CN103982247B - 一种自微调汽封及其安装调试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自微调汽封及其安装调试方法，自微调汽封包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向弹簧，汽封弧段的大背弧上设有径向弹簧组件。在汽轮机启停机阶段，所述自微调汽封与转子之间的间隙为0.8～2mm，而正常运行阶段，蒸汽从进汽槽流入汽封背部，提供向心闭合力，间隙自动缩小至0.3～0.5mm；另外，汽封总退让间隙为2.5～4mm。所述进汽槽处还设有定位唇边，经现场调整，可杜绝汽封块偏斜的现象，减少汽封背部的漏汽，密封性能得到大幅提升，也更容易形成所需要的向心闭合，进而提高汽封弧段闭合的可靠性。

Description

一种自微调汽封及其安装调试方法

技术领域

本发明属于汽轮机汽封领域，涉及一种自微调汽封及其安装调试方法。

背景技术

汽轮机转子与静子间均设有汽封，常见汽封加工为梳齿状，转子表面加工成凹凸结构，汽封采用高低齿的型式与转子表面配合。上述汽封一般称为梳齿汽封，每圈汽封均分为4～12段，以适应水平中分式缸体，安装时依次滑入静子的T型槽道内。汽封在弹簧片的支撑下与转子保持一定间隙，正常运行时汽封与转子处于非接触状态，但一旦碰磨汽封也可以弹性退让，保证汽轮机运行的安全性。

梳齿汽封的突出优点是成本低廉、使用安全、密封效果较稳定，但这种稳定是低水平的稳定。梳齿汽封安装时一般需预留0.5～0.8mm径向间隙，即便如此，依然无法避免汽轮机启停过程中过临界转速振幅增大、汽缸受热不均引起变形等因素带来的过量磨损，一经碰磨，间隙永久性扩大。

为了克服传统梳齿汽封的缺点，1994年原国家电力部牵头引进了布莱登汽封技术。布莱登汽封又名自调整汽封，它取消了传统梳齿汽封背部的弹簧片，取而代之的是在每圈汽封弧段端面处至少安装四只螺栓弹簧，并在每一个汽封弧段背部铣出一进汽槽。在汽轮机启停机阶段，汽封上下游压差较小，在螺旋弹簧的作用下，汽封处于完全张开状态，汽封与转子之间保持较大的安全间隙，一般为2～4mm；在汽轮机正常运行状态，汽封上下游压差增大，由进汽槽进入汽封弧段背部的蒸汽产生一较大的向心闭合力，汽封随之闭合，汽封与转子之间保持较小的经济间隙，一般为0.3～0.5mm。如此，布莱登汽封可避免汽轮机启停过程中过临界转速时振幅增大以及受热不均引起较大变形而带来的过量磨损，正常运行阶段的间隙也比传统梳齿汽封的小，改善了传统梳齿汽封的安全性与经济性。

但自布莱登汽封引进国内以来，业内对此项技术褒贬不一。究其原因，一方面，技术人员认为其技术原理先进，理论上可大幅提升汽封的密封性能；另一方面，工程实践表明，并不是每项改造工程都能取得理想效果，部分汽轮机组进行布莱登汽封改造后出现胀差偏大、汽封不闭合等问题，经测试整体改造效果并不理想。

上述胀差是指汽轮机启停阶段转子和汽缸沿轴向的膨胀差值。由于转子的质面比小于汽缸，所以转子更容易加热或冷却，在汽轮机启机阶段，转子膨胀速度大于汽缸的膨胀速度，如果胀差超过允许值，汽轮机动静间发生轴向碰磨，会造成恶性事故。

布莱登汽封在启停机阶段的间隙一般为2～4mm，远大于传统梳齿汽封0.5～0.8mm的间隙，这造成汽轮机转子加热过快，导致胀差偏大，这也是目前业内公认的布莱登汽封的缺点。因此，布莱登汽封改造后，机组通常需要花费更长时间暖机，这无疑增加了经济损失。

通常提及布莱登汽封，业内还认为可能存在汽封无法闭合的问题。一旦无法闭合，将导致布莱登汽封泄漏量远远大于传统梳齿汽封，这大大影响了电厂实施汽封改造的积极性。

下表数据来自西安热工院公开发表的《不同汽封结构在汽轮机的应用及效果评价方法》一文，选取了7台(A～G)同类型的300MW汽轮发电机组，对比分析可知，布莱登汽封在实际应用中确实存在较大问题，与传统梳齿汽封相比，密封性能并未得到明显提升，反而在某些改造中增大了漏汽量，这与布莱登汽封的密封机理是不相符的。

