CN202031659U - 一种轴流汽轮机用组合式汽封结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种轴流式汽轮机用组合式汽封结构，涉及汽轮机技术，该组合式汽封是由螺旋汽封和长齿疏齿汽封组合，螺旋汽封和蜂窝汽封组合，长齿疏齿汽封和蜂窝汽封组合构成。螺旋汽封，相对于传统疏齿汽封，将汽封齿及转子汽封凸台或仅转子汽封凸台改成利用转子旋转作用，增加漏汽阻力的配有螺旋汽封圈的多齿螺旋压缩通道。长齿疏齿汽封，是将传统的高低齿汽封的长齿加长，转子凸台高度从原来的2.5至3毫米改为5至7毫米。本实用新型汽封结构能降低漏汽量，提高机组的效率。

Description

一种轴流汽轮机用组合式汽封结构

技术领域

本实用新型属于动力机械设备制造领域，涉及汽轮机技术。 

背景技术

随着汽轮机、航空发动机等旋转机械性能的不断提高，密封处泄漏已经成为影响透平机械性能的重要因素之一，改进和发展密封技术仍有潜力。密封件是旋转机械的重要部件之一，密封性能的好坏，关系到旋转机械中的工质的泄漏量，从而影响到旋转机械的输出功和效率。 

汽轮机通流部分的动静之间的汽封包括端部汽封、隔板汽封、叶顶汽封、过桥汽封。设置汽封的目的是保证设备安全运行下，尽量减少不必要的漏汽量，以提高经济性。漏汽量与漏汽的环形面积、汽封齿数、汽封段的初压(压力低处的压力)、终压(压力高处的压力)及流量系数有关。 

目前，汽轮机中应用最广泛的是疏齿式汽封。疏齿式汽封中的汽封圈有几组凹凸台(或汽封齿)与转子的齿或凹凸台构成多个汽室，当蒸汽流过这些汽室时，压力逐渐降低到汽封后的压力。在非临界状态下，当压差一定时，蒸汽的泄漏量与齿数和间隙的大小有关。 

图12、图13为已知疏齿汽封的结构示意图，图12汽封圈中长齿高H1取7毫米，齿尖厚B1取0.3毫米，齿根厚B2取1毫米，短齿高h2取4毫米。图13为转子凸台结构示意图，圆周向布置的凸台高度HZ取3毫米，根部圆角半径Rf取0.5至1.5毫米。凸台宽BZ按需要取值。 

已有技术不足之处在于，传统的密封技术结构易形成自激振效应，易 引起机组振动，对机组的安全运行不利；密封效果差，蒸汽及空气泄露量大于设计值，产生能量损失；轴封蒸汽的外漏造成轴承润滑中油中带水。 

实用新型内容

针对现有密封技术结构的诸多不足之处，本实用新型提供了一种轴流式汽轮机用新型的组合汽封结构技术，能降低蒸汽泄漏量，防止润滑油中带水，提高机组效率及运行的安全性。本实用新型的螺旋汽封、长齿疏齿汽封及其组合，是在汽轮机行业首次提出，可以与蜂窝汽封等已知技术组合使用。 

本实用新型的组合式汽封结构由螺旋汽封和长齿疏齿汽封组合，螺旋汽封和蜂窝汽封组合，长齿疏齿汽封和蜂窝汽封组合构成。螺旋汽封相对于传统疏齿汽封，将汽封齿及转子汽封凸台或仅转子汽封凸台改成利用转子旋转作用，增加漏汽阻力的配有螺旋汽封圈的多齿螺旋压缩通道。长齿疏齿汽封将传统的高低齿疏齿汽封的长齿加长，转子凸台高度HZ从原来的2.5至3毫米改为5至7毫米，汽封圈的长齿高H1取9至11毫米，短齿与已知技术相同，长齿根部加厚，齿厚B3取1.5至3毫米，转子凸台根部圆角半径Rf取2至3.5毫米，短齿三个一组，以确保与凸台对正并达到降压、减少漏汽的目的。转子汽封凸台沿转子相应圆柱面周向布置。 

螺旋汽封的螺旋压缩型面可以用螺纹型面，也可以用叶片型面。此时在转子汽封处的相应圆周表面上布置有多条螺旋体结构。 

转子汽封处的相应圆柱面上的多齿螺旋体及螺旋槽道与其相配的螺旋汽封圈构成了多齿螺旋压缩通道，型面高度B取2至13毫米，螺旋体的根部圆角取半径2至13毫米，螺旋体头数及螺旋角由所处圆柱直径、 螺旋段前后压力、压缩汽量决定。 

