CN205330740U - 一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向螺旋弹簧，汽封弧段上设有汽封齿，汽封弧段的轴向宽度大于60mm，汽封弧段上当量齿个数不少于10个；汽封弧段的轴向宽度方向上，设有两个挂耳，且两挂耳间的汽封弧段上设有取压孔，取压孔从汽封弧段背部通向相邻两汽封齿间。本实用新型由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封克服了传统自调整汽封(布莱登汽封)存在的轴向偏斜、闭合过早、闭合可靠性不高等缺点，在汽轮机高压部分可替代传统的梳齿汽封，且兼具抑制汽流激振的功能，能够大幅提高汽轮机运行的安全性和经济性。

Description

一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封

技术领域

本发明涉及一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，属于汽轮机汽封领域。

背景技术

汽轮机作为火力发电厂的三大主设备之一，其效率很大程度影响了电厂的经济效益，通过设备技术改造和完善机组运行方式，来提高机组运行效率成为有效途径。汽轮机通流部分设计、制造技术日臻完善，漏汽损失已成为制约汽轮机效率提高的主要因素(占整机组通流热效率损失的60％以上)，所以提升汽封性能，减少汽轮机通流漏汽损失，对提高机组运行效率至关重要。

现有技术中，梳齿汽封是应用最为广泛的汽封技术。单道梳齿汽封的轴向宽度一般设计为不大于60mm，相应当量齿个数不多于10个(对于高低齿汽封，一个高齿记为一个当量齿，两个高齿之间的低齿也记为一个当量齿，进一步说明，无论两个高齿之间的低齿有多少个都记为一个当量齿)，通过轴向上多个汽封齿实现逐步降压，以减少泄漏。梳齿汽封的突出优点是成本低廉、使用安全、密封效果较稳定，但这种稳定是低水平的稳定。梳齿汽封安装时一般需预留0.5～0.8mm径向间隙，即便如此，依然无法避免汽轮机启停过程中过临界转速振幅增大、汽缸受热不均引起变形等因素带来的过量磨损，一经碰磨，间隙永久性扩大。多年来，如何缩小并保持较小的汽封间隙成为困扰本领域技术人员的难题。

汽轮机运行有其特殊性，近年来的研究报告，如华电电力科学研究院和上海汽轮机厂共同出版的《汽轮机各部位新型汽封选型方案研究》指出：“汽封的出路在能够根据汽轮机组运行状态的改变而改变汽封间隙。比较科学的汽封应根据汽轮机组启停机和正常运行两种状态，自动改变汽封间隙，同时分别满足两种状态下所需的安全间隙和经济间隙。一般来说，汽轮机安全间隙是经济间隙的3～5倍。”

在《汽轮机组汽封选型最佳组合方案标准化研究》一文中，也得出了如下结论：

状态	持续时间	对间隙要求	目的
				启停机状态	短暂	各部位动静间隙应保持较大的安全间隙	顺利启停机
并网运行状态	长期	各部位动静间隙应保持较小的经济间隙	经济高效运行

现有技术中，能够实现上述间隙自调整特性的典型技术为布莱登汽封技术。布莱登汽封取消了传统梳齿汽封背部的弹簧片，取而代之的是在每圈汽封弧段端面处至少安装四只周向螺栓弹簧，并在每一个汽封弧段背部铣出一进汽槽，使汽封弧段背部的压力近似等于上游高压侧压力。在汽轮机启停机阶段，汽封上下游压差较小，在周向弹簧的作用下，汽封处于完全张开状态，汽封与转子之间保持较大的安全间隙，一般为2～4mm；在汽轮机正常运行状态，汽封上下游压差增大，由进汽槽进入汽封弧段背部的蒸汽产生一较大的向心闭合力，汽封随之闭合，汽封与转子之间保持较小的经济间隙，一般为0.3～0.5mm，进而实现高效密封。

然而，业内对布莱登汽封的实际应用效果褒贬不一。下表数据来自西安热工院公开发表的《不同汽封结构在汽轮机的应用及效果评价方法》一文，选取了7台(A～G)同类型的300MW汽轮发电机组，如表1所示，对比分析可知，部分布莱登汽封的实际应用效果并不理想，与传统梳齿汽封相比，密封性能并未得到明显提升，反而在某些改造中增大了漏汽量。

