧合页转动连接。
为了制备方便，同时保证装置的复位效果，所述弹簧合页包括相对设置的两个复位装置，每个复位装置的结构均为：包括合页转轴、螺纹管、扭簧和连接管，螺纹管、扭簧和连接管依次套接在合页转轴的外围，所述连接管固连在活动板上，所述螺纹管固连在固定板上。
相对设置的两个复位装置的扭簧，优选，一个为顺时针扭簧，另一个为逆时针扭簧。
为了获得完整的密封结构，所述两个复位装置通过补隙套管连为一体，两个复位装置的合页转轴的均伸出连接管，两个合页转轴伸出连接管的部分分别与补隙套管的两端相套接；所述扭簧外围设有扭簧套管。
为了方便地控制固定板和活动板之间相对转动的角度，同时抵御不可预测的个别扭簧失效的风险，所述弹簧合页还包括限位垫片，所述限位垫片锁紧在合页转轴的头部和螺纹管端部之间。
为了保证限位垫片的限位效果，所述限位垫片为设有限位伸出角的异性垫片。
限位垫片方位设定以活动板旋转角度的上限为依据，保证即使扭簧完全失效，也能保持传统密封片的密封效果。
为了提高密封装置的稳定性、密封性，同时能满足各种生产所需，所述固定板上、弹簧合页的外围设有用来保护弹簧合页的保护板，保护板包括垂直相连的第一护板和第二护板，其中，第二护板与固定板相连。
上述保护板与固定板即可为一体成型的结构，也可为通过焊接等方式连为一体。
上述第一护板的高度，可根据活动板相对固定板的旋转角度来决定，当所需的旋转角度为90°时，第一防护板高度与弹簧合页的外径相等；当所需的旋转角度小于90°时，第一防护板高度大于弹簧合页的外径；当所需的旋转角度大于90°时，第一防护板高度小于弹簧合页的外径。
为了提高密封装置的稳定性和密封性能等，所述活动板、且与固定板连接的一端为平直段，活动板设有滚动机构的一端为半圆柱状，半圆柱状的直径不大于滚动机构的齿轮式滚轮的外径。
上述半圆柱状的外表面和齿轮式滚轮的局部外表面组成完整的圆弧密封面。
为了防止装置因不可抗拒的变形而引起的密封效果的减退，同时方便装置安装，所述固定板为折弯结构；所述固定板上设有安装腰型孔。
安装腰型孔的设计是为了便于将空气预热器滚动式弹性密封装置安装在转子隔板上。
上述的空气预热器滚动式弹性密封装置的应用，合页转轴的端部设有空腔，通过设在相邻两合页转轴空腔内的防错销将相邻两片空气预热器滚动式弹性密封连为一体。
优选，所述空腔为内六角空腔，防错销为圆柱销，圆柱销的外径小于内六角空腔内接圆的直径。
为了充分发挥上述空气预热器滚动式弹性装置的性能，优选将空气预热器滚动式弹性密封安装在热端径向隔板上。
包含上述的空气预热器滚动式弹性密封装置的预热器的扇形板，在扇形板的入口位置和/或出口位置设有滚轮导块，滚轮导块包括圆弧面。
优选，圆弧面上设有与齿轮式滚轮相互啮合的齿条。滚轮导块的齿条部分的模数与齿轮式滚轮的齿轮部分的模数相等。
滚轮导块优选焊接于热端扇形板的入口和出口边缘，与滚轮的位置相对应。这种配合设计可保证齿轮式滚轮与扇形板接触之前受齿轮齿条啮合的作用而强迫滚动，减小滚轮卡涩的可能。因而有效防止了因粉尘污染对密封效果的影响。
包含上述的空气预热器滚动式弹性密封装置的预热器的扇形板调节系统：包括顺序相接的程控柜、执行机构和调节杆，所述调节杆与热端扇形板连接。
上述各部件所用材料应选用同时具有耐高温、耐腐蚀、耐磨损的材料。
申请人经研究发现，随着空气预热器转子产生“蘑菇状”变形，工作状态下转轴机构的轴线几乎不可能与扇形板密封面平行，所以某一时刻只有活动板一端的滚轮与扇形板密封面接触，活动板与扇形板密封面之间始终存在微小间隙，两者其实是不接触的，避免了相互磨损。上述微小间隙为0-3mm，较采用传统刚性密封技术所形成的0-50mm的间隙要小很多。
本发明未特别限定的技术均为现有技术。
本发明空气预热器滚动式弹性密封装置以滚动的方式代替众多柔性密封装置干摩擦的方式与扇形板或弧形板接触，滚轮接触面与扇形板或弧形板密封面之间不存在相对滑移，故不存在切削磨损的问题，滚动摩擦系数远远小于滑动摩擦系数，对空气预热器运行电流的影响甚微；在有限的安装空间里，本发明空气预热器滚动式弹性密封装置可获得大幅度的补偿性能，能够完全适应各种不同工况下动静间隙的变化，空间利用率高，密封效果好。
附图说明
图1为本发明实施例1中空气预热器滚动式弹性密封装置的主视图。
图2为图1的A-A向旋转剖视图。
图3为图2的B-B剖视图。
图4为图2的C-C剖视图。
图5为图2的D-D剖视图。
图6为图2的E-E剖视图。
图7为图2的F-F剖视图。
图8为图2的G-G剖视图。
图9为相邻两空气预热器滚动式弹性密封装置的拼接示意图。
图10为空气预热器滚动式弹性密封装置工作状态示意图。
图11为图5中刚进入工作状态时的放大示意图。
