CN201425316Y - 应用于回转式空预器的接触式密封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于回转式空预器的接触式密封结构，用于密封空预器中运动件与静止件之间的动态间隙；密封结构至少包括密封件，密封件包括本体及固定在本体上、成簇状排列的丝状物；丝状物包括用于与本体连接的固定端部分，及具有弹性的自由端部分；密封件通过本体与运动件和静止件中的一个固定连接，丝状物的自由端部分借助于弹性而与运动件和静止件中的另一个保持接触状态。本实用新型由于在空预器中动态间隙的位置上设置了成簇状排列的丝状物，利用空气在簇状排列的丝状物中的流动特性及丝状物的弹性特性，实现了降低空预器漏风率的技术目的。本实用新型结构简单、成本低廉，在使用中维护和调整都很便利，具有良好的灵活性和适用性。

Description

应用于回转式空预器的接触式密封结构

技术领域

本实用新型涉及火力发电设备技术领域，尤其涉及一种应用于回转式空预器的接触式密封结构。

背景技术

在发电设备领域中，转子回转式空气预热器的工作原理是驱动转子在空气预热器本体中连续但缓慢地转动，转子交替经过流入预热器的热烟气一侧和冷空气一侧，利用转子上载有的传热元件在热烟气一侧中吸取热量，在冷空气一侧中释放热量，来实现热交换功能，达到利用烟气的热量加热冷空气的技术目的。

回转式空气预热器是一种转动机构，转动的转子与固定的空气预热器本体之间为间隙配合，该间隙势必造成空气预热器中存在一定的空气泄漏现象。因此空气泄漏现象是回转式空气预热器在结构上固有的属性之一，难以从根本上避免。

同时，由于流经空气预热器的热烟气与冷空气之间存在着一定的压差，上述空气泄漏现象的漏风率还存在着扩大化的趋势。因此，目前的技术改进主要是将空气预热器的漏风率尽可能地降低。

空气预热器的漏风率过大主要有以下几大危害。首先，漏风率过大会影响锅炉运行的经济性。漏风一方面增加了排烟损失，降低了锅炉的热效率；另一方面增加了风机的功率消耗。当漏风超过送风机的负荷能力时，会使燃烧风量不足，导致锅炉的机械、化学燃烧损失增加，严重时会导致一次风的送粉能力下降，降低机组出力；当漏风超过引风机的负荷能力时，会使炉膛负压维持不住，迫使锅炉降负荷运行。此外，热端漏风降低了烟侧平均温度，降低了传热效率。而轴向和周向漏风又让部分冷空气不经加热而直接从转子外侧穿越并混入热空气和热烟气，降低了传热效率及热风温度，降低了锅炉效率。漏风过大会加快空气预热器的冷端腐蚀。由于烟气中掺入了空气，使排烟温度虚假下降，排烟温度下降又导致冷端受热面壁温降低，加速了低温腐蚀的过程。统计表明，对于300MW的机组，空预器漏风率每增加1％，将使机组的综合煤耗增加0.66g/(kw.h)。

在发电机组正常运行工况下，转子的热端和冷端的温度相差300多度，热端的膨胀大于冷端的膨胀，转子会形成通常所说的蘑菇状变形，即转子的中心部位向上膨胀，扇形板内侧跟随导向端轴随动向上；转子的外侧向下变形。热端间隙越来越大，形成了一定的漏风通道，而冷端逐渐弥合预留间隙。

传统的回转式空预器所采用三向密封结构主要包括径向密封结构、轴向密封结构和环向密封结构。如图1所示，现有的径向密封结构包括扇形密封板10、安装在转子膜片20上的密封叶21。在扇形密封板10的密封面11与密封叶21的工作端211之间存在有动态间隙30。当转子膜片20随转子绕轴线转动时，密封面11与密工作端211之间基本形成密封。

如图2所示，现有的轴向密封结构包括弧形密封板10和安装在转子膜片20上的轴向密封叶21。在弧形密封板10的密封面11与密封叶21的工作端211之间设置有动态间隙30。轴向密封结构、径向密封结构均用于防止一次风、二次风、烟气之间因压差而产生的漏风现象。