表107、08年度不同电厂汽轮机典型的过桥汽封改进前后试验

目前国内90％以上的机组存在过桥汽封漏汽量超标现象，超一半的机组过桥漏汽量超设计值的1～4倍，而每超一倍将增大机组供电煤耗0.6～1g/kWh，因此，通过汽封改进提高汽轮机效率的收益相当显著。

此外，汽流激振易发生在汽轮机高压转子上。已有的研究表明，汽封蒸汽激振力是引起上述现象的主要原因。由于转子的动态偏心，引起汽封内蒸汽压力周向分布不均匀，并伴随蒸汽的周向流动，产生垂直于转子偏心方向的合力，促使转子涡动，轻则造成汽封齿碰磨，增大汽封泄漏，重则造成转子失稳，严重威胁机组的安全运行。已有研究还表明，减弱或消除上述蒸汽压力周向分布不均导致的以及转子转动造成的汽封内蒸汽周向流动，可以达到抑制汽流激振动的效果。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向螺旋弹簧，汽封弧段上设有汽封齿，汽封弧段的轴向宽度大于60mm，汽封弧段上当量齿个数不少于10个；汽封弧段的轴向宽度方向上，设有两个挂耳，且两挂耳间的汽封弧段上设有取压孔，取压孔从汽封弧段背部通向相邻两汽封齿间。

作为本领域的常规概念，汽封弧段沿径向由外圈到内圈包括依次相接的挂耳、脖颈、汽封基体和汽封齿，挂耳的外圈表面称为大背弧，挂耳的内表面(即与汽封基体相对的面)称为小背弧；使用时，上述汽封的挂耳与静子T型槽较宽的部分配合，上述脖颈与静子T型槽较窄的部分配合。

上述汽封弧段的轴向宽度指的是汽封基体的轴向宽度。上述周向螺旋弹簧放置在汽封弧段端面的周向弹簧孔内。

取压孔的数量根据需要设定，优选，取压孔总通流面积大于闭合状态下汽封齿漏汽面积两倍以上。

根据上述宽汽封前后的蒸汽参数以及自身结构参数确定取压孔的具体位置，取压孔在汽封宽度方向上位于两侧挂耳之间，圆周方向上布置多个。当汽封前后蒸汽参数一定时，上述取压孔越接近高压侧，上述宽汽封背部空腔的压力越高，所提供的向心闭合力越大；越接近低压侧，上述宽汽封背部空腔的压力越低，所提供向心闭合力越小。当周向螺旋弹簧因空间限制无法大幅调整其弹性系数时，驱动汽封闭合的向心闭合力可以通过取压孔的位置进行调整(不同于布莱登汽封只能从高压侧取压)，从而达到精确的匹配关系。

上述匹配关系指上述向心闭合力与周向螺旋弹簧提供的反向作用力的大小关系，当上述向心闭合力小于周向螺旋弹簧提供的反向作用力时，相应负荷下汽封处于张开状态；反之，相应负荷下汽封处于闭合状态。

将蒸汽在上述宽汽封中的流动当作绝热等焓过程。蒸汽流过每个汽封齿时节流加速，然后在齿间腔室中产生涡流，将汽流动能转化为热能，压力随之降低。根据连续公式，通过每个汽封齿的蒸汽泄漏量是相同的，每个漏汽量都对应一条等流量曲线(或芬诺曲线)。由上述相关理论可以确定从高压侧到低压侧，每相邻的两个汽封齿间的压力；除此之外，还可以借助于数值模拟的方法确定每相邻的两个汽封齿间的压力。总之，汽封背部空腔的压力可以由取压孔的位置决定，进而提供合适的向心闭合力，使汽封在规定负荷下闭合。

上述汽封背部空腔指汽轮机静子与两侧挂耳及两侧挂耳之间形成的空腔部分。

为保证上述宽汽封闭合，上述汽封背部空腔压力大于汽封前后压力的平均值。

当上述宽汽封前后蒸汽压差为零或不够大时，各汽封弧段在周向弹簧的作用下远离转子，密封间隙较大，此状态定义为张开状态；当前后蒸汽压差足够大时，施加在汽封上的蒸汽压力克服周向螺旋弹簧的作用力，使各汽封弧段接近转子，密封间隙较小，此状态定义为闭合状态。

