CN104074558A

CN104074558A - 一种旋转刷式汽封体

Info

Publication number: CN104074558A
Application number: CN201410223091.5A
Authority: CN
Inventors: 盛德仁; 李治乾; 陈坚红; 李蔚
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2014-10-01
Anticipated expiration: 2034-05-23
Also published as: CN104074558B

Abstract

本发明公开了一种旋转刷式汽封体，包括安装在汽缸内的汽封圈和转子，所述的汽封圈由多段弧形的齿形汽封块组成，所述的转子上设有带刷毛的刷式汽封齿，所述的刷毛逆转子旋转方向具有20～40度的倾角。本发明将刷式汽封齿通过基座安装在转子上，与安装在汽缸齿形汽封块上的高低梳齿构成迷宫式汽封，提高了汽封的密封效果，减少对转子的碰磨，保障机组的安全性。

Description

一种旋转刷式汽封体

技术领域

本发明涉及汽轮机、燃气轮机、压气机等旋转透平机械的密封，尤其涉及一种旋转刷式汽封体。

背景技术

为确保汽轮机转子转动时不发生动、静间摩擦，转子和汽缸之间需要留一定的空隙。蒸汽会通过这一间隙向外泄漏，从而减少汽轮机做功的蒸汽量，降低汽轮机的功率和效率，同时还会污染厂房和设备。因此，汽轮机转子和汽缸间需要设置汽封以减少漏气。

汽轮机常用的传统汽封是齿形迷宫式汽封，由若干依次排列并固定在汽封环上的高低梳齿组成，并与主轴上的凹凸槽交错对应，在每两个齿隙之间形成一个环形汽室。漏气在汽室内经过多次节流膨胀，产生阻尼效果，从而减少蒸汽轴向泄漏。齿形汽封块背部安装有弹簧，碰磨时可进行弹性退让。为了提高机组安全性，应尽量避免汽轮机动静之间发生碰磨，因此，齿形汽封的径向间隙和轴向间隙较大，齿间环形腔室的环向流动大大减少了涡流降速的效果。另外，汽轮机启停机和过临界转速时，转子振幅较大，梳齿与轴易发生碰磨，瞬间产生大量热量，造成轴局部过热，以致产生大轴弯曲，威胁机组安全。同时，梳齿的磨损引起蒸汽作用力沿周向分布不均衡，产生蒸汽激振现象。

近年来刷式汽封得到了推广应用，其主要结构是由刷毛和前后夹板组成，并与汽封本体以特定方式组合。刷毛自由端与轴表面接触，可适应转子的径向偏移。利用刷毛间隙的不均匀结构产生的横向流破坏同向流，产生自密封效应，达到密封效果。刷式汽封的密封效果比传统型汽封要好，但由于刷式汽封是接触式汽封，仍然会对轴接触部位产生一定的不可逆损伤，有时为了保护轴不被磨损，需对轴接触部位进行表面喷涂处理，工程量大，造价高。另外，由于刷毛前后存在较大的压差，刷毛在压力作用下紧贴后挡板，产生弹性滞后现象，无法适应转子的径向位移。同时，当转子发生瞬态偏振时，转子和刷毛将发生碰磨，容易造成刷毛的倒伏或卷曲现象。

针对以上问题，当前有部分发明和实用新型专利提出了改进方案。例如，申请公开号为CN103410570A的发明专利提出了一种高低梳齿带R角过渡的刷式汽封体，减少高齿与转子凸台的碰磨机率；又如授权公开号为CN203430577U的实用新型专利将传统梳齿汽封和刷式汽封结合在一起，减少磨损形成可靠汽封；再如申请公开号为CN103603696A的发明专利将布莱登汽封和刷式汽封结合到一起，并通过镶装导流槽解决了轴流对刷毛的干扰问题。以上若干专利在刷式汽封改进方面各有侧重，但并没有改变刷式汽封齿的基本布置方式，即布置在汽缸汽封槽内的汽封块上，刷毛与转子仍然会发生碰磨而产生一系列问题。

发明内容

针对以上汽封技术存在的问题，本发明设计了一种新型旋转刷式汽封，提出将刷式汽封齿安装在转子上，随转子旋转运动，在保证机组安全性的同时，提高了密封效果。

一种旋转刷式汽封体，包括安装在汽缸内的汽封圈和转子，所述的汽封圈由多段弧形的齿形汽封块组成，所述的转子上设有带刷毛的刷式汽封齿，所述的刷毛逆转子旋转方向具有20～40度的倾角。

本发明将刷式汽封齿安装在转子上，与其接触的面变为汽缸上齿形汽封块外表面，而非直接磨损转子，可有效抑制转子发生磨损的问题。

齿形汽封块通过支撑弹簧装配在汽缸的凹槽中，且相邻两段齿形汽封块之间设有缓冲弹簧。其中一段齿形汽封块内设有安装缓冲弹簧的容置槽，缓冲弹簧的另一端抵住另一相邻段的齿形汽封块。

