CN104564175A - 一种多级防脱型刷式汽封圈 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述多级防脱型刷式汽封圈有数段汽封环首尾相接组成，所述汽封环包括环体，所述环体上设置有至少一个高齿密封条、至少一个低齿密封条、至少一个密封刷。该多级防脱型刷式汽封圈的漏汽量仅为原梳齿式汽封的10%-20%。焊接后的强度比金属丝本身强度还要高，不会发生掉丝等现象，具有良好的密封性能，该刷式汽封样品可承受的速度超过305米/秒，耐温可达690℃以上，能长期、稳定、安全运行，可适合大型转子机械设备作动密封使用，特别适合对现有汽轮机的动密封进行更换升级使用。

Description

一种多级防脱型刷式汽封圈

技术领域

本发明涉及一种汽封圈，具体来说涉及一种多级防脱型刷式汽封圈，特别适合汽轮发电机组的汽轮机等大型转子机械设备动密封使用的多级防脱式型刷式汽封圈，属于汽轮机的密封装置。

背景技术  

影响汽轮机效率、煤耗及汽耗等经济因素很多，其中导致汽轮机效率降低的一个重要原因是汽轮机通流动、静叶汽封和轴封的泄漏，特别是汽轮机参数越来越高，相同密封间隙下，通过级间汽封蒸汽的密度升高，流量增大，漏汽不仅旁路且又可能做功于动或静叶，而且造成下一级主流道扰动，双重负面效果严重影响级效率，由此可见，汽轮机的泄漏量大是影响汽轮机效率降低的重要因素，改进汽封、轴封降低泄漏量刻不容缓。汽轮机目前最常用的汽封圈多为梳齿式结构，其工作原理是迫使流体通过曲折的途径递减其压力以减少泄漏，在装配时，汽封环通过放置在汽封弧块背部的弹簧片压紧到设计位置，当汽封齿与转子碰磨时，汽封环有一定的退让，不至严重损伤轴和汽封环，但不能防止摩擦。近几年来，随着技术的发展从国外引进了多种新型汽封，较为典型的有：接触式汽封、侧齿汽封、蜂窝汽封等，但

仍存在密封性能不好，泄漏量大，轴易振动等不足。                                          汽轮机的设计需考虑汽轮机冷态、温态和热态各种工况，保证从起动即冷态到满负荷即热态每个工况下都能稳定运行。当汽轮机在起动、半负荷、满负荷工况时，，其转子和汽缸存在着不同的相对膨胀差，这样就会造成汽封的低齿部分脱空，另外因汽轮机制造误差和汽轮机安装误差也会造成汽封齿脱空或碰撞现象，造成泄漏量增大。因此，迫切的需要一种新的技术方案解决上述技术问题。

发明内容

为了解决上述存在的问题，本发明公开了一种多级防脱型刷式汽封圈，该技术方案整体设计巧妙，结构简单合理、安全可靠、使用方便、密封性能好。该技术方案是在同一圈汽封体上实现高、低汽封齿多级联合的的刷式汽封圈，从而保证汽轮机在各种工况运行时，汽封齿不出现与转子密封面脱空、碰撞现象，减少泄漏量，以达到最佳密封效果。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述多级防脱型刷式汽封圈有数段汽封环首尾相接组成，所述汽封环包括环体，所述环体上设置有至少一个高齿密封条、至少一个低齿密封条、至少一个密封刷

或者所述环体上设置有至少一个密封刷；

或者所述环体上设置有至少一个密封刷和至少一个高齿密封条；

或者所述环体上设置有至少一个密封刷和至少一个低齿密封条。该技术方案中每段汽封环均包括环体、高齿密封条、低齿密封条以及密封刷；该技术方案中首次提出了将现有技术中的至少有一个高齿密封条或低齿密封条替换为密封刷，也可根据需求至少有一组高、低齿密封条改为密封刷，甚至全部高、低齿密封条改为密封刷。该技术方案能适应转子的瞬间径向变形、轴向窜动、偏心运动，保证汽封齿与转子密封面不出现脱空、碰撞现象，在保证安全的前提下尽量减小密封间隙，在接触密封的情况下能适当增加转子振动阻力从而有利于改善转子的稳定性，适合大型转子机械设备特别是汽轮机动密封使用的多级防脱型刷式汽封圈。

作为本发明的一种改进，所述密封刷包括长密封刷或/和短密封刷。

作为本发明的一种改进，所述环体上设置有U型槽，所述高齿密封条、低齿密封条、密封刷均固装在U型槽上；通过滚铆或手工铆将高、低齿密封条、密封刷固装在环体对应的U型槽中，再通过线切割将高、低齿密封条、密封刷先后加工到图纸尺寸，或通过工装固定，经过机加工达到图纸要求尺寸，对于变形大的环体可以铆接前进行校圆，再进行后续工序，这样制造的汽封圈尺寸准确，同心度高。所述高、低齿密封条为定制产品。