上述由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封主要应用于汽轮机高中压间过桥、调速级叶顶、高压第一级隔板、轴端内侧等密封前后压差较高的位置，由于密封前后压差较高，为了减少泄漏量，这些位置需要设计更多的汽封齿，对于现役机组，这些位置一般都设计多道传统梳齿汽封，安装空间相应较大；而本申请单道宽汽封可替代传统的多道汽封，且可保持密封齿数以及轴向占用空间不变。

申请人经研究发现传统布莱登汽封至少存在三个问题会影响其使用效果，具体包括：

1)布莱登汽封应用中存在轴向偏斜的问题，导致汽封与T型槽配合处大量蒸汽泄漏。进一步分析表明，汽封脖颈的宽度较窄时，发生轴向偏斜将是必然的；对于国产汽轮机组，大部分汽封脖颈宽度值在20mm以下，极易造成上述问题，布莱登汽封一旦发生轴向偏斜，每个弧段的汽封与T型槽的下游配合处都将产生一道月牙形的漏汽间隙，整圈平均漏汽间隙为0.2～0.3mm，这一贯通的漏汽间隙造成的漏汽量增加相当于汽封间隙扩大0.5mm以上的漏汽量。除此影响外，漏汽还造成汽封背部压力下降，显著低于级前压力，可能导致汽封无法提供足够的向心闭合力；

2)布莱登汽封应用中存在闭合过早的问题，导致达不到预期效果：按照布莱登汽封的设计理念，汽封在3％～30％负荷区间内闭合，但对于高中压间过桥、高压第一级隔板等位置，汽封前后压差很大(尤其超临界、超超临界机组)，布莱登汽封背部空腔的压力近似等于汽封前压力，即使很小的前后压差也会提供很大的向心闭合力，若要保证汽封在规定负荷区间闭合，周向螺旋弹簧需要提供上千牛顿的支撑力，然而，汽封尺寸限制了周向螺旋弹簧的设计，最终导致布莱登汽封在汽缸没有得到完全的热响应甚至转子未过临界转速之前就已经闭合，闭合过早依然容易造成汽封碰磨；

3)布莱登汽封应用于高中压间过桥等位置时，一般多道汽封连续使用，这些汽封的闭合时间必然有先后，当其中一部分汽封闭合时，将承担绝大部分压差，导致其余汽封前后失压，所有汽封不能完全合拢。按布莱登汽封的常规设计，张开状态下间隙为3mm左右，闭合后间隙缩小至0.3～0.5mm，间隙差达6倍以上，当两道汽封均使用布莱登汽封、前后总压差固定不变时，先闭合的一道汽封将承担90％以上的总压差，而另一道汽封前后压差极小，极易造成无法闭合。

而申请人经研究发现，采用本申请上述技术方案，则可以避免出现上述类似于布莱登汽封的轴向偏斜、闭合过早和无法闭合等问题，效果非常显著。

作为本申请的一种改进，上述汽封弧段上两个挂耳的轴向间距包括两挂耳宽度大于汽封弧段的轴向宽度的一半。即两个挂耳的轴向间距加上两挂耳宽度大于汽封弧段的轴向宽度的一半，这样能避免汽封轴向偏斜和无法闭合的问题。

上述取压孔连通宽汽封的背部空腔和相邻的两汽封齿之间的空腔。这样可以保证宽汽封的背部空腔压力近似等于上述两汽封齿间的压力。

优选，取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子表面垂直，且取压孔沿汽封周向均布两个以上。申请人经研究发现，沿周向均布多个取压孔不仅能保证上述宽汽封背部空腔压力稳定，而且可以减弱汽封内蒸汽周向流动，进而抑制汽流激振的产生。

作为另一种优选，取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子径向呈30～60°的夹角，且圆柱孔的轴线朝向转子表面的倾斜方向逆着转子旋转方向。申请人经研究发现，上述圆柱孔布置结构能更显著的减弱汽封内蒸汽周向流动，甚至能够消除，达到更佳的抑制汽流激振的效果。