表07、08年度不同电厂汽轮机典型的平衡盘汽封改进前后试验

注：F列汽轮机的汽封更换后，实际运行中相同负荷下汽轮机胀差减小3mm左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种自微调汽封及其安装调试方法。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种自微调汽封，包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向弹簧，汽封弧段的外侧设有径向弹簧组件。

汽封弧段的外侧和内侧分别指汽封弧段的外圈和内圈。

优选，之间设有周向弹簧的两汽封弧段相邻的两端面设有周向弹簧孔，周向弹簧的两端分别位于相邻的两个周向弹簧孔中。

上述汽封具有间隙自调整特性，可应用于汽轮机轴端、隔板、叶顶等位置，上述径向弹簧组件可使汽封间隙较传统布莱登汽封更合理，既能避免启停机阶段汽封碰磨并有效减少启停时的蒸汽泄漏，又能实现汽轮机正常运行阶段汽封小间隙运行的特性，还可保证事故工况下汽封碰磨的安全性。上述更为合理的汽封间隙是指：启停机阶段汽封间隙为0.8～2mm，正常运行阶段汽封间隙为0.3～0.5mm，汽封的总退让间隙2.5～4mm。

作为本领域的常规概念，汽封从外圈到内圈包括依次相接的挂耳、脖颈、汽封基体

和

汽封齿，挂耳的外圈表面称为大背弧，挂耳的内表面(即与汽封基体相对的面)称为小背弧，使用时，上述汽封装在静子的T型槽内。上述自微调汽封优选，每段汽封弧段的大背弧上设有两组径向弹簧组件，这样既能实现间隙自调整特性，又便于加工和调整。

所述汽封弧段的大背弧上设有安装径向弹簧组件的安装孔，径向弹簧组件位于安装孔内、并高出大背弧。

所述的径向弹簧组件包括径向弹簧和径向凸杆；径向弹簧位于安装孔内；径向凸杆一端连在径向弹簧上、另一端高出大背弧。

上述径向弹簧组件结构简单、制备方便、安装现场易于调整和更换，且可有效实现柔性退让，有效减少泄漏和磨损。上述径向凸杆高出大背弧指径向径向凸杆另一端伸出(超过)大背弧的表面。

所述的径向弹簧组件包括径向弹簧、径向凸杆和压盖；径向弹簧设在安装孔内；压盖盖合在安装孔上；径向凸杆穿过压盖与径向弹簧压接，径向凸杆可相对压盖窜动，且径向凸杆高出大背弧。

上述压接指凸杆对径向弹簧形成一定压力、并与弹簧连接，优选，径向弹簧处于预压缩状态并留有进一步压缩的裕量。

为了保证上述自微调汽封事故工况下能进一步退让，提高机组的安全性，上述径向弹簧进一步压缩的裕量为1～2mm，但只有在非常规的作用力下或转子意外大幅度振动才会被进一步压缩。

汽封张开状态时所述周向弹簧提供指向远离转子表面方向的径向合力，与径向合力和汽封弧段的重力相平衡的、通过所述凸杆作用于汽封弧段上的反作用力不足以使所述径向弹簧进一步压缩，即上述径向弹簧进一步压缩的裕量在正常工况下是不会使用的。

所述的径向弹簧组件包括径向弹簧、径向凸杆和压盖；径向弹簧设在安装孔内；压盖盖合在安装孔上；径向凸杆包括相互连接的顶杆和底面，底面被压盖卡合在安装孔内、并压在径向弹簧上，顶杆穿过压盖、且可相对压盖窜动，顶杆高出大背弧。

上述径向凸杆的纵剖面优选为倒“T”字型，径向凸杆的底面穿不过压盖，底面和径向弹簧之间形成一定的压力，即径向弹簧处于预压缩状态并优选留有进一步压缩的裕量，这样可应对非常规的作用力或转子意外大幅度振动的出现。

