CN206669792U - 一种空气预热器固定式自补偿密封片及包含它的密封系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种空气预热器固定式自补偿密封片及包含它的密封系统。空气预热器固定式自补偿密封片，包括密封片和第一驱动片，密封片为长条状，第一驱动片沿密封片长度方向设置，且第一驱动片与密封片贴合固连，第一驱动片与密封片固连的区域称为驱动带；宽度方向上，密封片一端超出第一驱动片，形成自由端，而驱动带位于密封片宽度方向上远离自由端的半侧，第一驱动片的热膨胀系数大于密封片的热膨胀系数，空气预热器固定式自补偿密封片上设有安装孔。空气预热器从冷态至热态，转子发生“蘑菇状”变形，而本实用新型的密封片安装就位后，几乎不随转子隔板变形。相比其他的密封技术，本实用新型具有成本低、可靠性高、密封性能好的综合优势。

Description

一种空气预热器固定式自补偿密封片及包含它的密封系统

技术领域

本实用新型涉及一种空气预热器固定式自补偿密封片及包含它的密封系统，属于空气预热器密封领域。

背景技术

回转式空气预热器是一种应用于大型燃煤电站锅炉的热交换设备，它利用锅炉烟气的热量来加热燃烧所需的空气，以此来提高锅炉的效率。空气预热器转子由冷态到热态，由于上、下两端面温度不同以及钢材受热后刚性的减弱，产生“蘑菇状”变形，传统刚性密封片通过螺栓分段固定在转子隔板上，随着转子隔板的变形，漏风间隙也随之改变。基于转子“蘑菇状”变形的机理，轴向及冷端径向位置预留合适的冷态间隙，热态时动静配合间隙便趋于零；热端径向位置虽然冷态预留间隙很小，但热态时会形成较大的三角漏风区域。

为减小上述三角漏风区域面积、降低空气预热器漏风率，目前工程上一般采取两种技术路线：一是国内三大主机厂家(东锅、哈锅和上锅)所配备的扇形板自动跟踪系统(简称LCS)；二是近些年发展起来的柔性密封技术。

不难理解，这实际上体现了一个问题的两个方面：空气预热器密封问题是密封片与扇形板的配合问题，密封片自动贴紧扇形板和扇形板自动跟踪密封片均可实现减少漏风的目的。但这两种方案在工程应用中又都存在问题：受恶劣工况(高温、粉尘等)、检修质量、管理水平等多种因素的影响，绝大多数电厂LCS系统都不能正常投运或者投运效果不理想。全球领先的回转式空气预热器供应商HOWDEN一直未在空气预热器上配套LCS，也从侧面说明此技术还需要进一步完善。而传统柔性密封技术更是暴露出磨损过快、结构不可靠、间隙补偿量不足等问题，根本无法满足工程要求。

总之，热端径向三角漏风区域的漏风问题一直未得到彻底解决，而且随着机组向大容量方向发展，空气预热器转子直径不断增大，若不采取措施，热端径向三角漏风区域的漏风份额越来越大。如采用传统刚性密封片且热端扇形板不可调时，300MW机组热端径向最外缘间隙超10mm，600MW机组超25mm，1000MW机组间隙在50mm左右。600MW及以上机组所配备的空气预热器热端径向三角漏风占总漏风量的50％以上，往烟气侧的绝对漏风量也超3％，一次风漏风率则可能超过30％。

实用新型内容

为了解决现有技术中热端径向三角漏风区域的漏风问题，本实用新型提供一种空气预热器固定式自补偿密封片及包含它的密封系统。

为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：

一种空气预热器固定式自补偿密封片，包括密封片和第一驱动片，密封片为长条状，第一驱动片沿密封片长度方向设置，且第一驱动片与密封片贴合固连，第一驱动片与密封片固连的区域称为驱动带；宽度方向上，密封片一端超出第一驱动片，形成自由端，而驱动带位于密封片宽度方向上远离自由端的半侧，第一驱动片的热膨胀系数大于密封片的热膨胀系数，空气预热器固定式自补偿密封片上设有安装孔。