作为本发明的一种改进，所述密封刷包括夹板和金属丝，所述金属丝的外缘固定在两片夹板之间，所述金属丝的外缘焊接在两片夹板之间。该密封刷主要由紧密排列的柔性好、耐高温的细合金属丝组成，有极好的弹性，结合汽封环弧块背面弹簧片的配合，在于转子相碰磨时，金属丝可以弹性退让，不易被磨掉，保证了机组在小间隙甚至零间隙下的安全运行，即便机组过临界转速和变工况时，金属丝会跟随轴有效退让，不被磨损，待机组稳定之后，可恢复良好的密封性能。再由于金属丝间隙的不均匀性，使均匀的来流进入刷丝束中变得不均匀，并且从紧密的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在金属丝间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流，而当一射流遇到前面紧密的金属丝束，就会改变运动方向而变成与主流方向垂直的横向流动即横向流，正由于金属丝束能产生的横向流可使流体产生了自密封效应，它能使横向流过刷子的总压降增大从而进一步减少泄漏。

作为本发明的一种改进，所述金属丝层的直径为0.05-0.2mm、硬度大于等于80HB、抗拉强度大于等于800Mpa的耐高温合金丝，按设定角度紧密排列成厚度为0.5---5mm的环形体；为了减小对转轴的转动阻力，所述耐高温合金丝的设定排列角度优选为20-60度。本发明的多级防脱型刷式汽封圈的漏汽量仅为原梳齿式汽封的10%-20%。焊接后的强度比金属丝本身强度还要高，不会发生掉丝等现象，具有良好的密封性能，该刷式汽封样品可承受的速度超过305米/秒，耐温可达690℃以上，能长期、稳定、安全运行，可适合大型转子机械设备作动密封使用，特别适合对现有汽轮机的动密封进行更换升级使用。

作为本发明的一种改进，所述环体上设置有高齿密封条、低齿密封条以及至少两道短密封刷。对于与转子密封面特别容易脱空的低齿部分，可针对性制作成二道密封刷或者更多道密封刷，有效防止脱空，根据情况自行设置。

相对于现有技术，本发明的优点如下：1）该技术方案整体设计巧妙，结构简单合理、安全可靠、使用方便、密封性能好；2) 该技术方案中首次提出了将现有技术中的至少有一个高齿密封条或低齿密封条替换为密封刷，也可根据需求至少有一组高、低齿密封条改为密封刷，甚至全部高、低齿密封条改为密封刷的设计理念，对于与转子密封面特别容易脱空的低齿部分，可针对性制作成二道密封刷，有效防止脱空；3）该技术方案能适应转子的瞬间径向变形、轴向窜动、偏心运动，保证汽封齿与转子密封面不出现脱空、碰撞现象，在保证安全的前提下尽量减小密封间隙，在接触密封的情况下能适当增加转子振动阻力从而有利于改善转子的稳定性，适合大型转子机械设备特别是汽轮机动密封使用的多级防脱型刷式汽封圈；4）该多级防脱型刷式汽封圈的漏汽量仅为原梳齿式汽封的10%-20%。焊接后的强度比金属丝本身强度还要高，不会发生掉丝等现象，具有良好的密封性能，该刷式汽封样品可承受的速度超过305米/秒，耐温可达690℃以上，能长期、稳定、安全运行，可适合大型转子机械设备作动密封使用，特别适合对现有汽轮机的动密封进行更换升级使用；5）该技术方案成本较低，便于大规模的推广应用。