申请人经研究还发现，上述取压孔内蒸汽是流动的，流动方向一般指向接近转子的方向。主要是由于上述汽封挂耳和脖颈与T型槽贴合的表面总存在微小的间隙，一般高压侧会有少量蒸汽从上游挂耳处漏入汽封背部空腔，其中一部分又直接从下游挂耳处漏至低压侧，其余部分经取压孔流至汽封齿间，从汽封间隙中漏至低压侧。事实上，下游挂耳处的泄漏是极少的，主要是由于汽封前后压差作用使低压侧脖颈与T槽的贴合表面几乎不存在间隙，那么，从高压侧泄漏至汽封背部空腔的蒸汽只能从取压孔流至汽封齿间。应该指出，前述这部分少量蒸汽泄漏量相对于汽封总的漏汽量是极少的，一般不超过3％，具体大小取决于汽封安装调试阶段修刮挂耳小背弧的质量，挂耳与T型槽的接触面贴合程度不佳时，漏汽量相对较大。对于上述取压孔逆着转子旋转方向倾斜的设计方案，从取压孔中泄漏的蒸汽可以产生反旋的效果，抵消蒸汽周向流动的动能。

为了达到更佳的抑制汽流激振的效果，取压孔逆着转子旋转方向倾斜，且在汽封弧段上、取压孔上游开设引汽孔，即引一股汽流至汽封背部空腔，再经取压孔形成更为强烈的反旋汽流。

引汽孔设在汽封弧段的脖颈上，引汽孔的设置方向为沿汽封弧段的轴向宽度方向；或引汽孔设在两挂耳间的汽封弧段上，引汽孔从汽封弧段背部通向相邻两汽封齿间；即上述引汽孔可以设在汽封脖颈处，从汽封高压侧直接引较高参数的蒸汽；也可以设置在汽封齿间，引较低参数的蒸汽。但不管设置在何处，上述引汽孔位于取压孔的上游，即引汽孔处的静压高于取压孔处的静压。

申请人经研究发现，上述引汽孔相当于部分“短路”了引汽孔与取压孔之间的汽封齿，会增大汽封的泄漏，造成额外的损失，且所引蒸汽的参数越高，损失也就越大；因此，优选，上述引汽孔设在取压孔上游，且两者之间仅间隔一个当量齿，即使“短路”的汽封齿个数尽量少。上述布置方式既能起到很好的抑制汽流激振的效果，又能最大限度把上述损失降至最低。上述引汽孔实际增大的泄漏量少于汽封减少一个当量齿造成的泄漏量，对于本发明，与不设引汽孔的的宽汽封相比，实际增大的泄漏量小于5％；经前述优化设计，实际增大的泄漏量可降至1～2％，对汽封密封性能的影响极小。

上述汽封齿间的引汽孔结构和布置方式与取压孔类似，沿汽封周向均布多个，优选圆柱孔，其轴线可以垂直于转子表面，也可以与转子径向呈一定夹角。所不同的是，当上述引汽孔轴线与转子径向呈一定夹角时，朝向转子表面的倾斜方向顺着转子旋转方向，即引汽孔的倾斜方向与取压孔的倾斜方向相反。上述一定夹角指0～90°之间的任意角度，优选为30～60°。为了加工调整方便，避免过限制，优选，汽封弧段的轴向宽度方向上，设有两挂耳，两挂耳的外侧分别与两T型槽的相应侧配合。设置两个T型槽，而没有加工成一个整体，一方面是考虑减少T型槽总的车削量，降低制造成本，另一方面对于改造机组，可以利旧，不需要改动汽轮机本体，进而保证结构强度；再一方面可以减免轴线偏斜的问题。

本申请取压孔和引汽孔均为通孔。

上述两挂耳与两T型槽配合，脖颈处存在四个轴向配合间隙，从高压侧至低压侧，依次定义为第一轴向间隙，第二轴向间隙，第三轴向间隙，第四轴向间隙。当汽封弧段在轴向压差作用下，第四轴向间隙近似为零，即低压侧脖颈与T型槽贴合处形成密封，阻止上游的蒸汽从汽封背部空腔直接泄漏。

为了保证汽封闭合过程中不卡涩以及考虑加工制造、安装调试等因素，优选，第一轴向间隙为0.4～0.6mm，第二轴向间隙为0.4～0.6mm，第三轴向间隙为0.8～1.2mm。

为了减少经上述第一轴向间隙泄漏至汽封背部空腔的高压蒸汽，在汽封脖颈高压侧装设辅助密封环。

上述辅助密封环优选C型密封环(实际应用中为分段结构)，且开口连通本发明汽封的高压侧，即内部充满高压蒸汽，在压差作用下具有自膨胀特性，从而实现更佳的辅助密封效果。

作为另一优选，上述辅助密封环采用金属O型圈(实际应用中为分段结构)，且O型圈壁面开小孔，类似地，小孔连通本发明汽封的高压侧，即内部充满高压蒸汽，在压差作用下具有自膨胀特性，从而实现更佳的辅助密封效果。