压缩通道的终端(压力高的一端)出口处的外圆有一圆柱段T，压缩通道的槽底与圆柱段T用圆角、斜线、光滑曲线的回转面过渡，圆柱段T处与相应的螺旋汽封圈相配合。 

基本原理：由于汽封段漏汽量与汽封段的初压与终压有一定关系。这些压力当汽轮机通流总体设计选定后可以查到。利用能量转换的原理，转子旋转的能量在螺旋汽封通道内将汽封段的汽初压(压力低处的压力)逐渐压缩使之升高达到终压(似压气机或泵的升压原理)，达到阻止汽体泄漏。按选定的汽封直径、间隙及齿数，选定漏汽量后即可得到从初压要求升压的终压值。 

本实用新型常用的组合式汽封结构为压力高的一端设几圈长齿疏齿汽封或蜂窝汽封与压力低的一端的螺旋汽封相配。 

本实用新型的螺旋汽封、长齿疏齿汽封及其组合，可应用于汽轮机各种轴端汽封、隔板汽封、叶顶汽封及过桥汽封处，具有减少泄漏、提高转子稳定性、提高效率等多重优越性能。 

这种组合式汽封的特点是在轴不旋转(静密封)时，主要利用长齿疏齿汽封或蜂窝汽封来抵抗压差来达到一定程度密封的目的，只要汽封系统设计合理，启、停机时做到蒸汽不外漏。而在轴旋转时，尤其是高速旋转，利用螺旋密封的泵吸作用来达到密封的目的。 

按汽轮机转子的不同结构及部位，采用相应的汽封结构，具体如下： 

1.高中压转子端汽封 

1.1套装式转子 

可以将汽封套的外圆部分低压区段加工出螺旋槽道、加工出叶型槽道或加工出叶根槽安装压缩用叶片。此时汽封体上或汽封圈的结构与汽封套上的结构作好相应结构配合，组成部分完整的压缩通道。当汽封套上加工出叶根槽安装压缩用叶片时，汽封体上也可以加工出叶根槽安装相应的压缩叶片，形成压缩机通道型式。转动件上两邻近的螺纹型面与型面槽底，两邻近的叶片型面与型面槽底形成的槽道在安装汽封圈后就形成了汽的压缩通道。(以下同，不再复述) 

1.2整锻式转子 

在转子应力允许的情况下，可以在转子汽封段处外圆部分低压区段直接加工出螺旋槽道或加工出叶根槽安装压缩用叶片。此时汽封体或汽封圈的结构与轴段上的结构作好相应配合，组成部分完整压缩通道。 

2过桥汽封及分缸时高压内缸前汽封 

此处转子温度最高且应力大，宜采用长齿疏齿汽封、蜂窝汽封及其组合汽封。当采用螺旋汽封和长齿疏齿汽封或蜂窝汽封组合时，在转子外圆低压区段加工出螺旋槽道。此时汽封体上或汽封圈的结构与轴段上的结构做好相应配合，组成部分完整的压缩通道(当用螺旋汽封时)。 

3叶顶汽封 

对于高压级动叶片、中压级大部分动叶片、少部分低压级动叶片的叶顶从低压端开始直接加工出叶型型面或螺旋型线，配合相应结构的退让式螺旋汽封圈，组成部分完整的压缩通道。 

4隔板汽封 

可用长齿疏齿汽封，也可用螺旋汽封或其组合。高压头几级双排汽封 圈处采用一圈长齿疏齿汽封与一圈螺旋汽封组合。 

低压转子隔板汽封尽量不用平齿汽封。对于任何部位的减少漏汽都要重视，它的累积效果是显著的。低压部分的轴向宽度与高中压部分相比是富裕的，允许采用多的长齿疏齿汽封。凹凸汽封台满足了热胀要求。也可用螺旋汽封。 

5高中压大气端汽封及低压缸端汽封(以下压力为绝对压力) 

采用长齿疏齿汽封、蜂窝汽封、螺旋汽封。大气与0.095MPa(兆帕)抽气段(即将0.095MPa升到0.098MPa)间用螺旋汽封，将设计成空气吸入量接近零的结构。0.095MPa与0.101MPa送汽段间用螺旋汽封，将设计成零蒸汽外漏。这样机组运行时，可以减轻CF2(汽封加热器)的工作负担，减小风机功率，对减少厂用电有利。如在自密封系统中采用本实用新型的汽封结构，可保证在自密封系统中蒸汽不向0.095MPa侧外漏。最后还能减少自密封用汽量。 

0.101MPa至低压加热器段及对自密封系统(取消去低压加热器段)可设长齿疏齿汽封或螺旋汽封，可减少和控制此处漏汽。 

低压缸端汽封主要防止空气进入缸内及蒸汽外漏油中带水，可以用长齿疏齿汽封，也可采用组合汽封。0.095MPa抽气口两侧螺旋汽封设计成空气向内微漏入，0.101MPa蒸汽(或自密封汽)向0.095MPa腔微漏入。而0.101MPa与低压缸间有两道汽封圈可用长齿疏齿汽封或靠近低压缸内侧的内圈用螺旋汽封，外圈用长齿疏齿汽封，这样漏入缸内汽体较少，自密封用汽量也减少。 