如图3所示，环向密封结构包括转子的支撑部20、固定在转子上下缘的密封件10及固定在支撑部20上的环向密封叶21。环向密封结构用于防止烟气或空气因泄漏而在转子与壳体之间产生的气流短路现象。

在传统的这三种密封方式中，以径向密封结构的漏风率为最大，通常占到了空预器总漏风率的70％~80％。

为了控制径向漏风，传统的解决方式一般是在转子的热端上加装自动跟踪装置，以调整扇形密封板与密封叶之间的间隙。而在转子的冷端则较多采用在冷态时预留间隙、在热态时逐渐弥合间隙的解决方案。

采用如此的结构后，转子的热端的径向密封结构在各种工况下都能自动调节，扇形密封板与密封叶之间的间隙在工作中处于受控状态。

但由于自动跟踪装置的探头所处环境较差，故障频繁，使空预器的电流容易出现大幅波动的现象。且在探头损坏后，转子的热端密封板只能处于强制提升位置，进一步加大了空预器的漏风率。另外，由于自动跟踪装置具有故障点多的缺点，因此整个调整体系的维护费用高，维护量大。

此外，转子冷端的固定式径向密封结构能使机组在满负荷时的动态间隙达到最小值，但随着机组负荷的降低，在转子的变形量逐渐减小后，转子冷端的动态间隙不断增加，漏风率会随之不断增大，形成技术矛盾。而过大的空气泄漏会对机组的运行性能和热效率产生严重的负面影响。

从以上叙述可知，传统的空预器密封结构往往都将重点放在保证密封叶和密封板不接触的前提下极力减小这两者之间的间隙，从而减小漏风量。但传统的密封技术采用的都是非接触式的硬密封结构，由于空预器转子直径较大，尤其是对于现在的大型机组，空预器转子的直径可达16米～17米，对于这样的庞然大物，即使转子处于相对稳定的工况下运行，转子的周向温度也是处处不同，同样转子的变形也是不均匀的，转子在这种情况下的变形始终是不可控的，上述间隙是一个动态间隙。因此，若采用非接触式的硬密封形式，即使密封结构再精密，密封叶和密封板之间将始终存在固有间隙。此外，由于空预器的转子在不同的温度下变形量也是渐变的，因此传统的固定式密封结构往往陷入了在某一特定工况下密封效果最佳，而工况一改变漏风就明显增加的怪圈，为了解决这一问题，人们想了各种办法，如在冷端和热端都加装扇形板自动跟踪装置等，其缺点在前文中已有提及。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种结构简单、成本低廉、维护便利的柔性密封结构。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构简单、成本低廉、维护便利的应用于回转式空预器的接触式密封结构。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于密封所述空预器中运动件与静止件之间的动态间隙；所述密封结构至少包括密封件，所述密封件包括本体及固定在所述本体上、成簇状排列的丝状物；所述丝状物包括用于与所述本体连接的固定端部分，及具有弹性的自由端部分；所述密封件通过所述本体与所述运动件和所述静止件中的一个固定连接，所述丝状物的所述自由端部分借助于弹性而与所述运动件和所述静止件中的另一个保持接触状态。

本实用新型由于在空预器中对应动态间隙的位置上设置了特别的密封件，利用该密封件具有良好的弹性的特性，以及簇状排列的丝状物中的空气流动特性，较好地实现了降低空预器漏风率的技术目的。本实用新型的结构简单、成本低廉，在使用中维护和调整都很便利，具有良好的灵活性和适用性。

在各具体实施中，该密封件可以安装在空预器的运动件和静止件中的一个上。当所述密封件通过所述本体与所述运动件固定连接时，所述丝状物的所述自由端部分借助于弹性而与所述静止件保持接触状态。当所述密封件通过所述本体与所述静止件固定连接时，所述丝状物的所述自由端部分借助于弹性而与所述运动件保持接触状态。

具体实施中，在转子的轴向或径向上，所述运动件为所述空预器中的转子膜片，所述静止件为所述空预器中的密封板；所述密封件通过所述本体与所述转子膜片连接，所述丝状物的所述自由端部分与所述密封板保持接触状态。

