CN110307041B - 一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置 - Google Patents
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Abstract
一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置，包括套装在转子主轴上的汽封块和固定在气缸侧壁的汽封齿，汽封齿的齿端均朝向并贴近汽封块的外周面，汽封块远离气缸内腔的外端面上开设有聚气槽，聚气槽为一圈绕转子主轴设置的环状凹槽，汽封块中还绕转子主轴间隔开设有多个增压孔，增压孔的一端与聚气槽的槽底内壁连通，增压孔的另一端沿着远离转子主轴并朝向气缸内腔的方向斜向延伸至汽封块的外周面，且增压孔的另一端位于汽封齿上相邻的两个齿端之间，使聚气槽内的气体在汽封块随转子主轴同步旋转的离心作用下能够沿着增压孔流动至汽封齿，以阻拦从气缸内腔沿着汽封齿与汽封块的间隙向气缸外侧流动的气流，提升汽轮机汽封的密封性能。
Description
技术领域
本发明涉及汽轮机端部汽封领域，尤其涉及一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置。
背景技术
汽轮机是以蒸汽为动力的旋转式蒸汽动力装置，由高温高压蒸汽穿过固定喷嘴成为加速的气流后喷射到叶片上，使装有叶片排的转子旋转，同时对外做功，从而将蒸气的热能转化为机械功，是现代火力发电厂中应用最广泛的原动机，具有单机功率大、效率高、寿命长等优点。在汽轮机中，转子主轴必然会从气缸中伸出，由于转子高速旋转，因此转子和气缸之间留有一定的间隙，少量蒸汽会通过该间隙泄漏至大气中，使气缸存在蒸汽泄漏的问题，为了提高汽轮机效率，阻止蒸汽泄漏至空气中，在汽轮机的前、后分别设计有端部汽封结构，现有的端部汽封一般通过汽封齿对蒸汽进行密封，使向外泄漏的气体从多个汽封齿的齿端之间逐渐流过，从而降低气体泄漏的速度达到密封的目的。但现有的汽封结构密封效果不足，依然会造成部分轴封漏汽，除了使机组热损失增大外，严重时还会对汽轮机的安全运行造成很大危害，若汽轮机轴端汽封漏汽量大，部分泄漏的蒸汽会进入到相邻的轴承附近，蒸汽在轴承附近凝结时，会使润滑油中混入水分，油质恶化，破坏轴承润滑性能，损坏轴承表面结构，造成严重事故。
发明内容
为解决现有汽轮机端部汽封的密封性能不足的问题，本发明提供了一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置，所述的汽轮机包括转子和气缸，转子主轴从气缸中伸出，所述的汽封包括套装在转子主轴上的汽封块和固定在气缸侧壁的汽封齿，汽封齿的齿端均朝向并贴近汽封块的外周面，汽封块远离气缸内腔的外端面上开设有聚气槽，所述聚气槽为一圈绕转子主轴设置的环状凹槽，汽封块中还绕转子主轴间隔开设有多个增压孔，增压孔的一端与聚气槽的槽底内壁连通，增压孔的另一端沿着远离转子主轴并朝向气缸内腔的方向斜向延伸至汽封块的外周面，且增压孔的另一端位于汽封齿上相邻的两个齿端之间，使聚气槽内的气体在汽封块随转子主轴同步旋转的离心作用下能够沿着增压孔流动至汽封齿，以阻拦从气缸内腔沿着汽封齿与汽封块的间隙向气缸外侧流动的气流。
优选的，所述聚气槽槽底的截面形状呈半圆形。
优选的，所述增压孔与聚气槽槽底远离转子主轴一侧的圆周面连通。
优选的，所述增压孔的轴线与转子主轴的轴线位于同一平面，多个增压孔绕转子主轴均匀间隔设置。
优选的，所述增压孔的轴线与转子主轴的轴线之间的夹角为15-45°。
优选的，所述汽封齿上开设有汽封加热系统接口，增压孔与汽封齿连通的一端位于汽封加热系统接口远离气缸内腔的一侧。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明在汽封块的端面上开设了一圈聚气槽，并在汽封块中开设了连通聚气槽和汽封块外周面的增压孔，在汽轮机工作时，转子主轴必然会高速旋转，汽封块就会随着转子主轴同步旋转，由于摩擦作用就必然会带动聚气槽内的气体以相同的方向旋转，聚气槽内的气体会因为转动而受到离心压缩作用，产生向远离转子主轴方向运动的趋势，此时聚气槽内的气体就会流入增压孔内，并沿着增压孔流动至汽封齿的相邻两个齿端之间，由于增压孔的方向为远离转子主轴并朝向气缸内腔，所以从增压孔中流出的气体方向必然与气缸内腔中向外泄漏的气体流向相反，就能阻拦从气缸内腔沿着汽封齿与汽封块的间隙向气缸外侧流动的气流。与现有的单纯依靠汽封齿阻止气体泄漏的端部汽封相比，本发明中不仅通过汽封齿减缓气体向气缸外侧泄漏的流速，还利用离心压缩作用直接产生了偏向气缸内腔流动的反冲气流，从而大幅提升了端部汽封的密封作用，降低汽轮机轴封漏气的几率，保证汽轮机能够长时间安全、高效运行。
附图说明
图1为汽轮机中气缸和转子主轴的结构示意图；
图2为图1中A处端部汽封的放大示意图。
图中标记：1、气缸，2、转子主轴，3、汽封齿，4、汽封块，5、聚气槽，6、增压孔，7、汽封加热系统接口。