上述贴合固连指第一驱动片与密封片相互贴合且固连在一起；第一驱动片与密封片固连的区域指二者固定连接的部分；宽度方向上，密封片一端超出第一驱动片，形成自由端，也即宽度方向上，一端的密封片是超出第一驱动片的；驱动带位于密封片宽度方向上远离自由端的半侧，也即以密封片宽度方向上的中心线为基准，将密封片分为上下两侧，自由端位于上侧(上侧顶端部分)，驱动带位于下侧。

上述空气预热器固定式自补偿密封片优选应用于空气预热器热端径向密封。

本申请中上、下、顶端、底端等方位词均指装置正常使用状态下的相对位置。

为了使密封片在第一驱动片作用下合理形变，优选，上述第一驱动片与密封片的固连为点状固连，所有固连点位于同一直线上，组成驱动带，驱动带与密封片宽度方向中心线平行。

上述点状固连指连接处为点接触。

当然，在密封片的长度方向上，第一驱动片与密封片的固连点也可以有两行以上，密封片长度方向上，所有的固连点组成驱动带。

优选，本申请的安装孔为腰型孔(使用时，腰型孔的长度方向与水平方向垂直)。

上述第一驱动片的热膨胀系数大于密封片的热膨胀系数，受热后第一驱动片膨胀量大于密封片，通过驱动带把驱动力传递给密封片，由于驱动带设在密封片宽度方向中心线的远离自由端的半侧，因此密封片自由端在较大驱动力作用下受到压应力。密封片安装于空气预热器热端径向隔板上，受热后有与转子隔板变形呈相反的趋势(由于转子隔板上下受热不均和受热后刚性减弱，隔板有往下耷拉的趋势，而密封片在第一驱动片的作用下有向上翘曲的趋势)。

申请人经研究发现，上述第一驱动片与密封片的热膨胀系数差以及驱动带偏离密封片宽度方向中心线的距离，会显著影响密封片受热后向上的翘曲量，从而对本实用新型空气预热器固定式自补偿密封片的使用效果产生显著影响。

上述空气预热器固定式自补偿密封片上设有安装孔，为密封片上设有安装孔，或密封片和第一驱动片上设有安装孔。

上述安装孔是方便安装的，可开设在密封片上不设第一驱动片的部分(对应上述密封片上设有安装孔)，也可开设在设在密封片和第一驱动片重叠的部分(对应上述密封片和第一驱动片上设有安装孔)，优选设在密封片和第一驱动片重叠的部分。

包含上述空气预热器固定式自补偿密封片的密封系统，还包括空气预热器热端径向隔板，空气预热器固定式自补偿密封片安装在空气预热器热端径向隔板上，且沿空气预热器转子旋转方向依次为第一驱动片和密封片；第一驱动片的厚度大于密封片的厚度。这样能保证密封片自由端偶尔碰磨时不会进一步导致第一驱动片明显形变，从而保证密封片相对热端径向隔板仍能自由移动。

上述密封系统，密封片的自由端在上，也即自由端与扇形板相邻。

为提高上述驱动力的大小，作为另一种优选方案，上述空气预热器固定式自补偿密封片还包括第二驱动片，第二驱动片与第一驱动片的材料、结构和尺寸一致，且相对密封片对称布置。

空气预热器热端径向隔板、预热器转子中心筒等均为现有预热器的常用部件；本申请径向指转子径向。

为了实现密封片基本不跟随转子发生“蘑菇状”变形的目的，密封片靠近空气预热器转子中心筒的一端与热端径向隔板固定连接，而另一端通过限位装置与热端径向隔板连接，限位装置限定密封片相对热端径向隔板的允许滑移距离，热端径向隔板上，空气预热器固定式自补偿密封片沿空气预热器转子径向呈悬臂梁结构。

本申请空气预热器固定式自补偿密封片沿空气预热器转子径向呈悬臂梁结构，悬臂梁结构的固定点即靠近转子中心筒的一端的与隔板固定连接的点，本申请悬臂梁自由端滑移距离是受到限位装置的限制的，也即空气预热器固定式自补偿密封片相对热端径向隔板仅允许在一定距离范围内滑移，具体取决于转子蘑菇状变形大小。