本发明的宽汽封仍属于硬齿汽封(相对于柔齿汽封)的大范畴之内，硬齿汽封的共性是一旦碰磨间隙永久性扩大。为了进一步降低甚至消除汽封齿碰磨的可能，上述取压孔上游高压汽封齿密封间隙小于取压孔下游低压汽封齿密封间隙。与本发明及传统技术中汽封齿间隙设计为同一值相比，上述设计的优势在于：当转子发生偏心，即局部间隙偏小时，与同心状态下设计工况相比，高压侧密封齿将承担更大压差，导致汽封背部空腔静压显著降低，上述向心闭合力显著减小甚至为负值(即汽封基体内壁面的平均静压大于外壁面的平均静压，力的方向沿径向指向远离转子的方向)，当向心闭合力和周向螺旋弹簧的合力足够克服脖颈与T型槽结合面的静摩擦阻力时，汽封弧段将自动向远离转子的方向移动，从而避免碰磨。本申请汽封的显著特征是轴向宽度值较大，优选，汽封弧段的轴向宽度为80～120mm。

为了进一步减少汽封齿碰磨的可能，当采用上述高压汽封齿间隙小于低压汽封齿间隙的设计方案时，在汽封弧段之间增设径向阻隔片，以减弱汽封齿间及汽封背部空腔周向压力平衡趋势，使偏心侧汽封背部空腔压力更低，改善汽封自动退让的响应特性。

上述径向阻隔片采用金属或非金属薄板制造，厚度为0.2～2mm。径向阻隔片卡装在汽封T型槽内，把汽封齿间和汽封背部空腔分隔为多个区域。需要特别说明的是，径向阻隔片接近转子的边缘需要预留足够大的间隙，以避免转子偏心时与其碰磨。优选，汽封处于完全张开状态时，径向阻隔片接近转子的边缘不超出汽封的低齿；汽封处于闭合状态时，径向阻隔片接近转子的边缘与转子凸台之间的间隙为2mm左右。

对于改造机组，本申请宽汽封的轴向宽度可以是传统汽封轴向的任意倍数，且为了节约成本，宽汽封挂耳的设置要配合现有静子的T型槽，优选，宽汽封为现有汽封的整数倍；进一步优选，本申请宽汽封的轴向宽度是传统汽封轴向宽度的两倍；根据上述原则，采用本申请单道宽汽封相应更换两道传统汽封，且不改变与传统汽封配合的T型槽结构，上述宽汽封的两侧挂耳分别与两T型槽的单侧配合。

上述周向螺旋弹簧设置在汽封弧段的端面，但不是每个端面都设置。以每道汽封6个弧段为例，作为优选，仅在汽轮机转子最顶部和最底部的两个汽封弧段的端面上设置周向螺旋弹簧，且每个汽封弧段的两端各设置两个周向螺旋弹簧，即每道汽封仅设置8个螺旋弹簧。本申请一道汽封指一圈汽封。

为了方便在现有汽轮机上进行改造，同时进一步减少漏汽量，优选，至少六个汽封弧段组成一道汽封，周向螺旋弹簧设置在汽轮机转子最顶部和最底部的两个汽封弧段的端面上，且最顶部和最底部的两个汽封弧段中的每个汽封弧段的两端各设置两个周向螺旋弹簧，即每道汽封设置至少八个周向螺旋弹簧。

作为优选，上述汽封张开状态下间隙通过调整径向弹簧组件获取。汽封弧段的大背弧上设有径向弹簧组件，径向弹簧组件包括设在汽封弧段大背弧上的径向弹簧孔、径向螺旋弹簧、压盖和凸杆；径向螺旋弹簧放置在径向弹簧孔内；压盖与径向弹簧孔以螺纹连接方式连接；凸杆穿过压盖与径向螺旋弹簧压接，凸杆可相对压盖窜动，且凸杆高出大背弧。