在其他具体实施中，在转子的环向上，转子的环向支座是固定的，而转子环向密封件跟随转子做运动。因此在转子的环向支座与转子环向密封件之间势必存在动态间隙，有间隙则必然有气体泄漏。因此在具体实施中，所述运动件也可以是所述空预器中运动的转子环向密封件，所述静止件可以是所述空预器中静止的环向支座，所述密封件固定在静止的环向支座上并与运动的转子环向密封件保持接触状态。

因此在本实用新型的各种具体实施例中，该密封件可以分别或同时应用在空预器中转子的轴向、径向和环向上。

本实用新型的接触式密封结构与传统密封技术的最大区别在于接触式密封结构采用带有弹性的呈簇状排列的丝状物直接与回转式空预器的密封板进行接触，并依靠丝状物的弹性作用，在空预器转子(或风罩)随负荷(温度)变化而变形，即间隙的大小为动态时也可以始终保持接触状态，这种直接接触式的密封结构彻底消除了空预器的动态间隙，而传统以往的所有密封技术都是非接触式，因此解决动态间隙时，只能尽可能减小，始终无法彻底密封住间隙。

本实用新型中的所述丝状物为具有弹性的金属丝，所述丝状物通过固接件与所述本体固定连接。其连接方式可以是将所述丝状物缠绕在所述固接件上，并与所述固接件一同插设在所述本体内。

在结构上，本实用新型中的丝状物由几十层具有弹性的金属丝以簇状排列，形成一道由密集金属丝阵列组成的防护墙。这样一来，利用弹性金属丝在受到外界压力时相互贴紧但各自独立地分解风压；同时，各金属丝之间的空气流动性很差，多道簇状阵列的金属丝使风压逐步衰减到最低，从而实现密封功能，在径向、轴向和环向将空预器在各个方向的漏风降到最低。

本实用新型具有极大的灵活性和适用性，可适用于不同大小、不同结构的回转式空预器。

其中，丝状物部分的长度可根据空预器三向密封的冷态预留间隙进行预留和调整。

在上述结构的基础上，只要丝状物部分的长度预留合理，可保证机组在任何负荷下，在任一方向上密封片与密封面之间完全弥合，将空预器的漏风率减至最小。

以下将结合附图对本实用新型的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本实用新型的目的、特征和效果。

附图说明

图1是现有技术中的径向密封结构的剖面示意图；

图2是现有技术中的轴向密封结构的剖面示意图；

图3是现有技术中的环向密封结构的剖面示意图；

图4是本实用新型一实施例应用在空预器转子径向密封时的结构剖面示意图；

图5是图4中柔性密封簇一具体实施例的结构示意图；

图6是图5的左侧示意图；

图7是本实用新型又一实施例在空预器转子热端时在冷态的工况示意图；

图8是图7所示实施例应用在空预器转子热端时在温态的工况示意图；

图9是图7所示实施例应用在空预器转子热端时在热态的工况示意图；

图10是图7所示实施例应用在空预器转子冷端时在冷态的工况示意图；

图11是图7所示实施例应用在空预器转子冷端时在温态的工况示意图；

图12是图7所示实施例应用在空预器转子冷端时在热态的工况示意图；

图13是本实用新型另一实施例应用在空预器转子轴向密封时的结构剖面示意图；

图14是本实用新型一实施例应用在空预器转子环向密封时的结构剖面示意图。

具体实施方式

如图4所示为本实用新型的一具体实施例。

应用于回转式空预器径向的接触式密封结构主要包括设置在密封板10与转子膜片20之间的密封叶21及密封件40。

密封叶21的连接端通过螺栓与转子膜片20固定连接。由于在回转式空预器中，转子与壳体之间为回转运动的关系，因此在密封叶21的工作端211与密封板10的密封面11之间具有一动态间隙30。

