CN105512419A - 自密封汽封动作点设定方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自密封汽封动作点设定方法，其步骤包括：利用机组启动及停机的曲线数据，进行10%-20%额定负荷下的热力计算、建立汽封圈开启或关闭关系式、选择试验修正数据、计算各级汽封圈前后压力值、计算汽封弹簧开启力、计算汽封弹簧特性值。本发明为自密封汽封设计提供了较准确的计算数据，使汽封关闭或开启的动作点准确。

Description

自密封汽封动作点设定方法
技术领域
本发明涉及汽轮机汽封技术，具体是一种自密封汽封动作点设定方法。
背景技术
汽轮机是高速旋转的精密热功转换机械，在汽缸、隔板等静止件与转子、叶片等转动件之间设有一定轴向和径向间隙，以免机组运行时，动静部件发生碰撞，为了减小动静间隙漏汽，必须设置汽封装置，在保证不发生动静摩擦的前提下，汽封间隙尽可能小，以减少漏汽损失，提高机组热效率。
该汽封结构见图1（即图1-1、图1-2），自密封汽封的间隙随汽轮机运行负荷变化自动调整，在汽轮机启、停过临界转速时，汽封离开汽轮机轴，汽封间隙最大，避免汽封与转子碰磨，当汽轮机运行带一定负荷（10%-20%额定负荷）时汽封开始闭合，工况稳定时汽封间隙维持最小值，以保证机组效率，汽封自动调整的闭、合动作点须预先设定。
自密封汽封依靠内径面蒸汽力和弹簧力开启，依靠外弧面蒸汽力关闭，自由状态下，在弹簧力作用下，汽封弧段处于张开状态，远离转子，机组启动时，随着蒸汽流量增加，当蒸汽压力克服弹簧力、摩擦力时汽封弧段逐渐关闭，与转子的径向间隙变小。停机时，随着蒸汽流量减小，在弹簧力作用下，推动汽封弧段远离转子，使汽封与转子之间的径向间隙达到最大值。
自密封汽封设计的关键是要找到汽封自动调整的动作点，依据该动作点才能确定弹簧参数，制造适合的弹簧，使汽封自动调整的动作点能满足实际工况的客观要求,从而保证机组效率。
要找到汽封自动调整的动作点，需要计算汽封前后压力，以前，计算汽封前后压力的方法比较简单，计算结果不真实，误差较大，使汽封开启/关闭的动作点不准确。主要问题是：
1、是根据100%的蒸汽参数按流量比例推导得到，没有按实际机组的启动运行及停机参数，运用气体动力学基本方程和流体运动速度规律进行热力计算。
2、没有根据实验系数修正计算值。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种自密封汽封动作点的设定方法，利用启动或停机曲线的蒸汽参数，进行10%-20%额定负荷下的热力计算，得到各级汽封前后的压力值，再通过试验数据修正后进行弹簧设计，计算结果的准确性有较大提高。
本发明是这样实现的：
一种自密封汽封动作点的设定方法，包括步骤：
（1）、根据机组实际启动、运行曲线，找出汽轮机10%-20%额定负荷下的进汽蒸汽参数值；
(2)、按下式分别计算汽封前后压力、关闭力、摩擦力的值；
F1=π×P1×（a×c+b×d）………………………（1）
式中：
F1-汽封进汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力；
P1-汽封进汽侧蒸汽压力；
a-汽封背弧承压面所在节圆的半径；
b-汽封顶面与隔板配合面所在节圆的半径；
c-汽封进汽侧外弧承压面的轴向宽度；
d-汽封颈部的轴向宽度；
π-圆周率；
F2=π×P2×a×e………………………………（2）
式中：
F2-汽封出汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力；
P2-汽封出汽侧蒸汽压力；
e-汽封出汽侧背弧承压面的轴向宽度；
F3=μ（P1-P2）×π（b2-f2）/4…………………（3）
式中：
F3-汽封摩擦力；
μ-摩擦系数；
f-汽封齿尖所在节圆的半径；