螺旋汽封中螺纹的结构型式、螺纹的高度、螺距的选取都由螺旋汽封 段的初压、终压、泄漏的汽量、所处圆周直径、具体部位等多参数设计确定。 

实施例：

图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8、图9、图10、图11是本实施例附图。根据汽轮机转子的不同结构及部位，采用相应的汽封结构，具体应用如下： 

1.高中压转子端汽封 

1.1套装式转子 

将汽封套的外圆部分低压区段加工出螺旋(梯型型面)槽道、槽道终端用R10圆角过渡，梯形齿高度B为10毫米，梯形齿头数、螺旋角由相应部位汽封套直径、段初、终压及汽压缩量计算决定。齿根圆角取3毫米。此时汽封体上或汽封圈的结构与汽封套上的结构作好相应结构配合，组成部分完整的压缩通道。参见图8、图9中的序号4螺旋汽封圈处所配螺旋槽道的结构。此时汽封套红套在转子外圆上，汽封圈上齿分长短齿，圆周向布置。 

1.2整锻式转子 

在转子外圆部分低压区段直接加工出螺旋(梯型型面)槽道。梯型齿高度B按不同部位取6到10毫米，梯形齿头数、螺旋角由螺旋段直径、段初、终压及汽压缩量计算决定。槽道终端用R6至R10圆角过渡。此时汽封体或汽封圈的结构与轴段上的结构作好相应配合，组成部分完整压缩通道。参见图8、图9中的序号4螺旋汽封圈处所配螺旋槽道的结构。 

2过桥汽封及分缸时高压内缸前汽封 

采用长齿疏齿汽封、蜂窝汽封及组合汽封。采用组合式汽封时，在转 子外圆低压区段加工出螺旋(梯型型面)槽道。梯型齿高度B按不同部位取6到10毫米，梯形齿头数、螺旋角由螺旋段直径、段初、终压及汽压缩量计算决定。高压区段使用长齿疏齿汽封或长齿疏齿汽封和蜂窝汽封组合型式。此时汽封体上或汽封圈的结构与轴段上的结构做好相应配合，组成部分完整的压缩通道(当用螺旋汽封时)。参见图6为长齿疏齿汽封结构示意图，沿转轴圆周方向的凸台高HZ取6毫米，凸台宽BZ取4毫米，凹槽宽度及凸台的根部圆角(取R2.5毫米)，要根据热涨要求、应力集中及转子寿命损耗多种因素确定。短齿结构与已知技术相同，长齿长10毫米，齿尖(薄处)结构与已知技术相同，长齿根(厚处)取2毫米，以增加长齿刚度。图8为螺旋汽封与长齿疏齿汽封组合。图9为螺旋汽封与蜂窝汽封组合。 

3叶顶汽封 

对于高压级动叶片、中压级大部分动叶片、少部分低压级动叶片的叶顶直接加工出叶型型面，配合相应结构的叶顶退让式螺旋汽封圈，组成部分完整的压缩通道。参见图1、图2、图3为叶顶螺旋汽封结构示意图，叶片围带顶部可采用叶片压缩型面，也可用螺旋压缩型面，本实施例用叶型型面压缩型面，型面体高度B取8毫米，圆角用R3毫米，型线由动叶前后压力、圆周直径及压缩汽量决定。 

4隔板汽封 

高压头几级双排汽封圈处采用一圈长齿疏齿汽封与一圈螺旋汽封组合。此时长齿疏齿汽封中凸台高N取6毫米，长齿高取10毫米。要进行凸台根部应力集中、转子材料的寿命损耗计算，凸台根部圆角取R2至R3.5毫米。后面的级用长齿疏齿汽封，也可用螺旋汽封。在转子轴颈上或套筒 上加工出螺旋梯型螺纹槽道、梯型齿高取10毫米。梯形齿头数、螺旋角由螺旋段直径、段初、终压及汽压缩量计算决定。齿根圆角由应力集中计算后选取，取R3毫米。在压力高的一侧齿根向齿顶用圆角或斜面过渡，本实施例取R10毫米。在梯型压缩槽道的出口端设有一段圆柱面T，与螺旋汽封圈4的长齿相配合构成一段密封段。 