图12为空气预热器冷热态间隙变化对比示意图，左侧表示冷态时各部位间隙，右侧表示热态时各部位间隙情况（采用传统刚性密封技术且未配备LCS系统）。
图13为本发明扇形板调节系统的示意图。
图中，1为固定板，2为活动板，3为补隙套管，4为连接管，5为扭簧套管，6为螺纹管，7为限位垫片，8为合页转轴，9为滚轮芯轴，10为齿轮式滚轮，11为顺时针扭簧，12为逆时针扭簧，13为滚珠，14为锁调螺母，15为连接件，16为防错销，17为半圆柱状的端部，18为滚轮导块，19为热端扇形板，20为第一护板，21为第二护板，22为轴向弧形板，23为冷端扇形板，24为空预器转子，25为热端径向隔板，26为调节杆，27为执行机构，28为程控柜，29为控制数据，30为冷态，31为热态,32为热端径向三角漏风区域。
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
如图所示的空气预热器滚动式弹性密封装置，包括固定板和活动板，所述活动板的一端和固定板转动连接，另一端设有滚动机构，所述滚动机构不低于活动板。
上述滚动机构包括滚轮芯轴、齿轮式滚轮、连接件和锁调螺母，所述滚轮芯轴的轴截面为“T”字状，所述连接件为环状、且连在活动板上，所述齿轮式滚轮、连接件和锁调螺母依次连接在滚轮芯轴的外围，齿轮式滚轮与滚轮芯轴之间为转动连接，锁调螺母与滚轮芯轴之间为螺纹连接；齿轮式滚轮和滚轮芯轴之间设有两列滚珠，所述滚珠为自润滑滚珠。
活动板的一端和固定板通过弹簧合页转动连接；上述弹簧合页包括相对设置的两个复位装置，每个复位装置的结构均为：包括合页转轴、螺纹管、扭簧和连接管，螺纹管、扭簧和连接管依次套接在合页转轴的外围，所述连接管固连在活动板上，所述螺纹管固连在固定板上；上述两个复位装置通过补隙套管连为一体，两个复位装置的合页转轴的均伸出连接管，两个合页转轴伸出连接管的部分分别与补隙套管的两端相套接，两个复位装置中的两个扭簧，一个为顺时针扭簧，另一个为逆时针扭簧；所述扭簧外围设有扭簧套管；弹簧合页还包括限位垫片，所述限位垫片锁紧在合页转轴的头部和螺纹管端部之间，限位垫片为设有限位伸出角的异性垫片；固定板上、弹簧合页的外围设有用来保护弹簧合页的保护板，保护板包括垂直相连的第一护板和第二护板，其中，第二护板与固定板相连。
活动板、且与固定板连接的一端为平直段，设有滚动机构的一端为半圆柱状，半圆柱状的直径不大于滚动机构的齿轮式滚轮的外径。上述滚动机构有两个，分别设在半圆柱状的两端；固定板为一道折弯结构；所述固定板上设有安装腰型孔。
空气预热器滚动式弹性密封装置的应用，空气预热器滚动式弹性密封的合页转轴的端部设有空腔，通过设在相邻两合页转轴空腔内的防错销将相邻两片空气预热器滚动式弹性密封连为一体；空腔为内六角空腔，防错销为圆柱销，圆柱销的外径小于内六角空腔内接圆的直径。
将空气预热器滚动式弹性密封安装在热端径向隔板上。
包含上述的空气预热器滚动式弹性密封装置的预热器的扇形板，在扇形板的入口位置和/或出口位置设有滚轮导块，滚轮导块包括圆弧面，圆弧面上设有与齿轮式滚轮相互啮合的齿条。
包含空气预热器滚动式弹性密封装置的预热器的扇形板调节系统：包括顺序相接的程控柜、执行机构和调节杆，所述调节杆与热端扇形板连接。此装置可根据空气预热器入口烟温、机组负荷、运行电流等数据自动调节与各密封装置的距离。作为一种辅助系统，根据空气预热器具体型号决定是否投用。
安装时，空气预热器滚动式弹性密封装置所设定的间隙值或过盈量，以空气预热器冷热态间隙变化量为主要依据。
以HOWDEN公司生产的31VNT1950型空预器为例，量化说明空气预热器滚动式弹性密封装置所具有的补偿特性以及对漏风率降低的贡献：上述设备标配传统刚性密封片，热端扇形板固定不可调，一般投运初期漏风率可达设计值6%，其中由热端径向三角漏风区域造成的影响超3%（绝对值），空气侧向烟气侧的漏风面积约0.15m2（相当于一个内径为437mm管道截面积），平均漏风间隙超12mm。以空气预热器滚动式弹性密封装置代替传统刚性密封片，可使平均漏风间隙小于2mm，空气预热器漏风率长期保持在3%-4%，达到世界领先水平。
Claims (20)
1.一种空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：包括固定板和活动板，所述活动板的一端和固定板转动连接，另一端设有滚动机构，所述滚动机构不低于活动板。
2.如权利要求1所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述滚动机构包括齿轮式滚轮。