如图5、图6所示为密封件一具体实施例的结构示意图。

密封件40主要包括丝状物41及本体42。丝状物41为簇状排列的金属丝，丝状物41中用于连接的部分为固定端部分，用于与密封面接触的部分为自由端部分。

金属丝的长度可根据冷态间隙进行自由调整。考虑到转子的蘑菇状变形特性转子中心和转子边缘的变形量不一致，在制作过程中金属丝的长度还可以沿着丝状物长度方向进行变化，转子中心筒处的变形量小，金属丝的长度也适当减小；转子外缘变形量大，安装在外缘位置的金属丝长度适当增长。

本体42为一槽型刚性部件。

将丝状物41对折套在定位销43上，通过定位销43与本体42固定连接，此处定位销43用做固接件，其目的是为了防止钢丝在运动的过程中脱落。为增加连接强度，还可以在本体42中穿设紧固用的螺丝44，以使连接更紧固。

组成丝状物41的金属丝的细度和数量可根据实际情况而定。

密封件40的本体42与转子膜片20固定连接，丝状物41的自由端部分对应动态间隙30设置，以密封所对应的间隙。

密封件40的安装可根据现场实际情况采用焊接、紧固螺丝、或用三角板加固等方法安装在空预器的径向隔板、转子膜片或是环向支撑梁上。

如图7、图8、图9所示分别为本实用新型一具体实施例在空预器转子热端时在冷态、温态、热态的工况示意图。图中三种工况下动态间隙分别为S1、S2、S3，由冷-温-热态的变化，S1＜S2＜S3。

如图10、图11、图12所示分别为图7、图8、图9所示实施例在空预器转子冷端时在冷态、温态、热态的工况示意图。图中三种工况下动态间隙分别为X1、X2、X3，由冷-温-热态的变化，X1＞X2＞X3。

冷态时，转子变形量为零，转子处于水平状态，热端的动态间隙S1≈0，冷端的动态间隙X1处于最大值，此时安装在热端的密封件40以最大弯曲变形状态贴合靠近密封板21，安装在冷端的密封件40变形量最小，丝状物41的自由端部分处于微弯曲状态贴合密封板21转动。

温态时，转子产生了一定变形量但没有达到最大值，此时转子冷端的动态间隙S2和热端的动态间隙X2都处于中间值，安装在冷端和热端的丝状物41的自由端部分处于中间弯曲变形状态，同样紧密贴合密封板21转动。

当转子从温态逐渐转变到热态，随着温度的升高，转子的变形量不断加大，密封件40的状态也随着改变。安装在热端的密封件40随着动态间隙S3达到最大值，丝状物41的自由端部分被压缩弯曲的程度逐渐减小，压缩量被释放到最小后处于微弯状态贴合密封板21。安装在冷端的密封件40随着转子冷端的不断变形下丝状物41的自由端部分沉弯曲程度越来越大，当冷端的动态间隙缩小为最小值X3时，处于冷端的丝状物41的自由端部分也处于极限弯曲状态。在这一过程中，丝状物41的自由端部分同样始终紧贴密封板21运动。

从以上附图的差别中可以看出，在机组较高负荷运行时，随着转子的变形量加大，处于转子热端的密封件弥补了热端冷态预留间隙在自然状态下沿着转子的运动方向转动，处于转子冷端的密封件被压缩后紧贴着密封板的密封面沿着转子的运动方向转动。在机组较低负荷运行时，转子变形量逐渐减小，处于转子热端的密封件被压缩后紧贴着密封板的密封面沿着转子的运动方向转动，处于转子冷端的密封件弥补了冷态预留间隙，在自然状态下沿着转子的运动方向转动。

如图13所示为本实用新型的另一具体实施例。

本实施例与上述实施例的结构基本相同，所不同之处在于，密封结构在转子上的设置位置的不同。本实施例是密封结构设置在空预器转子轴向密封时的结构。

图13中，密封件40同样包括丝状物41及本体42，本体42与转子膜片20固定连接，丝状物41对应动态间隙30设置以实现密封动态间隙30的效果。

如图14所示的本实用新型的另一具体实施例中，密封结构设置在转子的环向支座20与转子环向密封件30之间，主要包括设置在环向支座20上的密封叶21，密封叶21的连接端与环向支座20连接，密封叶21的工作端211与转子环向密封件30之间具有一动态间隙40。