申请人经研究发现，仅悬臂结构，受热后由于强度下降，加上隔板变形所带来的静摩擦力作用，密封片还会显著往下耷拉，造成密封间隙扩大；而有第一驱动片或/和第二驱动片时，密封片在驱动力作用下有向上翘曲的趋势，能够消除上述强度下降和静摩擦力的影响，并进一步向上翘曲，直至被上述限位装置约束，此时达到较佳的密封状态。

设置上述限位装置，一方面防止密封片受热后向上翘曲量可能过大，造成与扇形板恶性碰磨；另一方面防止密封片因某种不可控因素向下显著耷拉，造成密封间隙过大，如从空气预热器上方掉落支撑杆砸中密封片等。

上述限位装置可以是外挂式限位机构(其一端连接密封片、另一端连接热端径向隔板的活动部件)，也可以是限位螺栓组件(其穿过热端径向隔板的螺栓孔，起到导向和限位的双重作用)，具体结构形式不作限定。

优选，上述限位装置为限位螺栓组件，至少包括限位垫片，限位垫片与密封片固连(直接固连或通过第一驱动片间接固连，优选采用焊接方式固连)，限位片套接在螺栓上，且相对螺栓可在一定范围内活动，而螺栓相对热端径向隔板的位置基本固定，因此可限定密封片与热端径向隔板的允许滑移距离。

为了避免设计和安装过程中误差导致密封片受热后与扇形板碰磨，进一步提高密封间隙控制的稳定性，在密封片远离空气预热器转子中心筒的一端设置滚轮组件，滚轮组件至少包括滚轮，滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端0.2-10mm。

优选，上述滚轮组件包括滚轮、滚珠、芯轴和支架，芯轴穿过滚轮，且滚珠设在芯轴和滚轮之间，支架与芯轴固连；进一步优选，上述滚珠为自润滑陶瓷滚珠，以适应高温、粉尘环境。进一步优选，支架为连接在芯轴轴向两端的挡板，且支架的高度低于滚轮的高度，也即支架的径向高度低于滚轮的径向高度(半径)，滚轮是超出支架的，支架起到稳定支撑的作用，且不会对滚轮的滚动造成影响。

优选，滚轮组件与密封片焊接固连。

申请人经研究发现，由于滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端，当某些不可控因素造成密封片异常变形、进而导致密封片有碰磨趋势时，滚轮最先与扇形板接触，从而避免密封片直接与扇形板接触；滚轮与扇形板之间为滑动接触，有效避免磨损问题，且避免了碰磨可能导致的空气预热器转子卡涩。因此，上述技术措施提高了密封系统工作的可靠性。

为了进一步简化结构、降低成本，同时保证密封性能，空气预热器固定式自补偿密封片中间的部分通过导向螺栓组件装夹于空气预热器热端径向隔板上；导向螺栓组件包括螺栓、第一弹性元件、第一堵漏垫片、第一螺母和第二螺母，螺栓依次穿过第一弹性元件、第一堵漏垫片、空气预热器固定式自补偿密封片上的安装孔和热端径向隔板，并通过第一螺母固定，第二螺母与第一螺母并紧，第一弹性元件处于非完全压缩状态。

上述空气预热器固定式自补偿密封片中间的部分指前述空气预热器固定式自补偿密封片一端与另一端之间的部分。

为了提高稳定性，上述密封系统，还包括第二堵漏垫片和第二弹性元件，螺栓依次穿过第一弹性元件、第一堵漏垫片、空气预热器固定式自补偿密封片、隔板、第二堵漏垫片和第二弹性元件，并通过第一螺母固定，第二螺母与第一螺母并紧，第一弹性元件和第二弹性元件均处于非完全压缩状态。

第一弹性元件和第二弹性元件优选为中间设有安装孔的喇叭口状，即蝶形垫片。

为了保证上述密封片靠近空气预热器转子中心筒的一端与热端径向隔板完全固定连接，密封片靠近空气预热器转子中心筒的一端与热端径向隔板采用固定螺栓组件加焊接的方式固定连接。