上述径向螺旋弹簧是径向弹簧组件的储能部件，储能量的设计依据为：径向螺旋弹簧提供的径向合力大于汽封张开状态下周向螺旋弹簧提供的径向合力与汽封弧段重力的径向分力之和。换而言之，汽封张开状态下凸杆一端受到汽封T型槽内壁的作用力小于径向螺旋弹簧对凸杆另一端的作用力。这种力学上的互相作用方式保证汽封弧段张开状态下的间隙达到设计值。

优选，每个汽封弧段的背弧上设有四组径向弹簧组件。上述四组径向弹簧组件优选呈矩形分布。当受结构和空间限制，上述四组径向弹簧组件不能提供足够的储能量时，可以设置更多组，更多组的径向弹簧组件只会增加安装调试阶段的工作量，而不会造成其它任何负面影响。

为了提高上述宽汽封闭合过程的可靠性以及闭合后的经济性，作为优选，张开状态下间隙设计为0.8～1.5mm，闭合状态下间隙设计为0.3～0.5mm。

上述汽封闭合状态下间隙通过调整挂耳的小背弧获取，与传统汽封间隙调整类似。

虽然上述宽汽封张开状态下间隙仅为0.8～1.5mm，汽封闭合之前，恶性事故工况出现时仍可能出现碰磨，但这时径向螺旋弹簧能进一步压缩2mm左右，保证事故不会进一步扩大，确保安全性。

作为次优选，当汽封弧段上没有足够空间设置径向弹簧组件时，上述径向弹簧组件可以用螺钉代替，汽封背部设置螺纹孔，采用螺纹连接方式。安装调试时，调节螺钉伸出大背弧的长度，可以精确控制汽封张开状态的间隙。

本发明未提及的技术均参照现有技术。

本发明由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封克服了传统自调整汽封(布莱登汽封)存在的轴向偏斜、闭合过早、闭合可靠性不高等缺点，在汽轮机高压部分可替代传统的梳齿汽封，且兼具抑制汽流激振的功能，能够大幅提高汽轮机运行的安全性和经济性。

附图说明

图1是本发明实施例1改造前采用传统梳齿汽封的径向断面示意图。

图2为本发明实施例1改造后采用由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封的径向断面示意图。

图3为本发明实施例1张开状态径向断面示意图。

图4为本发明实施例1闭合状态径向断面示意图。

图5为本发明实施例1张开状态轴向断面示意图。

图6为本发明实施例1闭合状态轴向断面示意图。

图7为本发明实施例2的径向断面示意图。

图8为本发明实施例3的径向断面示意图。

图9为本发明实施例4的径向断面示意图。

图10为本发明实施例1取压孔的一种布置方式，取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子表面垂直。

图11为本发明实施例2取压孔的另一种布置方式，取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子径向呈一定夹角，且朝向转子表面的倾斜方向逆着转子旋转方向。

图12为本发明实施例4引汽孔的一种布置方式，引汽孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子径向呈一定夹角，且朝向转子表面的倾斜方向顺着转子旋转方向。

图13为本发明实施例6的径向断面示意图。

图14为本发明实施例6辅助密封环(C型密封环)结构示意图，C型密封环开口连通汽封高压侧。

图15为本发明实施例7的径向断面示意图。

图16为本发明实施例8闭合状态轴向断面示意图。

图17为本发明实施例8的径向断面示意图。

图18为汽封等流量曲线(芬诺曲线)，该曲线是在各汽封齿间隙相等的条件下绘制的，从高压侧至低压侧，各汽封齿承担的压差呈逐渐增大趋势。

上述各图中，1为汽轮机转子，2为汽轮机静子，3为传统梳齿汽封，4为宽汽封，5为取压孔，6为周向螺旋弹簧安装位置，7为径向弹簧组件安装位置，8为径向弹簧组件，9为周向螺旋弹簧，10为径向螺旋弹簧，11为凸杆，12为压盖，13为T型槽，14为挂耳，15为小背弧，16为大背弧，17为引汽孔，18为转子旋转方向，19为C型密封环，20为C型密封环开口，21为径向阻隔片；a为第一轴向间隙，b为第二轴向间隙，c为第三轴向间隙，d为第四轴向间隙；A为高压汽封齿间隙，B为低压汽封齿间隙。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

