CN2828580Y - 迷宫补偿型径向密封装置 - Google Patents

Abstract

一种涉及迷宫补偿型径向密封装置，该装置是由支承板、左右对称的两个径向密封片、导向定位装置、储能元件等部件组成。该径向密封片不直接固定在转子径向隔板上而是设置在支承板上，因而不会产生传统技术中的蘑菇状变形。在预热器任何状态下，该径向密封片始终和扇形板之间保持最佳接触状态，因而毋需预置间隙，并以有效密封面积自动补偿转子蘑菇状变形增加的间隙，也根本不会产生蘑菇状变形而增大的间隙存在；预热器运行时，该径向密封片上部的三条“凵”型槽端面，始终和扇形板的底平面保持最佳结合，形成典型的迷宫型气密封结构，从而使空预热器的径向直接泄漏降至微量。

Description

迷宫补偿型径向密封装置

技术领域

本实用新型涉及容克式空气预热器的径向直接泄漏的密封装置，尤其是涉及一种有效地将径向直接泄漏降至微量的径向密封装置。

背景技术

自1923年容克式空气预热器获得专利，并随即投入商业运行后，在长达80余年的运行时间里，作为考核质量指标之一的是“漏风系数”或“漏风率”的高低。因为，空气预热器是一种处于高温状态下，运作的转动机械，它装有受热面的转子和静止的外壳及扇形板之间，在径向、轴向和周向存在一定的间隙，以致具有压力的空气，通过上述间隙泄漏到处于负压状态的烟气通道内，形成所谓的漏风。泄漏量的大小，涉及锅炉的燃料利用率、排烟温度、锅炉热效率、送、引风机功耗、预热器元件使用寿命，以及设备维修成本，等等。在94年1月电力、机械两部召开的工程优化工作会议上，就国产300MW-600MW火电机组的质量情况分析时指出“锅炉机组均采用三分仓容克式空气预热器，其使用效果均不同程度地存在漏风偏大超标问题，总漏风系数超过合同规定值(一年后≤12％)。一般都在15％以上，甚至达25％左右。”实际上，有的已远远大于25％。如华能福州电厂350MW机组的三分仓空气预热器，配置了热态时可弯曲扇形板调节间隙的装置，在性能考核时漏风在保证值8％以内，但过一年稳定运行后，漏风率就高到11％-14％。要解决这个问题，正如《中国电力》杂志98年第5期中“回转式空气预热器的现状及其完善化”文中所言：“减少空气预热器漏风，关键在于性能可靠的密封装置，……开发先进的密封技术具有一定的现实意义。”

容克式空气预热器的径向泄漏存在两种形式：

其一是难以处理的携带泄漏，即在预热器传热元件孔隙中的空气，被旋转的转子携带至低压烟气遣道内，所造成空气泄漏。携带泄漏约占总泄漏量1％左右；

其二是几十年来，努力设法解决的直接泄漏，即是烟、空气在静压差作用下，热空气通过转子和相关固定元件之间的空隙，进入烟气通道中，称为直接泄漏。其量与泄漏面积和烟空气间静压差的平方根成正比。直接泄漏有周向、轴向和径向三种形式。所谓径向直接泄漏，是指通过转子径向隔板的上下两端密封片和扇形板之间的空隙，流入烟气通道的空气。径向直接泄漏量，约占总泄漏量的50％以上。容克式空气预热的转子和扇形板之间有预置的空隙，其不仅仅考虑动静元件相对运动的需要，还必需考虑作为热能交换载体的转子，所形成独特的温差变形，所应该留有的空隙。正如《锅炉原理》·第四节回转式空气预热器的漏风和热变形·三  回转式空气预热器的热变形一节中写道“回转式空气预热器在热态运行时，烟气自上而下流动，烟气温度逐渐降低。空气自下而上流动，空气温度逐渐升高。由于转子热端温度较高而冷端温度较低，使热端膨胀量大于冷端膨胀量，再加上转子本身的重量，转子就会发生蘑菇状变形(有的文献称之“抛物线”状变形)。冷热端的温差越大，蘑菇状变形越严重，转子与扇形板之间的间隙增大，漏风量将增加。……。运行实践证明，造成回转式空气预热器漏风的最主要因素是由于受热面蘑菇状变形引起热端扇形板与径向密封片间隙过大，由此原因造成的漏风量占空气预热漏风量的30％-50％，因此必须严格控制扇形板与径向密封片之间的间隙。间隙过大，漏风量增加，间隙过小，磨擦阻力增加，严重时可能发生卡涩现象，或使驱动电动机电流增大。”——摘自【《锅炉原理》华北电力大学教授  樊泉桂  主编2004年1月第一版】——由此可见，上述两项间隙是造成径向直接泄漏的根源，也说明根除泄漏间隙的重要性。