对于每一径向隔板，上述空气预热器固定式自补偿密封片均为一整体，沿转子径向不允许分段，但为了加工和搬运方便，允许分段结构现场焊接后重新成为一整体。

传统的密封片固定是通过径向上的多个螺栓组件夹紧实现的，当转子发生蘑菇状变形时，密封片也随之变形，导致漏风间隙的产生，而本实用新型仅固定靠近中心筒的一端(传统密封片为方便运输和安装，沿着径向是分段的，一般1米多一段，而本实用新型必须沿着径向是整体的，长度会达到4米以上)，中心筒一端是悬臂的固定点，转子变形时另一端不随之变形或存在与热端径向隔板变形相反的趋势。

本申请密封片的结构形式不作具体限定，优选，密封片为平直片、折弯片或波纹片。

本实用新型未特别限定的技术均为现有技术。

申请人经研究发现，空气预热器从冷态至热态，转子发生“蘑菇状”变形，实质是转子隔板发生了变形(热端隔板的上边沿与扇形板密封面的间距a变大)，而本申请的密封片按上述特征安装就位后，几乎不随隔板变形(密封片自由端与扇形板密封面的间隙b几乎不变)，因此可消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率，且相比其他的密封技术，本申请具有成本低、可靠性高、密封性能好的综合优势。

附图说明

图1为本实用新型实施例1空气预热器固定式自补偿密封片的安装示意图。

图2为实施例1空气预热器固定式自补偿密封片结构示意图。

图3为实施例1中导向螺栓组件的组成示意图。

图4为实施例1沿转子旋转方向的结构视图(冷态)。

图5为实施例1沿转子旋转方向的结构视图(热态)。

图6为实施例1驱动带的结构和位置示意图。

图7为实施例1中限位螺栓组件所包含的限位垫片冷态安装示意图。

图8为本实用新型实施例2的示意图。

图9为本实用新型实施例3的示意图。

图10为本实用新型实施例4的示意图。

图11为本实用新型实施例5的示意图。

图12为本实用新型实施例5滚轮机构的位置示意图。

图13为本实用新型实施例5滚轮机构的结构示意图。

图中，1为密封片，2为第一驱动片，3为导向螺栓组件，4为转子隔板，5为扇形板，6为固定螺栓组件，7为限位垫片，8为第二驱动片；10为限位装置安装位置，11为焊接固定位置，12为安装孔，13为驱动带；21为转子旋转方向，22为转子旋转轴线，23为密封片宽度方向中心线；31为螺栓，32为第一弹性元件，33为第一堵漏垫片，34为第一螺母，35为第二螺母；40为滚轮机构，41为滚轮，42为滚珠，43为芯轴，44为支架；a为热端隔板的上边沿与扇形板密封面的间距，b为密封片自由端与扇形板密封面的间隙，c为限定密封片相对热端径向隔板的允许滑移距离，d为驱动带至密封片宽度方向中心线的距离，e为滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端的距离。

具体实施方式

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

实施例1

如图1所示，空气预热器固定式自补偿密封片，包括密封片和第一驱动片，密封片为长条状平直片，长度为4600mm，第一驱动片沿密封片长度方向设置、且与密封片贴合固连，第一驱动片与密封片固连的区域称为驱动带；驱动带位于密封片宽度方向上远离自由端的半侧；密封片和第一驱动片上设有安装孔，也即安装孔设在密封片和第一驱动片重叠的部分。密封片的热膨胀系数比第一驱动片的热膨胀系数小约40％；宽度方向上，密封片的一端的宽度超出第一驱动片的宽度，形成自由端，密封片的厚度为2mm，第一驱动片的厚度为4mm。