实施例1

如图1-6、10所示，一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向螺旋弹簧，汽封弧段上设有汽封齿(8个高齿和16个低齿，共计16个当量齿)，汽封弧段的轴向宽度为99mm(为传统汽封轴向宽度的两倍)；汽封弧段的轴向宽度方向上，设有两挂耳，两挂耳间的汽封弧段上设有取压孔，取压孔从汽封弧段背部通向汽封齿、且位于相邻两汽封齿之间，取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子表面垂直；两挂耳的外侧分别与两T型槽的相应侧配合，汽封弧段两脖颈处存在四个轴向配合间隙，从高压侧至低压侧，依次定义为第一轴向间隙，第二轴向间隙，第三轴向间隙，第四轴向间隙；第一轴向间隙为0.4～0.6mm，第二轴向间隙为0.4～0.6mm，第三轴向间隙为0.8～1.2mm；第四轴向间隙为0mm；汽封弧段两个挂耳的轴向间距包括两挂耳宽度大于汽封弧段的轴向宽度的一半。

六个汽封弧段组成一道汽封，周向螺旋弹簧设置在汽轮机转子最顶部和最底部的两个汽封弧段的端面上，且最顶部和最底部的两个汽封弧段中的每个汽封弧段的两端各设置两个周向螺旋弹簧，即每道汽封设置八个周向螺旋弹簧；

汽封弧段的大背弧上设有径向弹簧组件，径向弹簧组件包括设在大背弧上的径向弹簧孔、径向螺旋弹簧、压盖和凸杆；径向螺旋弹簧放置在径向弹簧孔内；压盖与径向弹簧孔以螺纹连接方式连接；凸杆穿过压盖与径向螺旋弹簧压接，凸杆可相对压盖窜动，且凸杆高出大背弧；每个汽封弧段的大背弧上设有四组径向弹簧组件。

汽封张开状态下间隙设计为0.8～1.5mm，闭合状态下间隙设计为0.3～0.5mm。

如图1所示，改造前，安装两道传统梳齿汽封，每道传统梳齿汽封有4个高齿和8个低齿，共计8个当量齿。如图2-6所示，改造后，安装一道本发明的宽汽封，设有8个高齿和16个低齿，共计16个当量齿。上述每个汽封齿的密封间隙一致。

取压孔设置在第7和第8个当量齿之间。上述由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封克服了传统自调整汽封(布莱登汽封)存在的轴向偏斜、闭合过早、闭合可靠性不高等缺点，在汽轮机高压部分可替代传统的梳齿汽封，且兼具抑制汽流激振的功能，能够大幅提高汽轮机运行的安全性和经济性。

实施例2

如图7、11所示，与实施例1基本相同，所不同的是：取压孔设置在第8和第9个当量齿之间，即较实施例1，取压孔位置更接近低压侧；且取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子径向呈40°的夹角，圆柱孔的轴线朝向转子表面的倾斜方向逆着转子旋转方向。

实施例3

如图8所示，与实施例1基本相同，所不同的是：汽封弧段的脖颈上还设有引汽孔，引汽孔位于取压孔的上游、设置方向为沿汽封弧段的轴向宽度方向。实现了更佳的抑制汽流激振的效果。

实施例4

如图9、12所示，与实施例1基本相同，所不同的是：汽封弧段的两挂耳间还设有引汽孔，引汽孔位于取压孔的上游，引汽孔从汽封弧段背部通向相邻两汽封齿间，且取压孔与引汽孔之间间隔一个当量齿；引汽孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子径向呈45°的夹角，圆柱孔的轴线朝向转子表面的倾斜方向顺着转子旋转方向，即引汽孔的倾斜方向与实施例2中取压孔的倾斜方向相反。

实施例5

与实施例4基本相同，所不同的是：引汽孔圆柱孔的轴线与转子表面垂直。

实施例6

如图13、14所示，与实施例1基本相同，所不同的是：不设置径向弹簧组件，在脖颈高压侧设置辅助密封环，辅助密封环为C型密封环。实现了更佳的辅助密封效果。

实施例7

如图15所示，与实施例6基本相同，所不同的是：取压孔上游的高压汽封齿密封间隙小于下游的低压汽封齿密封间隙。汽封处于闭合状态，高压汽封齿密封间隙设计为0.3mm，而低压密封齿间隙设计为0.5mm。上述高压密封齿间隙设计比低压密封齿间隙小，当转子与汽封相对偏心时，偏心侧汽封背部空腔压力下降，下降至一定值时汽封可自动退让，大幅降低汽封齿碰磨的可能性。