目前，公认的容克式空气预热器径向密封装置有两种：一种是增加转子径向隔板数量，增高径向密封片的高度来减少间隙降低泄漏。另一种是可弯曲扇形板装有自动跟踪控制系统，控制扇形板的形状跟踪转子的变形，以求减小泄漏间隙，降低空气泄漏量。运行实践证明其中存在的问题是：前者增加金属耗量，徒增动静元件接触面间的硬磨擦，不惜加快元件磨损，又增加电动机功率消耗，使维修量加大，运营成本提升。后者，初始效果显著，因设备结构存在不足，难以持久运作，投资又大，长期效果并不理想。而且，这两种密封技术没有从根本上消除间隙，特别是投入运行后，不能根除转子蘑菇状变形增加的空隙，因而不能将径向真接泄漏量进一步降低。

实用新型内容

为了解决现有的径向密封装置，既需预置间隙，又不能有效处理转子蘑菇状变形增加的间隙，造成的径向泄漏问题，本实用新型的目的在于提供一种迷宫补偿型径向密封装置，该密封装置不仅毋需预置间隙，更能以有效密封面积补偿转子蘑菇状变形增加的空隙，而且，在扇形板和密封装置之间，采用了典型的迷宫型气密封结构，能有效地将径向直接泄漏降至微量。

为达上述目的，本实用新型的迷宫补偿型径向密封装置，用于空气预热器上，空气预热器具有转子、扇形板、导轨等，其特点是所述径向密封装置包括：支承板，设置在所述空气预热器的径向隔板上，所述支承板上部形成有两方形开口，中部形成有若干椭圆孔，下部形成有若干定位孔；左右对称的两径向密封片，设置于所述支承板上；若干组定位圈，每组两个分别设置在所述支承板两侧并与所述支承板保持有较小的间隙；设置于所述径向密封片的两侧上部的导向定位装置；设置于所述支承板上部的两方形开口中的储能元件。

根据本实用新型的上述构思，所述径向密封片是薄型钢板结构件，上部是

型槽作气密封用，下部是 型槽装密封垫料密封用。

根据本实用新型的上述构思，所述储能元件的底面和所述支承板焊接，上端用内圈、螺栓、耐高温垫片、垫圈、弹簧垫圈以及螺帽和径向密封片组装在一起，并在安装时预留有一定的弹力。

根据本实用新型的上述构思，所述支承板中部形成的若干椭圆孔是在垂直方向距离较长，用于径向密封片在垂直上下位移而设置。

根据本实用新型的上述构思，所述导向定位装置有四个，通过螺栓、所述定位圈、耐高温垫片、弹簧垫圈、螺帽将四组导向定位装置分成左右对称两组并相隔一定距离，安装在所述径向密封片的两侧上部。

根据本实用新型的上述构思，所述导向定位装置是由滚轮、轴套置于支架中间，再装轴、垫圈、弹簧垫圈以及螺栓顺序组成。

根据本实用新型的上述构思，所述径向密封片上部

型槽的上端面和所述导向定位装置的滚轮外圆周面是在同一水平面上。

根据本实用新型的上述构思，所述储能元件是由耐高温的材料制成的扁钢压缩蛇形弹簧，其底面和所述支承板焊接成一体的，置于所述支承板上部的方形开口中，每个方形开口设置一个，其上端是用螺栓、内圈、耐高温垫片、垫圈、弹簧垫圈、螺帽，以及左右径向密封片装成一体。

根据本实用新型的上述构思，所述支架是钢材焊接结构件；所述装轴的孔在垂直方向是椭圆的，用于调整所述滚轮的安装位置。

本实用新型的有益效果是，容克式空气预热器安装本实用新型后，空气预热器扇形板和径向密封装置之间毋需预置间隙。其次，空气预热器运行中，转子形成蘑菇状变形增加泄漏间隙时，径向密封片自身既不变形，更不增大此间隙，又能自动以有效密封面积予以补偿此间隙。再则，迷宫补偿型径向密封装置与扇形板的底平面接触面处，采用了成熟的迷宫型气密封结构，从而将径向直接泄漏降至微量。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1a是本实用新型迷宫补偿型径向密封装置的结构示意图。