上述第一驱动片与密封片的固连为点状固连，所有固连点位于同一直线上，组成驱动带，驱动带与密封片宽度方向中心线平行，且间距为18mm左右。

包含上述空气预热器固定式自补偿密封片的密封系统，还包括空气预热器热端径向隔板，空气预热器固定式自补偿密封片安装在空气预热器热端径向隔板上，且沿空气预热器转子旋转方向依次为第一驱动片和密封片；密封片靠近空气预热器转子中心筒的一端与热端径向隔板固定连接(采用固定螺栓组件加焊接的方式固定连接)，而另一端通过限位装置与热端径向隔板连接，限位装置限定密封片相对热端径向隔板的允许滑移距离，热端径向隔板上，密封片沿空气预热器转子径向呈悬臂梁结构；限位装置为外挂式连接件，限位装置的一端连接密封片、另一端连接热端径向隔板；空气预热器固定式自补偿密封片中间的部分通过导向螺栓组件装夹于空气预热器热端径向隔板上；导向螺栓组件包括螺栓、第一弹性元件、第一堵漏垫片、第一螺母、第二螺母、第二堵漏垫片和第二弹性元件，螺栓依次穿过第一弹性元件、第一堵漏垫片第一驱动片、密封片、隔板、第二堵漏垫片和第二弹性元件，并通过第一螺母和第一螺母固定，第二螺母与第一螺母并紧，第一弹性元件和第二弹性元件均处于非完全压缩状态。

对于每一条密封片，最靠近空气预热器转子中心筒的两个安装孔安装固定螺栓组件，而最远离空气预热器转子中心筒的一个安装孔安装限位螺栓组件，其他安装孔安装导向螺栓组件。

实施例2

与实施例1基本相同，所不同的是：如图8所示，密封片为折弯片。

实施例3

与实施例1基本相同，所不同的是：如图9所示，密封片为波纹片。

实施例4

与实施例1基本相同，所不同的是：如图10所示，限位装置为限位螺栓组件，空气预热器固定式自补偿密封片上对应的安装孔的孔径大于限位螺栓组件中螺栓螺杆的外径，螺栓同时穿过热端径向隔板和空气预热器固定式自补偿密封片上对应的安装孔，螺栓相对热端径向隔板的位置固定，密封片可相对隔板在螺杆与安装孔之间滑移。与实施例1的另一不同之处为空气预热器固定式自补偿密封片还包括第二驱动片，第二驱动片与第一驱动片的材料、结构和尺寸一致，第二驱动片与第一驱动片相对密封片对称布置。

实施例5

与实施例1基本相同，所不同的是：如图11-13所示，在密封片远离空气预热器转子中心筒的一端设置滚轮组件，滚轮组件两端与密封片焊接固连，滚轮组件包括滚轮、滚珠、芯轴和支架，滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端1mm，滚珠为自润滑陶瓷滚珠，滚珠设在芯轴和滚轮之间，支架与芯轴固连。

实施例6

如图7所示，与实施例4基本相同，所不同的是：限位装置还包括限位垫片，限位垫片中间开设有限位孔，限位垫片固连在空气预热器固定式自补偿密封片对应的安装孔上，限位孔的长度小于安装孔的长度，限位孔的内径大于螺栓螺杆的外径，螺栓同时穿过热端径向隔板、空气预热器固定式自补偿密封片上对应的安装孔和限位孔，螺栓相对热端径向隔板的位置固定，这样密封片可相对隔板在螺杆与限位孔之间滑移。

以HOWDEN公司生产的31VNT1950型空气预热器为例，量化说明上述各例密封系统所具有的补偿特性以及对漏风率降低的贡献：上述空预器标配传统刚性密封片，热端扇形板固定不可调，一般投运初期漏风率可达设计值6％，其中由热端径向三角漏风区域造成的影响超3％(绝对值)，空气侧向烟气侧的漏风面积约0.15m²(相当于一个内径为437mm管道截面积)，平均漏风间隙超12mm；以上述实施例1-5中的空气预热器固定式自补偿密封片代替传统刚性密封片及螺栓组件，可使平均漏风间隙小于2mm，空气预热器漏风率长期保持在3％-4％，达到世界领先水平，且成本低、可靠性高。

Claims (13)