实施例8

如图16、17所示，与实施例7基本相同，所不同的是：汽封弧段之间增设周向阻隔片，以减弱汽封周向压力平衡趋势，使偏心侧汽封背部空腔压力更低，改善汽封自动退让的响应特性，避免汽封齿碰磨。

Claims (10)

1.一种由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，包括汽封弧段和设在汽封弧段之间的周向螺旋弹簧，汽封弧段上设有汽封齿，其特征在于：汽封弧段的轴向宽度大于60mm，汽封弧段上当量齿个数不少于10个；汽封弧段的轴向宽度方向上，设有两个挂耳，且两挂耳间的汽封弧段上设有取压孔，取压孔从汽封弧段背部通向相邻两汽封齿间；

汽封弧段两个挂耳的轴向间距包括两挂耳宽度大于汽封弧段的轴向宽度的一半；取压孔总通流面积大于闭合状态下汽封齿汽漏汽面积两倍以上。

2.如权利要求1所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：取压孔为圆柱孔，圆柱孔的轴线与转子表面垂直或呈30～60°的夹角，且沿汽封周向均布两个以上；当圆柱孔的轴线与转子径向呈30～60°的夹角时，圆柱孔的轴线朝向转子表面的倾斜方向逆着转子旋转方向。

3.如权利要求1或2所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：汽封弧段上还设有引汽孔，其中，引汽孔位于取压孔的上游；引汽孔设在汽封弧段的脖颈上或设在两挂耳间的汽封弧段上；当设在汽封弧段的脖颈上时，设置方向为沿汽封弧段的轴向宽度方向；当设在两挂耳间的汽封弧段上时，引汽孔从汽封弧段背部通向相邻两汽封齿间。

4.如权利要求3所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：引汽孔为圆柱孔，当设在两挂耳间的汽封弧段上时，圆柱孔的轴线与转子表面垂直或呈30～60°的夹角，且沿汽封周向均布两个以上；当圆柱孔的轴线与转子径向呈30～60°的夹角时，圆柱孔的轴线朝向转子表面的倾斜方向顺着转子旋转方向。

5.如权利要求1或2所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：在汽封脖颈的高压侧装设有辅助密封环；辅助密封环为C型密封环或O型圈；当为C型密封环时，C型密封环的开口连通汽封的高压侧；当为O型圈时，O型圈壁面开有小孔，小孔连通汽封的高压侧。

6.如权利要求1或2所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：取压孔上游高压汽封齿密封间隙小于取压孔下游低压汽封齿密封间隙。

7.如权利要求6所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：汽封弧段之间设置径向阻隔片。

8.如权利要求1或2所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：至少六个汽封弧段组成一道汽封，周向螺旋弹簧设置在汽轮机转子最顶部和最底部的两个汽封弧段的端面上，且最顶部和最底部的两个汽封弧段中的每个汽封弧段的两端各设置两个周向螺旋弹簧，即每道汽封至少设置八个周向螺旋弹簧。

9.如权利要求1或2所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：汽封弧段的大背弧上设有径向弹簧组件或螺钉组件；

径向弹簧组件包括设在汽封弧段大背弧上的径向弹簧孔、径向螺旋弹簧、压盖和凸杆；径向螺旋弹簧放置在径向弹簧孔内；压盖与径向弹簧孔以螺纹连接方式连接；凸杆穿过压盖与径向螺旋弹簧压接，凸杆可相对压盖窜动，且凸杆高出汽封弧段的大背弧；若设有径向弹簧组件，则每个汽封弧段的大背弧上设有不少于四组径向弹簧组件；

螺钉组件包括设在汽封弧段大背弧上的螺纹孔和与螺纹孔螺纹配合的螺钉，其中，螺钉高出汽封弧段的大背弧。

10.如权利要求1或2所述的由汽封齿间取压驱动密封间隙自调整的宽汽封，其特征在于：汽封弧段的两挂耳与静子的两T型槽配合，汽封弧段两脖颈处存在四个轴向配合间隙，从高压侧至低压侧，依次定义为第一轴向间隙，第二轴向间隙，第三轴向间隙，第四轴向间隙；第一轴向间隙为0.4～0.6mm，第二轴向间隙为0.4～0.6mm，第三轴向间隙为0.8～1.2mm；第四轴向间隙为0mm；汽封张开状态下间隙设计为0.8～1.5mm，闭合状态下间隙设计为0.3～0.5mm。