低压转子隔板汽封采用长齿疏齿汽封、螺旋汽封。 

5高中压大气端汽封及低压缸端汽封 

采用长齿疏齿汽封、蜂窝汽封、螺旋汽封。大气与0.095MPa抽气段(即将0.095MPa升到0.098MPa)间用螺旋汽封，设计成空气吸入量接近零的结构。0.101MPa与0.095MPa送汽段间用螺旋汽封，设计成零蒸汽外漏。这样可以减轻CF2(汽封加热器)的工作负担，减小风机功率，对减少厂用电有利。长齿疏齿汽封结构参见图10、图11，长齿长取9毫米，凸台高HZ取5毫米，凸台根部圆角取R2毫米。螺旋汽封见图4中件4，在套筒上或转子上加工出多头梯型型面螺旋线，梯型齿高取10毫米，齿根圆角取R3毫米，槽道终端用R10圆角过渡，各部位梯形齿头数、螺旋角由所在段直径、初、终压及汽压缩量计算决定。 

0.101MPa至低压加热器段可设长齿疏齿汽封、螺旋汽封，减少此处向内漏汽。 

低压缸端汽封主要防止空气进入缸内及蒸汽外漏油中带水，用长齿疏齿汽封、螺纹汽封及采用本实用新型组合汽封。0.095MPa抽气口两侧螺旋汽封设计成空气向内微漏入，0.101MPa蒸汽向0.095MPa腔微漏入。而0.101MPa与低压缸间有两道汽封圈可用长齿疏齿汽封或靠近低压缸内汽 侧的内圈用螺旋汽封，外圈用长齿疏齿汽封，这样漏入缸内汽体较少，密封供汽量也减少。 

采用自密封系统时，对于高、中压缸端汽封取消去低压加热器的抽汽，机组运行时，原0.101MPa送汽处变为向低压缸端汽封送汽的自密封形式。此时高、中压缸端汽封中，大气侧与0.095MPa段用梯型螺纹汽封，使空气有微吸入或零吸入。0.095MPa与自密封出汽段用梯型螺纹汽封，使蒸汽零泄漏。此时低压缸端汽封结构与非自密封系统相同，不再复述。 

使用效果：采用本实用新型的汽封后，汽的泄漏量做到可以控制，减少了不必要的泄漏，改善了机组的经济性。 

附图说明

图1至图13为本说明书附图。图中结构、含义相同处用同一序号、符号表示。 

图1、图2、图3为动叶顶部螺旋汽封结构示意图；图1为动叶顶部螺旋汽封结构的总装图；图2为动叶顶部螺旋汽封结构的动叶顶压缩叶型型线示意图，是图1的A向视图；图3是图2的A-A剖视图，示意叶顶压缩型面高度及过渡圆角结构。 

图4、图5、图6为隔板螺旋汽封结构示意图；图4为隔板螺旋汽封结构的总装图；图5是图4的A向视图，示意转子上螺纹型线；图6是图5的A-A剖视图，示意转子上螺旋压缩型面高度及过渡圆角r的结构。 

图7为长齿疏齿汽封结构示意图。 

图8为螺旋汽封和长齿疏齿汽封组合式汽封示意图。图8为摘要附图。 

图9为螺旋汽封和蜂窝汽封组合式汽封示意图。 

图10、图11是本实用新型的实施例的长齿疏齿汽封的结构示意图； 图10为长齿汽封圈结构；图11为转子凸台结构。 

图12、图13为已知疏齿汽封的结构示意图；图12为已知汽封圈结构；图13为转子凸台结构。 

各图中符号说明：1.隔板；2.静叶；3.动叶；4.配螺纹(型线的)汽封圈；5.动叶顶部压缩型线；6.动叶片型线；7.级后叶轮；8.级前叶轮；9.螺旋型线；10.转子；11.长齿疏齿汽封圈；12.蜂窝汽封圈。 

A为向视图；W为转子旋转方向；R、r、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf为圆角；A-A为剖面符号；C为压缩汽流方向；D为叶片顶部围带；E为螺旋型面剖面；F.长齿；V.短齿；L.转子上的凹槽；δ.汽封间隙；P、Q表示某侧面；T.圆柱段；I.长齿齿尖；J.长齿齿根；B：螺旋体型面高度；BZ.凸台宽度；N、HZ.转子凸台高度。 

Claims (3)

1.一种轴流汽轮机用组合式汽封结构，它包括汽封圈、转子外圆柱面上周向布置的阻汽凹凸台结构，其特征是该组合式汽封由螺旋汽封和长齿疏齿汽封组合或螺旋汽封和蜂窝汽封组合或长齿疏齿汽封和蜂窝汽封组合构成。

2.根据权利要求1所述的一种轴流汽轮机用组合式汽封结构，其特征是长齿疏齿汽封的转子凸台高度为5至7毫米，汽封圈的长齿取9至11毫米，长齿根部厚取1.5至3毫米，转子凸台根部圆角半径取2至3.5毫米，短齿三个一组，转子汽封凸台沿转子相应圆柱面周向布置。

3.根据权利要求1或2所述的一种轴流汽轮机用组合式汽封结构，其特征是螺旋汽封可以用螺纹型面，也可以用叶片型面。 

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