3.如权利要求2所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述滚动机构包括：滚轮芯轴、齿轮式滚轮和连接件，齿轮式滚轮转动连接在滚轮芯轴上，滚轮芯轴通过连接件连接在活动板上。
4.如权利要求3所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述滚动机构还包括锁调螺母，所述滚轮芯轴的轴截面为“T”字状，所述连接件为环状、且连在活动板上，所述齿轮式滚轮、连接件和锁调螺母依次连接在滚轮芯轴的外围，齿轮式滚轮与滚轮芯轴之间为转动连接，锁调螺母与滚轮芯轴之间为螺纹连接。
5.如权利要求4所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述齿轮式滚轮和滚轮芯轴之间设有滚珠。
6.如权利要求5所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述齿轮式滚轮和滚轮芯轴之间设有两列滚珠，所述滚珠为自润滑滚珠。
7.如权利要求1-6任意一项所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述滚动机构至少有两个。
8.如权利要求1-6任意一项所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述活动板的一端和固定板通过弹簧合页转动连接。
9.如权利要求8所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述弹簧合页包括相对设置的两个复位装置，每个复位装置的结构均为：包括合页转轴、螺纹管、扭簧和连接管，螺纹管、扭簧和连接管依次套接在合页转轴的外围，所述连接管固连在活动板上，所述螺纹管固连在固定板上。
10.如权利要求9所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述两个复位装置通过补隙套管连为一体，两个复位装置的合页转轴的均伸出连接管，两个合页转轴伸出连接管的部分分别与补隙套管的两端相套接；所述扭簧外围设有扭簧套管。
11.如权利要求10所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述弹簧合页还包括限位垫片，所述限位垫片锁紧在合页转轴的头部和螺纹管端部之间。
12.如权利要求11所述的空气预热器滚动式弹性密封，其特征在于：所述限位垫片为设有限位伸出角的异性垫片。
13.如权利要求12所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述固定板上、弹簧合页的外围设有用来保护弹簧合页的保护板，保护板包括垂直相连的第一护板和第二护板，其中，第二护板与固定板相连。
14.如权利要求2-7任意一项所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述活动板、且与固定板连接的一端为平直段，设有滚动机构的一端为半圆柱状，半圆柱状的直径不大于滚动机构的齿轮式滚轮的外径。
15.如权利要求1-7任意一项所述的空气预热器滚动式弹性密封装置，其特征在于：所述固定板为折弯结构；所述固定板上设有安装腰型孔。
16.权利要求1-15任意一项所述的空气预热器滚动式弹性密封装置的应用，其特征在于：空气预热器滚动式弹性密封的合页转轴的端部设有空腔，通过设在相邻两合页转轴空腔内的防错销将相邻两片空气预热器滚动式弹性密封连为一体。
17.如权利要求16所述的空气预热器滚动式弹性密封装置的应用，其特征在于：所述空腔为内六角空腔，防错销为圆柱销，圆柱销的外径小于内六角空腔内接圆的直径。
18.如权利要求16所述的空气预热器滚动式弹性密封装置的应用，其特征在于：将空气预热器滚动式弹性密封安装在空气预热器热端径向隔板上。
19.包含权利要求1-15任意一项所述的空气预热器滚动式弹性密封装置的预热器的扇形板，其特征在于：在扇形板的入口位置和/或出口位置设有滚轮导块，滚轮导块包括圆弧面。
20.如权利要求19所述的扇形板，其特征在于：圆弧面上设有与齿轮式滚轮相互啮合的齿条。
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2013
- 2013-06-06 CN CN201310225009.8A patent/CN103322584B/zh active Active
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