(3)、按以上计算值进行模拟试验，对计算值进行修正；
(4)、设汽封圈开启的条件为
F1+F2＜F3+F4+F5………………………………（4）
设汽封圈关闭的条件为
F1+F2＞F3+F4+F5………………………………（5）
式中：
F4-蒸汽在汽封圈内径面上产生的作用力；
F5-汽封圈弧段弹簧产生的作用力；
（5）、依据上述汽封圈开启、关闭条件，按下式计算值计算弹簧弹性力，制造相应的弹簧，安装在汽封上；
P=BEth3δ1/(3l3k)………………………………（6）
式中：
P-弹簧片的弹性力；
B-弹簧片最大应力截面宽度；
Et-工作温度时弹性模量；
h-弹簧片厚度；
δ1-弹簧片初挠度；
l-弹簧片变截面长度；
k-弹簧片的长度系数。
在对计算值进行修正时，可通过调整汽封圈颈部的轴向位置，改变前、后背弧承压面的面积，从而改变汽封前、后背弧承压面作用力F1、F2，满足动作点的要求。
本发明的有益效果是：针对自密封汽封动作原计算方法简单，有一定误差的问题，本发明提供一种自密封动作的计算方法，利用实际机组启动及停机曲线数据，进行10%-20%额定负荷下的热力计算，建立汽封开启或关闭关系式，选择试验修正数据，计算各级汽封前后压力值，汽封弹簧的开启力，通过调整自密封汽封圈颈部位置，改变蒸汽力大小，调整弹簧作用力。本发明为自密封汽封设计提供了较为准确的计算数据，使汽封关闭或开启的动作点得到有效保证。
附图说明
图1是自密封汽封结构图（其中：图1-1是主视图、图1-2是图1-1的A-A视图）
图2是某汽轮机启动运行曲线
图3是某汽轮机停机曲线
图4是汽封圈受力图
图5是汽封圈颈部位置调整示意图。
具体实施方式
本自密封汽封动作点的设定法，其步骤包括：
①确定汽封动作负荷点。
②利用实际机组启动运行曲线，得到10%-20%额定负荷下汽轮机进汽蒸汽参数。
③进行10%-20%额定负荷下热力计算，得到各级汽封前后压力值。
④计算汽封关闭力。
⑤计算汽封摩擦力、自重力。
⑥根据汽封开启或关闭条件及试验修正数据计算弹簧力。
⑦根据弹簧力条件计算弹簧特性数据。
⑧调整汽封圈颈部位置改变汽封蒸汽作用力。
汽封动作的负荷点设置为10%-20%额定负荷，选择10%额定负荷是由于汽轮机的转速已经超过转子二阶临界转速，选择20%额定负荷是为了尽可能减少低负荷工况下汽封漏汽量。
启动运行曲线，包括启动参数、启动运行过程，由启动运行曲线得到10%-20%额定工况下的蒸汽参数，即蒸汽压力、温度、流量等数据，见图2、图3。
10%-20%额定负荷下的热力计算是根据启动运行参数，运用气体动力学基本方程和流体运动速度规律进行热力计算，通过多级汽轮机热力计算，得到各级汽封前后压力值。算式如下：
F1=π×P1×（a×c+b×d）………………………（1）
式中：
F1-汽封进汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力；
P1-汽封进汽侧蒸汽压力；
a-汽封背弧承压面所在节圆的半径；
b-汽封顶面与隔板配合面所在节圆的半径；
c-汽封进汽侧外弧承压面的轴向宽度；
d-汽封颈部的轴向宽度；
π-圆周率；
F2=π×P2×a×e………………………………（2）
式中：
F2-汽封出汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力；
P2-汽封出汽侧蒸汽压力；
e-汽封出汽侧背弧承压面的轴向宽度；
汽封关闭力由F1和F2组成，参见图4。F1是汽封进汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力，F2是出汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力，汽封关闭力与汽封前后压力值有关。开启力为蒸汽在汽封圈内径上产生的作用力F4和汽封圈弧段弹簧产生的作用力F5，关闭力为蒸汽在汽封圈背弧承压面上作用力F1、F2。