图1b是沿图1a中的A-A线所取得的剖视图。

图1c是沿图1a中的B-B线所取得的剖视图。

图1d是沿图1b中的C-C线所取得的剖视图。

图1e是沿图1c中的D-D线所取得的剖视图。

图1f是沿图1a中的J-J线所取得的剖视图。

图1g是沿图1f中的F-F线所取得的剖视图。

图1h是沿图1f中的E-E线所取得的剖视图。

图2a是本实用新型迷宫补偿型径向密封装置的导向定位装置的结构示意图。

图2b是图2a的右视图。

图3是本实用新型迷宫补偿型径向密封装置的支承板的结构图。

图4a、4b、4c是本实用新型迷宫补偿型径向密封装置的运作示意图。

具体实施方式

如图1a至1h所示，本实用新型的迷宫补偿型径向密封装置，具有一径向密封片1，该径向密封片1是薄型钢板构件，其上部制成

型槽结构，中部有安装螺栓3的孔，在图1g的剖面线E-E的位置处也有安装螺栓3的孔，其下部是 型槽结构，在此槽内安装耐高温密封垫料8。在图1b的A-A剖视图上，显示的迷宫补偿型径向密封片1是左右相对称布置的，由导向定位装置2、螺栓3、左右相对称的定位圈4、耐高温垫片5、在图1c的B-B剖视图的相应位置处，是装垫圈10，弹簧垫圈6以及螺帽7等，全都顺序装在两件迷宫补偿型径向密封片1的中间支承板9上。在图1b、1c上，可见支承板9是安装在定位圈4的中间，其与两侧定位圈4的两平面之间，有着极小间隙“H”值。迷宫补偿型径向密封片1的长度，是按空气预热器的直径所定。因此，沿长度方向，需安装若干螺栓3、定位圈4、耐高温垫片5、垫圈10、弹簧垫圈6、以及螺帽7的上述结构配置。在支承板9的中部安装螺栓3和定位圈4的椭圆孔19，在垂直方向是制成椭圆的，也可以是长方形等形状，并不以该椭圆形而限定，径向密封片1和支承板9，两者能按图1b、1c所示，相互之间可作垂直上下的位移。图1b表示径向密封片1是在支承板9的下面位置，相应螺栓3、定位圈4，在支承板9的垂直椭圆孔19下端，其位置如图1d所示，在此状态时，储能元件11如图1h所示，其是处于压缩工作状况下。图1c表示径向密封片1是在支承板9的上面位置，相应的螺栓3和定位圈4，在支承板9的垂直椭圆孔19上端，其位置如图1e表示，此时，储能元件11如图1g所示，处于弹射张开状态。因此，无外力作用自由状态时，径向密封片1受到储能元件11的弹力作用，是一直在支承板9的上部位置。当径向密封片1和导向定位装置2受到向下的作用力大于储能元件11的弹力时，两者均会向下移动。由于支承板9处于两侧定位圈4的两平面夹持中，而支承板9是安装在空气预热器转子的径向隔板上，因此，当转子作水平旋转运动时，支承板9和径向密封片1会与转子一起转动。因径向密封片1不是直接与转子径向隔板固定，故其不会受转子变形影响，所以其既能随转子作水平旋转，又能在垂直方向按需位移。

在图1b上所示的导向定位装置2，是用螺栓3、定位圈4、耐高温垫片5、弹簧垫圈6、螺帽7按图所示，将四组导向定位装置2分成左右对称两组，相隔一定距离，安装在径向密封片1的两侧上部。

如图1g、1h所示的储能元件11，置于支承板9上部的方形开口18中，每个方形开口18设置一个，所述储能元件11可以是由耐高温的材料制成的扁钢压缩蛇形弹簧，其底面和支承板9是焊接成一体的。其上端是用螺栓3、内圈12、耐高温垫片5、垫圈10、弹簧垫圈6、螺帽7，以及左右径向密封片1装成一体，如图1f所示，其工作负荷是下述三个方面的矢量的总量：其一是径向密封片1、螺栓3、定位圈4、耐高温垫片5、垫圈10、导向定位装置2、螺帽7、耐高温垫料8等重量总和；其二是密封用的耐高温垫料8与支承板9的两平面之间的摩擦阻力；其三是上述两项力总和的0.15；其工作行程是按转子蘑菇状变形量和安装的位置决定。