1.一种空气预热器固定式自补偿密封片，其特征在于：包括密封片和第一驱动片，密封片为长条状，第一驱动片沿密封片长度方向设置，且第一驱动片与密封片贴合固连，第一驱动片与密封片固连的区域称为驱动带；宽度方向上，密封片一端超出第一驱动片，形成自由端，而驱动带位于密封片宽度方向上远离自由端的半侧，第一驱动片的热膨胀系数大于密封片的热膨胀系数，空气预热器固定式自补偿密封片上设有安装孔。

2.如权利要求1所述的空气预热器固定式自补偿密封片，其特征在于：第一驱动片与密封片的固连为点状固连，所有固连点位于同一直线上，组成驱动带，驱动带与密封片宽度方向中心线平行。

3.如权利要求1或2所述的空气预热器固定式自补偿密封片，其特征在于：还包括第二驱动片，第二驱动片与第一驱动片的材料、结构和尺寸一致，第二驱动片与第一驱动片相对密封片对称布置。

4.包含权利要求1-3任意一项所述的空气预热器固定式自补偿密封片的密封系统，其特征在于：还包括空气预热器热端径向隔板，空气预热器固定式自补偿密封片安装在空气预热器热端径向隔板上，且沿空气预热器转子旋转方向依次为第一驱动片和密封片；第一驱动片的厚度大于密封片的厚度。

5.如权利要求4所述的密封系统，其特征在于：空气预热器固定式自补偿密封片靠近空气预热器转子中心筒的一端与热端径向隔板固定连接，而另一端通过限位装置与热端径向隔板连接，限位装置限定密封片相对热端径向隔板的允许滑移距离，热端径向隔板上，空气预热器固定式自补偿密封片沿空气预热器转子径向呈悬臂梁结构，且密封片和第一驱动片沿转子径向成一整体，不允许分段。

6.如权利要求5所述的密封系统，其特征在于：空气预热器固定式自补偿密封片中间的部分通过导向螺栓组件装夹于空气预热器热端径向隔板上；导向螺栓组件包括螺栓、第一弹性元件、第一堵漏垫片、第一螺母和第二螺母，螺栓依次穿过第一弹性元件、第一堵漏垫片、空气预热器固定式自补偿密封片上的安装孔和热端径向隔板，并通过第一螺母固定，第二螺母与第一螺母并紧，第一弹性元件处于非完全压缩状态。

7.如权利要求5或6所述的密封系统，其特征在于：密封片靠近空气预热器转子中心筒的一端与热端径向隔板采用固定螺栓组件加焊接的方式固定连接。

8.如权利要求5或6所述的密封系统，其特征在于：限位装置为外挂式连接件，限位装置的一端连接密封片、另一端连接热端径向隔板；或者限位装置为限位螺栓组件，空气预热器固定式自补偿密封片上对应的安装孔的孔径大于限位螺栓组件中螺栓螺杆的外径，螺栓同时穿过热端径向隔板和空气预热器固定式自补偿密封片上对应的安装孔。

9.如权利要求8所述的密封系统，其特征在于：限位螺栓组件还包括限位垫片，限位垫片中间开设有限位孔，限位垫片固连在空气预热器固定式自补偿密封片对应的安装孔上，限位孔的内径大于螺栓螺杆的外径，螺栓同时穿过热端径向隔板、空气预热器固定式自补偿密封片上对应的安装孔和限位孔。

10.如权利要求4-6任意一项所述的密封系统，其特征在于：还包括滚轮机构，滚轮机构设在密封片远离空气预热器转子中心筒的一端，且滚轮组件至少包括滚轮，滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端0.2-10mm。

11.如权利要求7所述的密封系统，其特征在于：还包括滚轮机构，滚轮机构设在密封片远离空气预热器转子中心筒的一端，且滚轮组件至少包括滚轮，滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端0.2-10mm。

12.如权利要求8所述的密封系统，其特征在于：还包括滚轮机构，滚轮机构设在密封片远离空气预热器转子中心筒的一端，且滚轮组件至少包括滚轮，滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端0.2-10mm。

13.如权利要求9所述的密封系统，其特征在于：还包括滚轮机构，滚轮机构设在密封片远离空气预热器转子中心筒的一端，且滚轮组件至少包括滚轮，滚轮外表面距离扇形板最近的点凸出密封片自由端0.2-10mm。