设汽封圈开启的条件为
F1+F2＜F3+F4+F5………………………………（4）
设汽封圈关闭的条件为
F1+F2＞F3+F4+F5………………………………（5）
式中：
F4-蒸汽在汽封圈内径面上产生的作用力；
F5-汽封圈弧段弹簧产生的作用力。
摩擦力F3为汽封弧段闭合或张开时与汽封定位面产生的摩擦力。
F3=μ（P1-P2）×π（b2-f2）/4…………………（3）
式中：
F3-汽封摩擦力；
μ-摩擦系数；
f-汽封齿尖所在节圆的半径；
汽封自重力相对较小，可忽略不计。
试验修正系数是根据汽封实验室试验数据和电厂实测蒸汽参数整理的一套汽封计算修正系数。
弹簧力计算是根据汽封圈开启或关闭条件进行计算，通过受力分解，计算弹簧在布置方向上的作用力，并计算弹簧特性数据。算式如下：
P=BEth3δ1/(3l3k)………………………………（6）
式中：
P-弹簧片的弹性力；
B-弹簧片最大应力截面宽度；
Et-工作温度时弹性模量；
h-弹簧片厚度；
δ1-弹簧片初挠度；
l-弹簧片变截面长度；
k-弹簧片的长度系数。
按特性数据制造弹簧，安装在汽封上。这样，汽封圈的启、闭动作点就确定了。
在对计算值进行修正时，可通过调整汽封圈颈部的轴向位置，改变前、后背弧承压面的面积，从而改变汽封前、后背弧承压面作用力F1、F2，满足动作点的要求。当需要增加汽封关闭力时，将汽封圈颈部向出汽侧方向移动，反之，若需减小汽封关闭力时，可将汽封圈颈部向进汽侧方向移动，见图5。

Claims (2)

1.一种自密封汽封动作点的设定方法，包括步骤：
（1）、根据机组实际启动、运行曲线，找出汽轮机10%-20%额定负荷下的进汽蒸汽参数值；
(2)、按下式分别计算汽封前后压力、关闭力、摩擦力的值；
F1=π×P1×（a×c+b×d）………………………（1）
式中：
F1-汽封进汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力；
P1-汽封进汽侧蒸汽压力；
a-汽封背弧承压面所在节圆的半径；
b-汽封顶面与隔板配合面所在节圆的半径；
c-汽封进汽侧外弧承压面的轴向宽度；
d-汽封颈部的轴向宽度；
π-圆周率；
F2=π×P2×a×e………………………………（2）
式中：
F2-汽封出汽侧蒸汽压力作用于汽封弧段背部产生的作用力；
P2-汽封出汽侧蒸汽压力；
e-汽封出汽侧背弧承压面的轴向宽度；
F3=μ（P1-P2）×π（b2-f2）/4…………………（3）
式中：
F3-汽封摩擦力；
μ-摩擦系数；
f-汽封齿尖所在节圆的半径；
(3)、按以上计算值进行模拟试验，对计算值进行修正；
(4)、设汽封圈开启的条件为
F1+F2＜F3+F4+F5………………………………（4）
设汽封圈关闭的条件为
F1+F2＞F3+F4+F5………………………………（5）
式中：
F4-蒸汽在汽封圈内径面上产生的作用力；
F5-汽封圈弧段弹簧产生的作用力；
（5）、依据上述汽封圈开启、关闭条件，按下式计算值计算弹簧弹性力，制造相应的弹簧，安装在汽封上；
P=BEth3δ1/(3l3k)………………………………（6）
式中：
P-弹簧片的弹性力；
B-弹簧片最大应力截面宽度；
Et-工作温度时弹性模量；
h-弹簧片厚度；
δ1-弹簧片初挠度；
l-弹簧片变截面长度；
k-弹簧片的长度系数。
2.如权利要求1所述的自密封汽封动作点的设定方法，其特征在于：在对计算值进行修正时，可通过调整汽封圈颈部的轴向位置，改变前、后背弧承压面的面积，从而改变汽封前、后背弧承压面作用力F1、F2，满足动作点的要求。
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