如图1b、1c所示，左右对称组装的径向密封片1，其上部构成三条

型糟，是典型的迷宫型气密封结构，下部是 型槽，内置耐高温密封垫料8，在此密封垫料8的密封作用下，具有压力的空气不会由此泄漏到负压的烟气通道内。

如图2a、2b所示，导向定位装置2是由滚轮13、轴套14置于支架16中间，再装轴15、垫圈10、弹簧垫圈6，以及螺栓7顺序组成。支架16是钢材焊接结构件，装轴15的孔在垂直方向是椭圆的，用于调整滚轮13的安装位置。

如图3所示，支承板9是板块元件，在其中部位置形成有若干椭圆孔19(从图3可以看到，该孔也可以是长方形状，并不因为其命名为椭圆孔而限定其为椭圆状)，此椭圆孔19为的是使安装在其中的螺栓3和定位圈4在椭圆孔19的长轴方向可以任意位移；支承板9下端形成有若干定位孔20，用来使自身和空气预热器径向隔板安装用的；在其上部有两个方形开口18，用以安装储能元件11。

如图4所示，导轨17是钢板结构件，其工作面与水平面有着很小的角度，其垂直面与空气预热器上扇形板30的侧面焊接，接缝处必需圆滑地和扇形板30底平面结合。直径方向的安装位置是按径向密封片1上安装导向定位装置2的中心线决定。扇形板30的两个侧面，都安装两个导轨17。

本实用新型的工作原理与运作过程如下所述：

在背景技术资料中已经阐明，容克式空气预热器的径向直接泄漏，是扇形板和径向密封片之间，不仅有着预置间隙，还因转子蘑菇状变形又增大此间隙所造成。本实用新型毋需预置间隙，并以有效密封面积去补偿运行中，转子蘑菇状变形所增加的间隙面积。又在扇形板和径向密封元件之间采用典型的迷宫型气密封结构。现将工作原理和运作过程阐述如下：

一、本实用新型的实施例已经说明，本实用新型的迷宫补偿型径向密封装置，其径向密封片1和支承板9装在一起，但相互之间在垂直上下方向上可相互移动的，而支承板9是和空气预热器转子上的径向隔板固定在一起的。因此，不论转子是否蘑菇状变形，即转子的径向隔板垂直平面是否变形。径向密封片1不会变形，也丝毫不会影响其垂直上下的位移。

二、当转子运行时，由于支承板9和定位圈4的两平面是吻合的，故转子旋转时，径向隔板上的支承板9，就带着径向密封片1一同旋转。

三、本实用新型的运作过程如下：

1、径向密封片1的状态是由转子带着其转动至所在区域而定，和转子径向隔板垂直平面是否变形无关。其典型的几种工作状态见图4a至4c所示；

2、转子旋转时，处在空气和烟气通道内的径向密封片1，在储能元件11的弹力作用下，一直将径向密封片1向上顶起，如图1c所示，其是处于支承板9的上端；

3、当某一径向密封片1被转子携带至扇形板30处，导向定位装置2的滚轮13，首先和装在扇形板30上的导轨17接触，如图4a所示，当滚轮13随着转子沿着箭头方向继续旋转时，其自身也会跟着转动。同时，滚轮13外圆周面与向下倾斜的导轨17表面接触时，滚轮13外圆周面上的接触点就受到法线方向的约束反力，对此约束反力的分解可知道，由于导轨17向下倾斜的角度选择得很小，故其垂直向下的分力，远远大于水平分力。因此，在垂直向下分力的作用下，导向定位装置2会带着径向密封片1，克服储能元件11的向上弹力，稳妥地逐渐向下移动，如图4b所示；

4、扇形板30的作用是将转子分割成烟、空气通道用，其底部是较大的扇形平面。本实用新型的径向密封片1，安装了两组左右对称的导向定位装置2和两组储能元件11，在它们的作用下，且又是两点导向和定位，故径向密封片1始终成一条水平直线，在两个导轨17的引导下，顺利而紧密地进入扇形板30的底平面，从而实现扇形板30和径向密封片1之间没有预置间隙的目标。这就是本实用新型毋需预置间隙的原理；