压盖和安装孔之间可采用多种连接方式，只要保工作过程中压盖固定可靠即可，优选，压盖螺纹连接在安装孔内壁上。

这样可保证压盖的连接强度，便于调整压盖对径向弹簧的预压力，且更换方面。

压盖与汽封弧段之间铆接，压盖的外端面设有凹槽，压盖与汽封弧段之间的铆接点落在凹槽内。

上述铆接是为了加强压盖与安装孔的连接可靠性，防止连接松动。

汽封弧段上进汽端设有进汽槽，汽封弧段的挂耳上设有定位唇边，定位唇边设在进汽槽的正上方。

上述将汽封由外圈到内圈的方向定义为由上到下的方向，进汽槽的正上方指进由汽槽指向汽封外圈的方向，上述定位唇边的设置有效解决了汽封弧段轴向偏斜的问题。

申请人经研究发现，传统布莱登汽封在实际应用中易出现轴向偏斜的问题，尤其汽封脖颈较窄时存在此问题的可能性更大；传统布莱登汽封为了增加闭合的可靠性，较传统梳齿汽封增大了脖颈处的配合间隙，这恰恰造成了汽封轴向偏斜后大量蒸汽从汽封背部泄漏，进而造成部分汽轮机汽封改造效果不佳。而采用上述技术方案，则使汽封弧段轴向偏斜的问题得到彻底解决。

作为优选，进汽槽设在汽封弧段上进汽端的挂耳和脖颈上，定位唇边的外表面与大背弧平滑过渡，定位唇边与静子的T型槽侧边间的间距为0～0.1mm，上述间距是考虑到加工和测量精度以及受热膨胀等因素而预设的。

上述技术方案进一步防止了汽封弧段轴向偏斜的问题。

在汽轮机启停机阶段，上述自微调汽封与转子之间的间隙为0.8～2mm，而正常运行阶段，汽封背部进汽，提供向心闭合力，间隙自动缩小至0.3～0.5mm。在事故工况下，上述径向凸杆受压，最大可压缩至与大背弧基本齐平，径向弹簧几乎被完全压缩。

上述间隙可通过小背弧、凸杆的调整来实现。

上述自微调汽封的安装调试方法，包括顺序相接的如下步骤：

A、将装有径向弹簧组件的汽封弧段依次滑入静子的T型槽内，调整汽封间隙；

B、安装周向弹簧。

采用上述方法，可将张开或闭合时的间隙得到准确的调整。

上述步骤A中，径向弹簧组件的径向凸杆高出大背弧表面2～4mm，且径向凸杆的顶部与T型槽顶部接触，径向弹簧被进一步压缩，提供足够的向心力，使各个汽封弧段均贴近转子，将闭合汽封间隙调整至0.3～0.5mm；然后修刮径向凸杆的顶部，使汽封闭合状态下径向凸杆与静子T型槽的顶部配合间隙为0.5～1.5mm；在步骤A后和步骤B前，还包括调整定位唇边的步骤，使定位唇边与静子的T型槽侧边之间的间距为0～0.1mm。

上述方法可准确测量并调整闭合状态汽封间隙。

上述汽封闭合状态下，径向凸杆与静子T型槽的顶部配合间隙为0.5～1.5mm，即汽封张开状态的间隙比闭合状态大0.5～1.5mm。

调整汽封间隙时，根据测量值修刮或捻打小背弧，修刮小背弧可缩小汽封间隙，捻打小背弧可增大间隙。调整定位唇边时，可通过捻打或延展的方式调整定位唇边，使定位唇边与静子的T型槽侧边几乎接触，优选间距为0～0.1mm。完成上述所有调整后，把周向弹簧装入周向弹簧孔中，各个汽封弧段依次滑入T型槽内，安装到位，周向弹簧处于压缩状态。

对安装到位的每个汽封弧段而言，周向弹簧对其作用所形成的径向合力指向远离转子表面的方向，汽封弧段向远离转子表面的方向退让，凸杆顶部与T型槽顶部接触，并对汽封弧段形成一反作用力，以平衡上述径向合力和汽封弧段的重力，此时汽封处于张开状态，汽封与转子之间的间隙为0.8～2mm。需特别说明的是，上述反作用力不足以使工艺弹簧进一步压缩。

