CN1073198C - 用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，它有弧块、螺旋弹簧、位置在汽封水平中分面间的上下弧块沿轴心对称的弹簧槽，弹簧槽内装有弹簧和调节垫片，弹簧槽接疏水孔，其克服了已有开合式汽封的不足，具有力学关系合理，开合合理，不磨损、适合国情等一系列优点。
Description
本发明公开了一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，用于蒸汽轮机汽封系统上。
蒸汽轮机为了减少内部级与级之间的漏汽及防止内部蒸汽漏出到大气，以往，都采用迷宫式汽封，如图1所示，每一圈汽封有六段弧块3，每段弧块上均有多个齿，齿尖1与转动轴2间留有较小间隙(约0.6毫米)，为了防止齿尖1与轴2碰磨，弧块3用弹簧4顶托，使其具有退让2～3毫米的余地。尽管如此，仍难以避免齿尖1与轴2表面的磨损，特别是在汽轮机启动和停机过程中发生的严重碰磨事故。如不及时处理这些事故，会造成汽轮机轴的弯曲。为矫正弯曲的轴，要付出很大的代价，并会大大缩短转子的使用寿命。
80年代初，美国通用电气公司研制了开合式汽封，即在汽轮机启动及停机时，汽封能够张开，使齿尖与轴表面的间隙增大至设定间隙与退让余地之和，从而避免了碰磨，但存在结构复杂，尺寸大，不适于中国使用的问题；80年代末，美国布莱登公司研制了新一代开合式汽封，如图2所示，它是利用置于上下弧块3上的四个螺旋弹簧4产生的弹力作用，来避免齿尖1与轴2碰磨的，其能使上半圈汽封顶部弧块3拱起，上半图汽封两侧弧块3上端张开，但存在不能使上半圈汽封两侧弧块3下端张开(两侧弧块3下端的张开需借助外力)，及螺旋弹簧4使用时间长易腐蚀结垢、寿命短、安装不便、造价高等缺点。
本发明的目的是提供一种新型结构的用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封。
本发明的目的是这样实现的：一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，它有弧块、弹簧、弹簧槽，弹簧槽开在汽封水平中分面间的上下弧块上，且位置沿轴心对称，弹簧槽接疏水孔，弹簧置于弹簧槽内。
本发明的结构选择与我国目前普遍使用的用弹簧片支持的迷宫式汽封相比，具有如下优点：汽封齿不会与汽轮机轴发生磨损，避免在汽机启动中发生汽轮机轴弯曲事故以及由此引起的动静部件损伤，避免了事故检修带来的巨大经济损失，保护了叶顶阻汽片的完好，减少了运行中的漏汽，使机组热效率或出力得到提高。以我国目前的实际情况来说，选用本发明所述汽封一般可降低热耗率25～45大卡/度，或提高出力1～2％，即降低标准煤耗4～7克/度。
另外，汽封齿的完好，使得轴端汽封不会向外漏气，减少了发电机绝缘受潮及发电机转子护环的应力腐蚀，防止调速系统生锈卡涩。避免滑销系统生锈卡涩，避免出现重大经济损失，且造价低，适合国情。
本发明所述汽封与已有开合式汽封相比具有如下优点：(1)．本发明仅安装两只垂直方向的弹簧，在汽轮机未工作状态时，如图5所示，弹力Ft将上半圈汽封整体托起，并使上半圈两侧弧块下端受到张开方向的力矩Z，结构简单，部件少，力学关系直接；而已有开合式汽封安装四只圆周方向的弹簧，汽轮机未工作状态时，如图6所示，弹力Ft1将上半圈汽封的顶部弧块拱起，上半圈两侧弧块在力矩Z1作用下，上端张开，但不能使上半圈两侧弧块下端张开，下端的张开需借助外力，力学作用不完善。
(2)．本发明的这种结构，上半圈汽封闭合时需压缩弹簧y+h，如图4所示，而下半圈汽封闭合时弹簧总压缩量为y+2h，且还需克服下半圈汽封弧块的重力，所以，方便地实现了下半圈汽封的闭合迟于上半圈汽封，更好地适应了启动中由于下汽缸温度低于上汽缸导致的下部汽封间隙小的状态，增加了启动的安全性；而已有开合式汽封无此优点。
(3)．本发明的特殊结构，在汽轮机启动时，如图7所示，汽封每半圈的汽压闭合垂直分力Fb较大，有利于保证汽封闭合动作的一致；而已有开合式汽封在汽轮机启动时，如图8所示，顶部及底部弧块闭合力Fb1较小，闭合动作一致性差。
(4)．本发明由于配置了弹簧座，采取了紧固措施，弧块与弹簧成一体，便于作出明显的永久标记，安装容易不易错，不易丢落弹簧；而已有开合式汽封弹簧是自由置入的，安装时易脱出丢失，标记又在弹簧丝上，不易辨认，易装错。
(5)．本发明由于设置了疏水孔，在汽轮机工作状态中能不断排除凝结水，可有效防止弹簧槽集结氧化物；而已有开合式汽封无疏水措施，时久锈垢堆集即会防碍弹簧动作。
(6)．弹簧在长期高温下工作，会有小量松弛，本发明由于弹簧座下可以加垫调节垫片用以补助弹簧松弛量，便于弹簧长期使用；而已有开合式汽封每次大修均需更换失效弹簧。
(7)．由于本发明结构简单，使得弧块加工工作量小，整圈汽封只需作2个弹簧槽及4个进汽槽，而已有开合式汽封弧块加工量大，整圈汽封需作4个弹簧槽及6个进汽槽。
图1是已有迷宫式汽封断面结构示意图；
图2是已有美国布莱登公司汽封断面结构示意图；
图3是本发明所述汽封正常工作状态下的断面结构示意图；
图4是本发明弹簧不同状态的比较示意图；
图5是弹簧对本发明汽封上半圈作用产生的力学关系图；
图6是弹簧对已有开合式汽封上半圈作用产生的力学关系图；
图7是汽压对本发明汽封上半圈作用产生的力学关系图；
图8是汽压对已有开合式汽封上半圈作用产生的力学关系图；