5、当此径向隔板带着径向密封片1转至扇形板30区域时，如图4c，由于径向密封片1上部三条

型槽的上端面，是和导向定位装置2的滚轮13外圆周面保持在同一水平面上，因而径向密封片1和扇形板30底平面的吻合质量，是由滚轮13保证的。因此，正如图上所显示的，径向密封片1的三条

型槽，和扇形板30底平面的结合处，组成典型的气密封结构，从而将径向直接泄漏降至微量；

6、空气预热器自启动至满负荷时，转子会产生蘑菇状变形，即径向隔板的垂直平面也会产生变形，增大上端和扇形板30之间的空隙。本实用新型的结构设计，已经阐明径向密封片1，不和转子径向隔板连成一个整体，故其不会跟着径向隔板产生蘑菇状变形，而增加和扇形板30之间的间隙。又因，径向密封片1在储能元件11的弹力作用下，一直会在图1b、1c所示的位置中间移动。其向上还是下移，是由导向定位装置2的位置所决定，因而进入扇形板30底平面时，其始终和扇形板30之间保持最佳状态。事实上，转子产生蘑菇状变形的过程中，其和扇形板30之间增加了空隙，由于径向密封片1在储能元件11的弹力作用下，其一直被托着向上，也就是支承板9跟着径向隔板向下变形时，径向密封片1却在储能元件11的弹力作用下是向上位移的，从而补偿了此增加的间隙面积。故本实用新型就根本不会产生蘑菇状变形增大间隙，这就是本实用新型具有补偿转子蘑菇状变形增加泄漏间隙的原理；

7、转子带着某径向隔板旋转离开扇形板30时，导向定位装置2的滚轮13，顺着另外一边的导轨17稳定地一边滚动，一边在储能元件11的弹力作用下，由导轨17的引导，使径向密封片1渐渐向上恢复原位。

四、所有安装在空气预热器径向隔板上的本实用新型，均会周而复始的按上述步骤运作。以实现毋需预置间隙，又能以有效面积自动补偿转子蘑菇状变形增大的间隙，从而将径向直接泄漏降至微量。

Claims (9)

1.一种迷宫补偿型径向密封装置，用于空气预热器上，空气预热器具有转子、扇形板、导轨等，其特征是所述径向密封装置包括：

支承板，设置在所述空气预热器的径向隔板上，所述支承板上部形成有两方形开口，中部形成有若干椭圆孔，下部形成有若干定位孔；

左右对称的两径向密封片，设置于所述支承板上；

若干组定位圈，每组两个分别设置在所述支承板两侧并与所述支承板保持有较小的间隙；

设置于所述径向密封片的两侧上部的导向定位装置；

设置于所述支承板上部的两方形开口中的储能元件。

2、根据权利要求1所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述径向密封片是薄型钢板结构件，上部是“”型槽作气密封用，下部是 型槽装密封垫料密封用。

3、根据权利要求1所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述储能元件的底面和所述支承板焊接，上端用内圈、螺栓、耐高温垫片、垫圈、弹簧垫圈以及螺帽和径向密封片组装在一起，并在安装时预留有一定的弹力。

4、根据权利要求1所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述支承板中部形成的若干椭圆孔是在垂直方向距离较长，用于径向密封片在垂直上下位移而设置。

5、根据权利要求1所述迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述导向定位装置有四个，通过螺栓、所述定位圈、耐高温垫片、弹簧垫圈、螺帽将四组导向定位装置分成左右对称两组并相隔一定距离，安装在所述径向密封片的两侧上部。

6、根据权利要求1所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述导向定位装置是由滚轮、轴套置于支架中间，再装轴、垫圈、弹簧垫圈以及螺栓顺序组成。

7、根据权利要求2或6所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述径向密封片上部“”型槽的上端面和所述导向定位装置的滚轮外圆周面是在同一水平面上。

8、根据权利要求1所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述储能元件是由耐高温的材料制成的扁钢压缩蛇形弹簧，其底面和所述支承板焊接成一体的，置于所述支承板上部的方形开口中，每个方形开口设置一个，其上端是用螺栓、内圈、耐高温垫片、垫圈、弹簧垫圈、螺帽，以及左右径向密封片装成一体。

9、根据权利要求6所述的迷宫补偿型径向密封装置，其特征是：所述支架是钢材焊接结构件；所述装轴的孔在垂直方向是椭圆的，用于调整所述滚轮的安装位置。

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