上述自微调汽封的间隙调整特性与传统布莱登汽封有较大差别，主要表现在汽轮机启停阶段的汽封间隙上，本发明中0.8～2mm的间隙较传统布莱登汽封2～4mm的间隙更合理；上述改进之处有助于减少汽轮机启停机阶段的胀差，进而提升机组的安全性，也能大幅减少启停机损失，提升机组的经济性；另外，这种改进可大幅减少汽封弧段一旦无法闭合所带来的经济损失。

上述自微调汽封进汽槽侧定位唇边的设置可杜绝汽封块偏斜的现象，减少汽封背部的漏汽，密封性能得到大幅提升；由于大幅减少了汽封背部的漏汽，更容易形成所需要的向心闭合力，因此这种改进还有助于提高汽封弧段闭合的可靠性。

本发明自微调汽封密封性能好、磨损少、大幅减少了启停机损失，提升了机组的经济性，且闭合可靠；本发明安装调试方法操作简单，可将汽封张开、闭合间隙得到精准的控制，能进一步提高汽封的密封性能。

附图说明

图1是传统布莱登汽封张开状态示意图。

图2是本发明实施例1自微调汽封张开状态示意图。

图3是传统布莱登汽封闭合状态示意图。

图4是本发明实施例1自微调汽封闭合状态示意图。

图5是传统布莱登汽封特征弧段的轴向示意图。

图6是本发明实施例1自微调汽封特征弧段的轴向示意图。

图7是图5的A-A截面安调阶段处于静子T型槽内的闭合状态示意图。

图8是图5的A-A截面工作阶段出现轴向偏斜问题的示意图。

图9是图6的B-B截面安调阶段处于静子T型槽内的闭合状态示意图。

图10是图6的B-B截面工作阶段处于静子T型槽内的闭合状态示意图。

图11是图6的C-C截面安调阶段处于静子T型槽内的闭合状态示意图。

图12是图6的C-C截面工作阶段处于静子T型槽内的张开状态示意图。

图13是图6的C-C截面工作阶段处于静子T型槽内的闭合状态示意图。

图14是本发明实施例1的压盖结构及安装示意图。

图15是传统布莱登汽封特征弧段的三维结构示意图。

图16是本发明实施例特征弧段的三维结构示意图。

图17是本发明自微调汽封结构示意图。

上述各图中，1为汽轮机转子，2为汽轮机静子，3为张开状态自微调汽封，4为闭合状态自微调汽封，5为传统布莱登汽封，6为径向弹簧组件，7为周向弹簧，8为进汽槽，9为调整前的定位唇边，10为汽封弧段，61为径向弹簧，62为调整前的径向凸杆，63为压盖，90调整后的定位唇边，100为汽封脖颈，620为调整后的径向凸杆，630为铆点，11为大背弧，12为小背弧，13为挂耳，14为脖颈，15为汽封基体，16为汽封齿，L为泄漏蒸汽，c为闭合状态汽封间隙，d为张开状态汽封间隙。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。

实施例1

如图1～17所示的自微调汽封，包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向弹簧，汽封弧段的外侧设有径向弹簧组件；

汽封弧段的大背弧上设有安装径向弹簧组件的安装孔，径向弹簧组件位于安装孔内、并高出大背弧；

径向弹簧组件包括径向弹簧、径向凸杆和压盖；径向弹簧设在安装孔内；压盖螺纹连接在安装孔内壁上；径向凸杆包括相互连接的顶杆和底面，底面被压盖卡合在安装孔内、并压在径向弹簧上，顶杆穿过压盖、且可相对压盖滑动，顶杆高出大背弧。

压盖与汽封弧段之间铆接，压盖的外端面设有凹槽，压盖与汽封弧段之间的铆接点落在凹槽内。

汽封弧段上进气端的挂耳和脖颈上设有进汽槽，汽封弧段的挂耳上设有定位唇边，定位唇边设在进汽槽的正上方，定位唇边的外表面与大背弧平滑过渡，定位唇边与静子的T型槽侧边间的间距为0～0.1mm。

上述自微调汽封的安装调试方法，包括顺序相接的如下步骤：

1、将装有径向弹簧组件的汽封弧段依次滑入静子的T型槽内，径向弹簧组件的径向凸杆高出大背弧表面3mm，且径向凸杆的顶部与T型槽顶部接触，径向弹簧被进一步压缩，提供足够的向心力，使各个汽封弧段均贴近转子，将闭合汽封间隙调整至0.3～0.4mm；然后修刮径向凸杆的顶部，使汽封闭合状态下径向凸杆与静子T型槽的顶部配合间隙为0.9～1.1mm；