图9是本发明附图3的局部放大A示意图；
图10是本发明附图3的旋转剖示B-B示意图；
下面结合附图对本发明的结构作进一步的说明：
实施例1：
如图3所示，一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，它有沿转动轴2均匀分布的六块弧块3、弹簧4、开在弧块上的弹簧槽5。弹簧槽5开在水平中分面间的上下弧块3上，且位置沿轴心对称；
如图9所示，弹簧座9置于弹簧槽5底部，顶丝8将弹簧座9与弧块3固定联成一体，弹簧4套在弹簧座9上，弹簧在长期高温下工作，会有小量松弛，此时，可旋下顶丝8，在弹簧座9下加垫合适的调节垫片7后固定；弹簧槽5底部开有疏水孔6，疏水孔6可以利用进气孔将水排出；
弹簧4可选用螺旋弹簧，其伸出弹簧槽5的高度即为计算好的工作压缩度。如图4所示，L1是弹簧自由长度，L2是弹簧安装长度，L3是汽封上半圈闭合后弹簧长度，L4是汽封上、下半圈闭合后弹簧长度，Y=L1-L2是弹簧的予压缩度；H=12-13=13-14是半圈汽封的闭合行程。根据不同汽封的汽压闭合力、闭合运动磨擦力、汽封结构的具体尺寸来选择相适应的具体弹簧，弹簧可选用中径6～11毫米、预压缩度为4～12毫米、刚度为0.2～5公斤/毫米、工作压缩度为4～6毫米；好的范围是中径7～10毫米、预压缩度5～10毫米、刚度0.5～4公斤/毫米、工作压缩度为4～6毫米。
水平中分面上部的三块弧块称为上半圈汽封，下部的三块弧块称为下半圈汽封，上、下圈汽封通过已有的常规方式相联，中分面间上下两侧弧块上开进气槽。
整圈汽封安装好时，上半圈汽封与下半圈汽封在水平中分面上的总间隙H1为二倍退让余地(通常为4～6毫米)，而齿尖1与轴2表面间隙H2为设定间隙(通常可为0.6毫米)与退让余地之和。两垂直布置的螺旋弹簧4将上半圈气封顶起张开，下半圈汽封则在弧块自重和弹簧反力的作用下张开。
本发明和以往开合式汽封一样，均是利用弧块3在汽轮机带负荷后，前后蒸汽压差来完成闭合动作的，但在结构和开启力学关系上均优于已有技术，下面是本发明的工作过程：
当启动汽轮机到带初始负荷以后，参见图10，汽封圈外压力为P1的蒸汽从进汽孔10、进气槽11进入汽封圈背面(a、b面)，那么，弧块有齿尖一面(C面)的平均汽压值1/2(P1+P2)低于P1，当汽封弧块前后蒸汽压力差(P1-P2)增大到一定值时，汽封即克服弹簧力及运动摩擦阻力逐级闭合，进入正常运行状态。
停机前减负荷到一定数值时，汽封弧块前后蒸汽压力差产生的闭合力不足以克服弹簧的弹性张力，汽封即逐级张开，故汽轮机在自额定转速下降时，汽封已张开并达到2.5毫米以上的间隙，并保持到下次启动带负荷之后，从而保证了汽封齿尖不磨损汽轮机轴。
Claims (10)
1．一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，它有弧块(3)、弹簧(4)、弹簧槽(5)，其特征是：在汽封水平中分面间的上下弧块(3)上开有弹簧槽(5)，弹簧槽(5)的位置沿转动轴(2)对称，在汽封水平中分面上下弧块(3)间装一只弹簧(4)，一只弹簧(4)置于弹簧槽(5)内。
2．如权利要求1所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：水平中分面间的上下弧块(3)间的总间隙H1为4～6毫米，齿尖(1)与轴(2)的表面间隙H2为2.6～3.6毫米。
3．如权利要求1或2所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧槽(5)接疏水孔(6)。
4．如权利要求1或2所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧槽(5)底部装有弹簧座(9)，弹簧(4)套在弹簧座(9)上。
5．如权利要求3所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧槽(5)底部装有弹簧座(9)，弹簧(4)套在弹簧座(9)上。
6．如权利要求4所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧座(9)下垫有调节垫片(7)。
7．如权利要求5所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧座(9)下垫有调节垫片(7)。
8．如权利要求1或2所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧(4)是螺旋弹簧，弹簧中径为6～11毫米、预压缩度为4～12毫米、刚度为0.2～5公斤/毫米、工作压缩度为4～6毫米。
9．如权利要求7所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧(4)是螺旋弹簧，弹簧中径为6～11毫米、预压缩度为4～12毫米、刚度为0.2～5公斤/毫米、工作压缩度为4～6毫米。
10．如权利要求9所述的一种用于蒸汽轮机上的自动闭合汽封，其特征是：弹簧(4)是螺旋弹簧，弹簧中径为7～10毫米、预压缩度为5～10毫米、刚度为0.5～4公斤/毫米、工作压缩度为4～6毫米。
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