汽封圈背面安装有弹簧，当转子发生瞬态偏振时，刷毛将先与汽封圈表面发生碰磨；同时汽封圈在弹簧作用下产生弹性退让，避免了高低梳齿与转子发生进一步的碰磨；两段齿形汽封块之间的缓冲弹簧可起到缓冲的作用。

所述的齿形汽封块朝向转子的面设有间隔布置的高梳齿和低梳齿，所述的转子与低梳齿对应的位置凸设有台阶。

优选的，所述的齿形汽封块朝向转子的面设有与刷式汽封齿错开布置的第二刷式汽封齿，第二刷式汽封齿顶部到转子表面的距离大于刷式汽封齿顶部到齿形汽封块的距离。本发明还可以采用组合式的刷式汽封齿，分别在转子与齿形汽封块上安装刷式汽封齿。

所述的刷式汽封齿包括通过螺栓固定在转子上的基座，所述基座上具有夹持刷毛的挡板。所述的挡板分为高挡板和低挡板，所述高挡板顶部具有抵住刷毛的凸边，刷毛与高挡板的板面之间具有压力平衡腔，部分漏气在这里形成压力区，平衡刷毛前后压差。同时，所述压力平衡腔中部设有作用于刷毛的支撑凸起，支撑凸起设置在高挡板的板面上，并抵住刷毛侧边，具有支撑刷毛的作用，以防止刷毛向压力平衡腔内弯曲变形。

所述刷毛的尖端到齿形汽封块表面的距离为0.1mm，齿形汽封块上的高梳齿和低梳齿到转子表面的距离为0.6mm和0.5mm。

所述的刷毛为直径在0.05mm～0.15mm之间的耐高温金属丝，由刷毛组成的刷丝束的厚度为1～3mm。

本发明采取的技术路线和有益效果如下：

将刷式汽封齿通过基座安装在转子上，与安装在汽缸齿形汽封块上的高低梳齿构成迷宫式汽封。由于接触面变为汽缸上齿形汽封块外表面，而非直接磨损转子，刷毛与齿形汽封块的安装间隙可降低至0.1mm以内，为普通刷式汽封设计值的1/3左右；同时，高低梳齿与刷式汽封齿交错排列，改变了漏气流出的出口位置，增加了紊流效果。本发明的以上两点改进提高了汽封的密封效果，机组效率预期提高1％至3％。

高低梳齿与转子的安装间隙控制在0.6mm和0.5mm以内，大于刷毛与汽封圈之间的间隙。汽封圈背面安装有弹簧，当转子发生瞬态偏振时，刷毛将先与汽封圈表面发生碰磨；同时汽封圈在弹簧作用下产生弹性退让，避免了高低梳齿与转子发生进一步的碰磨。本发明的以上两点改进保护了转子，提高了机组的安全性。

刷式汽封圈用双头螺柱固定在转子表面，方便更换和拆装，刷毛为直径0.1mm左右的耐高温金属丝，厚度约为2mm，与前后挡板一起焊接在基座上。刷毛与后挡板间设有压力平衡腔，部分漏气在这里形成压力区，平衡刷毛前后压差。同时，将刷毛逆转子旋转方向设成20～40度的倾角，在转子发生偏振时通过刷毛倾角缓冲部分径向位移。本发明的以上两点改进缓解了刷毛的弹性滞后现象，防止刷毛与汽封圈碰磨时出现倒伏和卷曲。

附图说明

图1为汽封结构的轴向剖面图；

图2为图1中R-R的局部剖视图；

图3为刷式汽封齿放大图；

图4为刷毛角度布置示意图；

图5为刷式汽封齿的另一结构图。

图中各部分：1.汽缸，2.齿形汽封块，3.转子，4.基座，5.弹簧，6.高低梳齿，7.刷式汽封齿，8.双头螺柱，9.弹簧，10.刷毛，11.前挡板，12.压力平衡腔，13.后挡板，14.支撑凸起。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的旋转刷式汽封体作进一步详细描述。

如图1和图2所示，本发明的旋转刷式汽封体主要包括齿形汽封块2和刷式汽封齿7的构造和布置。

齿形汽封块2装配在汽缸1的汽封凹槽中，并用弹簧5支撑，当发生碰磨时可进行弹性退让。整个汽封圈由6块弧段的齿形汽封块2组成，弧段之间布置有弹簧9，起缓冲作用。

刷式汽封齿7的基座4通过双头螺柱8固定在转子3上，可进行拆装更换。刷毛10端部到齿形汽封块2表面的距离为0.1mm，为普通刷式汽封设计值的1/3左右，高低梳齿6到转子3的距离分别为0.6mm和0.5mm，两者构成迷宫式汽封，提高了密封效果。磨损面为齿形汽封块2的外表面，当转子3发生瞬态偏振时，刷毛10首先与齿形汽封块2接触，并在弹簧5作用下发生弹性退让，缓解了高低梳齿6对转子3的磨损，保护了转子并提高了机组运行安全性。