2、调整定位唇边，使定位唇边与静子的T型槽侧边之间的间距为0～0.1mm；

3、完成上述调整后，把周向弹簧装入周向弹簧孔中，各个汽封弧段依次滑入T型槽内，安装到位，周向弹簧处于压缩状态。此时，上述自微调汽封与转子之间的间隙为1.2～1.5mm，汽封处于张开状态。

汽轮机启机升负荷阶段，上述自微调汽封的上下游压差逐渐增大，高压蒸汽进入汽封背部，提供向心闭合力，汽封间隙自动缩小至0.3～0.4mm，汽封处于闭合状态，蒸汽泄漏量大幅减少。

汽轮机停机降负荷阶段，上述自微调汽封的上下游压差逐渐减小，当机组负荷降至30％负荷以下、上述向心闭合力不够大时，汽封间隙自动扩大为1.4～1.6mm，汽封处于张开状态，避免了停机阶段汽封磨损，提高了机组安全性。

此时汽轮机出现断叶片事故，转子动平衡遭到破坏，机组振动大幅增加，转子瞬间晃动达2.5mm，汽封发生碰磨，但由于径向弹簧可进一步压缩，使汽封碰磨时的磨损降至很低，减少了碰磨时的发热量，保证了汽轮机的安全性，降低了检修和维护成本。

上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种自微调汽封，其特征在于：包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向弹簧，汽封弧段的外侧设有径向弹簧组件；

汽封弧段上进汽端设有进汽槽，汽封弧段的挂耳上设有定位唇边，定位唇边设在进汽槽的正上方；

张开状态汽封间隙为0.8～2mm，闭合状态汽封间隙为0.3～0.5mm；汽封总退让间隙为2.5～4mm。

2.如权利要求1所述的自微调汽封，其特征在于：所述汽封弧段的大背弧上设有安装径向弹簧组件的安装孔，径向弹簧组件位于安装孔内。

3.如权利要求2所述的自微调汽封，其特征在于：所述的径向弹簧组件包括径向弹簧和径向凸杆；径向弹簧位于安装孔内；径向凸杆一端连在径向弹簧上、另一端高出大背弧。

4.如权利要求2所述的自微调汽封，其特征在于：所述的径向弹簧组件包括径向弹簧、径向凸杆和压盖；径向弹簧设在安装孔内；压盖盖合在安装孔上；径向凸杆穿过压盖与径向弹簧压接，径向凸杆可相对压盖滑动，且径向凸杆高出大背弧。

5.如权利要求2所述的自微调汽封，其特征在于：所述的径向弹簧组件包括径向弹簧、径向凸杆和压盖；径向弹簧设在安装孔内；压盖盖合在安装孔上；径向凸杆包括相互连接的顶杆和底面，底面被压盖卡合在安装孔内、并压在径向弹簧上，顶杆穿过压盖、且可相对压盖窜动，顶杆高出大背弧。

6.如权利要求1～5任意一项所述的自微调汽封，其特征在于：进汽槽设在汽封弧段上进汽端的挂耳和脖颈上，定位唇边的外表面与大背弧平滑过渡，定位唇边与静子的T型槽侧边间的间距为0～0.1mm。

7.权利要求1～6任意一项所述的自微调汽封的安装调试方法，其特征在于：包括顺序相接的如下步骤：

A、将装有径向弹簧组件的汽封弧段依次滑入静子的T型槽内，调整汽封间隙；

B、安装周向弹簧。

8.如权利要求7所述的自微调汽封的安装调试方法，其特征在于：步骤A中，径向弹簧组件的径向凸杆高出大背弧表面2～4mm，且径向凸杆的顶部与T型槽顶部接触，径向弹簧被进一步压缩，提供足够的向心力，使各个汽封弧段均贴近转子，将闭合汽封间隙调整至0.3～0.5mm；然后修刮径向凸杆的顶部，使汽封闭合状态下径向凸杆与静子T型槽的顶部配合间隙为0.5～1.5mm；在步骤A后和步骤B前，还包括调整定位唇边的步骤，使定位唇边与静子的T型槽侧边之间的间距为0～0.1mm。