附图说明

图1是现有的梳齿式汽封圈的结构示意图；

图2是本发明中多级防脱型刷式汽封圈的汽封环体的结构示意图；

图3-1是本发明中长密封刷的结构示意图；

图3-2是本发明中短密封刷的结构示意图；

图4是本发明中用一个密封刷代替一个高齿密封条的结构示意图；

图5是本发明中用一个密封刷代替一个低齿密封条的结构示意图；

图6是本发明中用二个密封刷代替一个低齿密封条的结构示意图；

图7是本发明中用二个密封刷代替一个高齿密封条和一个低齿密封条的结构示意图；

图8是本发明中用五个密封刷代替二个高齿密封条和三个低齿密封条的结构示意图；

图中：1是环体，2是高齿密封条，3是低齿密封条，5是夹板，6是金属丝层，41是长密封刷，42是短密封刷，7、U型槽。

具体实施方式

为了加深本发明的认识和理解，下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

参见图4，一种多级防脱型刷式汽封圈，所述多级防脱型刷式汽封圈有数段汽封环首尾相接组成，所述汽封环包括环体1，所述环体上设置有至少一个高齿密封条2、至少一个低齿密封条3、至少一个密封刷，该技术方案中每段汽封环均包括环体1、高齿密封条2、低齿密封条3以及密封刷，所述密封刷包括长密封刷41或/和短密封刷42。参见图1，现有技术中的汽封圈是由多个高密封条2、低密封条3组成。该技术方案中首次提出了将现有技术中的至少有一个高齿密封条2或低齿密封条3替换为密封刷41或42，也可根据需求至少有一组高、低齿密封条改为密封刷，甚至全部高、低齿密封条改为密封刷。对于与转子密封面特别容易脱空的低齿部分，可针对性制作成二道密封刷或者三道密封刷，有效防止脱空，具体参见图6，用两个短密封刷42代替一个低齿密封条3，也可以用三个甚至更多短密封刷代替一个低齿密封条。本发明的多级防脱型刷式汽封圈的密封刷的长短和数量可根据需要设定，参见图4，用一个长密封刷41代替一个高齿密封条2；参见图5，用一个短密封刷42代替一个低齿密封条3，参见图7，用一个长密封刷41和一个短密封刷42分别代替一个高齿密封条和一个低齿密封条，参见图8，用两个长密封刷41和三个短密封刷42分别代替两个高齿密封条2和三个低齿密封条3，在不考虑成本的情况下，密封刷数量越多的密封效果越好。该技术方案能适应转子的瞬间径向变形、轴向窜动、偏心运动，保证汽封齿与转子密封面不出现脱空、碰撞现象，在保证安全的前提下尽量减小密封间隙，在接触密封的情况下能适当增加转子振动阻力从而有利于改善转子的稳定性，适合大型转子机械设备特别是汽轮机动密封使用的多级防脱型刷式汽封圈。

实施例2：

参见图4，作为本发明的一种改进，所述环体上设置有U型槽7，所述高齿密封条2、低齿密封条3、密封刷均固装在U型槽7上；通过滚铆或手工铆将高、低齿密封条、密封刷固装在环体对应的U型槽7中，再通过线切割将高、低齿密封条、密封刷先后加工到图纸尺寸，或通过工装固定，经过机加工达到图纸要求尺寸，对于变形大的环体可以铆接前进行校圆，再进行后续工序，这样制造的汽封圈尺寸准确，同心度高。所述高、低齿密封条为定制产品。

实施例3：

参见图3，作为本发明的一种改进，所述密封刷包括夹板5和金属丝6，所述金属丝6的外缘固定在两片夹板5之间，所述金属丝6的外缘焊接或铆接在两片夹板5之间。该密封刷主要由紧密排列的柔性好、耐高温的细合金属丝组成，有极好的弹性，结合汽封环弧块背面弹簧片的配合，在于转子相碰磨时，金属丝可以弹性退让，不易被磨掉，保证了机组在小间隙甚至零间隙下的安全运行，即便机组过临界转速和变工况时，金属丝会跟随轴有效退让，不被磨损，待机组稳定之后，可恢复良好的密封性能。再由于金属丝间隙的不均匀性，使均匀的来流进入刷丝束中变得不均匀，并且从紧密的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在金属丝间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流，而当一射流遇到前面紧密的金属丝束，就会改变运动方向而变成与主流方向垂直的横向流动即横向流，正由于金属丝束能产生的横向流可使流体产生了自密封效应，它能使横向流过刷子的总压降增大从而进一步减少泄漏。

实施例4：

参见图3，作为本发明的一种改进，所述金属丝层6的直径为0.05-0.2mm、硬度大于等于80HB、抗拉强度大于等于800Mpa的耐高温合金丝，按设定角度紧密排列成厚度为0.5---5mm的环形体；为了减小对转轴的转动阻力，所述耐高温合金丝的设定排列角度优选为20-60度。本发明的多级防脱型刷式汽封圈的漏汽量仅为原梳齿式汽封的10%-20%。焊接后的强度比金属丝本身强度还要高，不会发生掉丝等现象，具有良好的密封性能，该刷式汽封样品可承受的速度超过305米/秒，耐温可达690℃以上，能长期、稳定、安全运行，可适合大型转子机械设备作动密封使用，特别适合对现有汽轮机的动密封进行更换升级使用。

本发明还可以将实施例2、3、4所述技术特征中的至少一个与实施例1组合，形成新的实施方式。

需要说明的是上述实施例仅仅是本发明的较佳实施例，并不是用来限定本发明的保护范围，在上述基础上作出的等同替换或者替代均属于本发明的保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (8)

1.一种多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述多级防脱型刷式汽封圈有数段汽封环首尾相接组成，所述汽封环包括环体，所述环体上设置有至少一个高齿密封条、至少一个低齿密封条、至少一个密封刷

或者所述环体上设置有至少一个密封刷；

或者所述环体上设置有至少一个密封刷和至少一个高齿密封条；

或者所述环体上设置有至少一个密封刷和至少一个低齿密封条。

2.根据权利要求1所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述密封刷包括长密封刷或/和短密封刷。

3.根据权利要求2所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述环体上设置有U型槽，所述高齿密封条、低齿密封条、密封刷均固装在U型槽上。

4.根据权利要求2所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述密封刷包括夹板和金属丝，所述金属丝的外缘固定在两片夹板之间。

5.根据权利要求3或4所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述金属丝的外缘焊接在两片夹板之间。

6.根据权利要求5所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述金属丝层的直径为0.05-0.2mm、硬度大于等于80HB、抗拉强度大于等于800Mpa的耐高温合金丝，按设定角度紧密排列成厚度为0.5---5mm的环形体。

7.根据权利要求6所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述耐高温合金丝的设定排列角度为20-60度。

8.根据权利要求7所述的多级防脱型刷式汽封圈，其特征在于，所述环体上设置有高齿密封条、低齿密封条以及至少两道短密封刷。