密封件50的本体51与环向支座20或密封叶21固定连接，丝状物52的自由端部分对应动态间隙40设置。

其他具体实施例中，本实用新型的结构也可以不包括密封叶，直接将密封件固定设置在转子膜片上，也可以实现基本相同的技术效果。

本实用新型结构简单、加工方便、投资小，具有极大的灵活性和可行性，在不同的具体实施例中，可以根据现场的位置和漏风情况分别安装在空预器的轴向、径向、环向任一方向，或者是在其中二个、三个方向同时安装，并能保证转子在任何工况下密封件都能紧密贴合着密封面。此外，这种新型密封结构的安装和使用对设备原有的密封叶结构没有任何影响，原有密封叶可完全保留，即使密封件在长时间的运行过程中有部分磨损和脱落，也不影响空预器原有的密封结构，空预器的密封性能远远优于原有密封结构。

目前回转式空预器大都配备热端或者冷端自动跟踪装置，采用这种新型的密封件与原有的密封板自动跟踪装置配合使用更能取得相得益彰的效果，不仅能进一步减小漏风量，同时因为有了密封件的阻挡可以适当放大密封板自动跟踪装置的跟踪间隙，使空预器运行电流更加平稳，提高了设备的安全性。此外，即使密封板自动跟踪装置在运行过程中出现故障无法投用，密封件对漏风的阻挡仍能将空预器的整体漏风率保持在一个相当低的水平之内。

以一台1000MW的发电机组为例，根据空预器的密封结构和现场改造空间，在现有的密封结构上对其进行改造，在径向、横向和环向上增加本实用新型的接触式密封结构，改造后的密封结构，分别在空预器的热端和冷端径向，热端和冷端轴向，冷端环向加装了密封件。

改造后的径向密封结构将密封件安装在转子膜片上，基本沿承了改造前的密封方式。所不同的是以转子膜片为界，在原有的密封叶另外一端增加了本实用新型的密封结构，适当的钢丝长度保证了密封件与密封面的良好弥合，动态间隙基本为零。

改造后的轴向密封结构与原有轴向密封结构基本一致，所不同的是在转子膜片的另外一端加装了密封件，钢丝的长度按照冷态预留间隙确定。

改造后的环向密封结构与原有环向密封结构基本一致，所不同的是在冷端环向支撑梁上沿着转子端面密封件(俗称T字钢)倾斜向上增加了一道密封件。在环向密封的热端，受空间位置的限制没有安装密封件。

下表显示了空气预热器改造前、后的性能测试数据对比分析情况：

项目	改造前	改造后
			电负荷/MW	1000	1000
一次风阻力A/BΔP(Pa)	1100/1100	1100/1000
			二次风阻力A/BΔP(Pa)	900/800	700/700
烟气侧阻力A/BΔP(Pa)	1080/1090	1060/1010
			空气预热器A电流/A	35.3	36.6
空气预热器B电流/A	36.4	39.7
			引风机A/B静叶开度％	68.9/77.3	67.4/76.5
引风机A/B电流/A	201.6/201.8	184.3/185
			送风机A/B动叶开度％	73.1/71.1	68.5/64.7
送风机A/B电流/A	117.1/117.7	98.5/97.2
			一次风机A/B动叶开度％	83.8/81.8	76.2/73.0
一次风机A/B电流/A	181.1/180.8	141.8/142.0
			排烟温度A/B℃	109.2/105.1	129.2/125.4
一次风温度A/B℃	330.3/331.0	338.6/339.2
			二次风温度A/B℃	309.2/308.1	317.0/317.3

由上表可见，在仅对空预器冷端加装了接触式密封结构之后，空预器的阻力并无明显上升，而空预器驱动电机(交流400V)电流也仅仅因微量的摩擦上升了数安培。而改造后的引风机电流下降了17.3A/16.8A，送风机电流下降了18.6A/20.5A，一次风机电流下降了39.3A/38.8A。这六大风机的电压等级均为10000V。按年利用小时6000小时算，全年可节电1337万kwh。按照目前上网电价每度电0.4元计算，则一台机组全年节约厂用电费用为534.8万元。