具体实施方式
参见附图，具体实施方式如下：
一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置，如图1所示，所述的汽轮机包括转子和气缸1，转子主轴2从气缸1中伸出，位于气缸1内部的转子主轴2上套装有叶片，高温高压蒸汽在气缸1中通过喷嘴向叶片喷射，从而带动叶片和转子主轴2旋转，就把蒸气的热能转化为了转子旋转的动能。由于上述结构，在转子主轴2和气缸1侧壁之间必然存在间隙，为了防止气缸1中的蒸汽通过间隙泄漏，所以在转子主轴2和其所穿设的气缸1侧壁之间安装有汽封。
如图2所示，本实施例中采用的汽封包括套装在转子主轴2上的汽封块4和固定在气缸1侧壁的汽封齿3，汽封块4和汽封齿3的数量均可以设置为多个，汽封齿3的齿端均朝向并贴近汽封块4的外周面，当蒸汽从气缸1内部向外侧泄漏时，就会从多个汽封齿3的齿端之间逐渐流过，就能降低气体泄漏的速度，从而达到密封的目的，但仅靠汽封齿端部对气流的阻碍作用，密封效果不足。
如图2所示，本实施例中为了提升密封效果，在汽封块4远离气缸1内腔的外端面上开设有聚气槽5，聚气槽5为一圈绕转子主轴2设置的环状凹槽，并且聚气槽5槽底的截面形状呈半圆形，使气体能够在聚气槽5中顺畅的流动；汽封块4中还绕转子主轴2均匀间隔开设有多个增压孔6，增压孔6的一端与聚气槽5槽底远离转子主轴2一侧的圆周面连通，增压孔6的另一端沿着远离转子主轴2并朝向气缸1内腔的方向斜向延伸至汽封块4的外周面，且增压孔6的另一端位于汽封齿3上相邻的两个齿端之间，增压孔6的轴线与转子主轴2的轴线位于同一平面，并且增压孔6的轴线与转子主轴2的轴线之间的夹角为15-45°。
在汽轮机工作时，转子主轴2必然会高速旋转，汽封块4就会随着转子主轴2同步旋转，由于摩擦作用就必然会带动聚气槽5内的气体以相同的方向旋转，聚气槽5内的气体会因为转动而受到离心压缩作用，产生向远离转子主轴2方向运动的趋势，此时聚气槽5内的气体就会流入增压孔6内，并沿着增压孔6流动至汽封齿3的相邻两个齿端之间，由于增压孔5的方向为远离转子主轴2并朝向气缸1内腔，所以从增压孔5中流出的气体方向必然与气缸5内腔中向外泄漏的气体流向相反，就能阻拦从气缸5内腔沿着汽封齿3与汽封块4的间隙向气缸1外侧流动的气流。
如图2所示，汽轮机的汽封上通常连接有汽封加热系统，因此在汽封齿3上通常开设有汽封加热系统接口7，而增压孔6与汽封齿3连通的一端位于汽封加热系统接口7远离气缸1内腔的一侧，一方面通过增压孔6中吹出的反冲气流避免被汽封加热系统所加热的气体泄漏，保证汽封加热系统的加热效率，防止热能浪费，另一方面增压孔6吹出的反冲气流中也必然会有一部分气体在与气缸1内泄漏的气体相遇后，改变流向朝气缸1的外侧流动，通过这部分气体能够带走汽封端部的部分热量，降低汽封外端面的温度，从而降低了汽封端部温度对汽封密封性能的影响，所以本实施例可以有效的阻止蒸汽外泄，提高热能利用效率，降低了蒸汽泄漏对轴承及油系统的损害。
Claims (3)
1.一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置，所述的汽轮机包括转子和气缸（1），转子主轴（2）从气缸（1）中伸出，所述的汽封包括套装在转子主轴（2）上的汽封块（4）和固定在气缸（1）侧壁的汽封齿（3），汽封齿（3）的齿端均朝向并贴近汽封块（4）的外周面，其特征在于：汽封块（4）远离气缸（1）内腔的外端面上开设有聚气槽（5），所述聚气槽（5）为一圈绕转子主轴（2）设置的环状凹槽，汽封块（4）中还绕转子主轴（2）间隔开设有多个增压孔（6），增压孔（6）的一端与聚气槽（5）的槽底内壁连通，增压孔（6）的另一端沿着远离转子主轴（2）并朝向气缸（1）内腔的方向斜向延伸至汽封块（4）的外周面，且增压孔（6）的另一端位于汽封齿（3）上相邻的两个齿端之间，使聚气槽（5）内的气体在汽封块（4）随转子主轴（2）同步旋转的离心作用下能够沿着增压孔（6）流动至汽封齿（3），以阻拦从气缸（1）内腔沿着汽封齿（3）与汽封块（4）的间隙向气缸（1）外侧流动的气流；
所述聚气槽（5）槽底的截面形状呈半圆形；所述增压孔（6）与聚气槽（5）槽底远离转子主轴（2）一侧的圆周面连通；
所述汽封齿（3）上开设有汽封加热系统接口（7），增压孔（6）与汽封齿（3）连通的一端位于汽封加热系统接口（7）远离气缸（1）内腔的一侧。
2.根据权利要求1所述的一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置，其特征在于：所述增压孔（6）的轴线与转子主轴（2）的轴线位于同一平面，多个增压孔（6）绕转子主轴（2）均匀间隔设置。
3.根据权利要求2所述的一种基于离心压缩原理的汽轮机端部汽封装置，其特征在于：所述增压孔（6）的轴线与转子主轴（2）的轴线之间的夹角为15-45°。
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