如图3所示，刷毛10为直径0.1mm左右的耐高温金属丝，厚度约为2mm，与前挡板11及后挡板13一起焊接在基座4上，后挡板13(高挡板)与前挡板11(低挡板)具有高度差。后挡板13顶部设有朝刷毛10延伸的凸边，使得刷毛10与后挡板13间形成压力平衡腔12，部分漏汽在这里形成压力区，平衡刷毛前后压差，缓解刷毛的弹性滞后现象。

如图4所示，刷毛10逆转子3旋转方向设成20～40度的倾角，在转子3发生偏振时通过刷毛倾角缓冲部分径向位移，防止刷毛与汽封圈碰磨时出现倒伏和卷曲。

如图5所示，后挡板13的中部带有支撑凸起14，支撑凸起14恰好位于压力平衡腔12内，用于保持刷毛10的形状，防止刷毛10向压力平衡腔12内弯曲变形。

本发明的主要改进点在于：将刷式汽封齿7固定在转子表面，齿形汽封块2朝向转子3的面设有间隔布置的高梳齿和低梳齿，转子与低梳齿对应的位置凸设有台阶，使得转子与齿形汽封块2之间形成迷宫式汽封。

在本实施例中，刷式汽封齿7固定在两台阶之间的转子表面，通过可拆卸式的基座4安装在转子上，还可以在转子表面开设凹槽，将刷毛10嵌设并固定在凹槽内。在图2中，刷式汽封齿7安装在两高梳齿之间，此处仅为刷式汽封齿7的安装示意，并不用于限定刷式汽封齿7的安装位置，其位置可根据实际情况进行具体设定。

在另一个实施例中，还可以将刷式汽封齿7固定在转子表面的台阶上，使得刷式汽封齿7位于两低梳齿之间，也能取得同样的技术效果。

同时，还可以将本发明的刷式汽封齿7与现有的技术进行结合，即转子3和齿形汽封块2上均安装刷式汽封齿7，两个刷式汽封齿7相互错开布置，且刷式汽封齿顶部到转子表面的距离大于刷式汽封齿顶部到齿形汽封块的距离，两个刷式汽封齿到对应的转子或齿形汽封块2的距离均大于高低梳齿到转子表面的距离；发生碰撞时，安装在转子上的刷式汽封齿7率先与齿形汽封块2接触，在刷毛倾角过大时，安装在齿形汽封块2上的刷式汽封齿7再与转子表面接触，此时，虽然也存在刷式汽封齿7与转子表面接触，但是已经经过一道刷式汽封齿的缓冲，对转子的碰磨作用小，同时可进一步增加汽封的密封效果，使机组的效率得以提高。

Claims

1.一种旋转刷式汽封体，包括安装在汽缸内的汽封圈和转子，所述的汽封圈由多段弧形的齿形汽封块组成，其特征在于，所述的转子上设有带刷毛的刷式汽封齿，所述的刷毛逆转子旋转方向具有20～40度的倾角。

2.如权利要求1所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述的齿形汽封块通过支撑弹簧装配在汽缸的凹槽中，且相邻两段齿形汽封块之间设有缓冲弹簧。

3.如权利要求2所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，其中一段齿形汽封块内设有安装缓冲弹簧的容置槽，缓冲弹簧的另一端抵住另一相邻段的齿形汽封块。

4.如权利要求2所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述的齿形汽封块朝向转子的面设有间隔布置的高梳齿和低梳齿，所述的转子与低梳齿对应的位置凸设有台阶。

5.如权利要求4所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述的齿形汽封块朝向转子的面设有与刷式汽封齿错开布置的第二刷式汽封齿，第二刷式汽封齿顶部到转子表面的距离大于刷式汽封齿顶部到齿形汽封块的距离。

6.如权利要求1所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述的刷式汽封齿包括通过螺栓固定在转子上的基座，所述基座上具有夹持刷毛的挡板。

7.如权利要求6所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述的挡板分为高挡板和低挡板，所述高挡板顶部具有抵住刷毛的凸边，刷毛与高挡板的板面之间具有压力平衡腔。

8.如权利要求7所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述压力平衡腔中部设有作用于刷毛的支撑凸起。

9.如权利要求1所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述刷毛的尖端到齿形汽封块表面的距离为0.1mm，齿形汽封块上的高梳齿和低梳齿到转子表面的距离为0.6mm和0.5mm。

10.如权利要求1所述的旋转刷式汽封体，其特征在于，所述的刷毛为直径在0.05mm～0.15mm之间的耐高温金属丝，由刷毛组成的刷丝束的厚度为1～3mm。