这种新型的密封结构具有良好的自适应性，可以根据密封件的弯曲程度自动调节间隙，丝状物的自由端始终呈弯曲状紧贴密封面。需要说明的是，密封件在运行过程由于始终接触密封面，必然存在磨损，磨损速度主要取决于丝状物的弯曲程度。根据目前对空预器的改造情况，仅2~3个月就能回收改造成本。实际使用情况表明，密封件的磨损速度完全能跟上设备的检修进度，每次停机检修时仅需根据磨损情况对密封件进行部分更换。因此将这种新型的密封件做为易耗件使用是完全可接受的。

对一台回转式空预器冷端进行了密封改造后，委托西安热工院对其进行的性能试验结果表明：空气预热器漏风率A、B两侧均远低于保证值，漏风率约为4.0％，厂用电率3.01％(不带脱硫)，达到我国目前投运锅炉之最高水平。在对空预器进行热端密封的改造后，厂用电率进一步大幅下降至2.7％(不带脱硫)。由此可见，对空气预热器进行的这种密封结构改造取得了非常显著的效果，攻克了对空预器这样的大型受热转动部件密封的难题，使其运行水平达到了国际领先的层次。

以上详细描述了本实用新型的较佳具体实施例。本实用新型同样适用于风罩式回转空预器。更广泛地说，本实用新型适用于所有的动静转动式结构的空预器。

应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本实用新型的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本实用新型的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在本实用新型的权利要求保护范围内。

Claims (12)

1、一种应用于回转式空预器的接触式密封结构，用于密封所述空预器中运动件与静止件之间的动态间隙；其特征在于：所述密封结构至少包括密封件，所述密封件包括本体及固定在所述本体上、成簇状排列的丝状物；所述丝状物包括用于与所述本体连接的固定端部分，及具有弹性的自由端部分；所述密封件通过所述本体与所述运动件和所述静止件中的一个固定连接，所述丝状物的所述自由端部分借助于弹性而与所述运动件和所述静止件中的另一个保持接触状态。

2、如权利要求1所述的接触式密封结构，其特征在于：所述密封件通过所述本体与所述运动件固定连接，所述丝状物的所述自由端部分借助于弹性而与所述静止件保持接触状态。

3、如权利要求2所述的接触式密封结构，其特征在于：所述运动件为所述空预器中的转子膜片，所述静止件为所述空预器中的密封板；所述密封件通过所述本体与所述转子膜片连接，所述丝状物的所述自由端部分与所述密封板保持接触状态。

4、如权利要求3所述的接触式密封结构，其特征在于：所述密封结构还包括密封叶；所述密封叶固定设置在所述转子膜片上并向所述动态间隙方向延伸。

5、如权利要求1所述的接触式密封结构，其特征在于：所述密封件通过所述本体与所述静止件固定连接，所述丝状物的所述自由端部分借助于弹性而与所述运动件保持接触状态。

6、如权利要求5所述的接触式密封结构，其特征在于：所述运动件为所述空预器中运动的转子环向密封件，所述静止件为所述空预器中静止的环向支座；所述密封件通过所述本体与所述环向支座固定连接，所述丝状物的自由端部分与所述转子环向密封件保持接触状态。

7、如权利要求4所述的接触式密封结构，其特征在于：所述密封结构还包括密封叶；所述密封叶固定设置在所述环向支座上并向所述动态间隙方向延伸。

8、如权利要求1所述的接触式密封结构，其特征在于：所述密封结构包括至少三组密封件，分别设置在所述回转式空预器的转子的径向、轴向和环向。

9、如权利要求8所述的接触式密封结构，其特征在于：所述密封结构还包括至少三组密封叶，所述三组密封叶分别设置在所述转子的径向、轴向和环向上。

10、如权利要求1所述的接触式密封结构，其特征在于：所述丝状物为具有弹性的金属丝。

11、如权利要求1所述的接触式密封结构，其特征在于：所述丝状物通过固接件与所述本体固定连接。

12、如权利要求11所述的接触式密封结构，其特征在于：所述丝状物缠绕在所述固接件上，并与所述固接件一同插设在所述本体内。

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