刷式汽封在透平机中的应用

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1、刷式汽封在透平机械中的应用周亮（江苏鑫信润科技有限公司）摘要：本文主要介绍刷式汽封的发展、特点以及这近年来我们对刷式汽封在透平机械中的应用总结。自2006年以来江苏鑫信润科技有限公司对国内运行的60多台汽轮机的1400多道汽封进行了刷式汽封改造，取得了非常满意的效果。怎样适应汽轮机各种运行工况和汽轮机不同的通流部位而设计的刷式汽封，在结构上和安装要求上必须满足被改造机组的要求。改造后的机组既达到足够好的降耗效果又保证汽轮机的长期安全运行。是下文介绍的重点。关键词：透平机械；刷式汽封；节能降耗。1、概述传统的迷宫式密封为高温、高压、高圆周速度的轴流式透平机械气体密封技

2、术作出了杰出的贡献，并且当前大多数的汽轮机、燃气轮机、航空发动机、风机等透平机械的密封仍在广泛应用。作为这种非接触式密封的特点是制造简单、维修方便。不需要润滑，可以自由热膨胀，不受圆周线速度限制。然而这种密封的间隙不可能做的很小，局部摩擦以及摩擦后留下永久性磨损不可能恢复等问题。必然造成泄漏量大，转子运行不稳定。对于当前世界上发电设备制造业的温度、压力和转速越来越高、对这些机组节能降耗指标和长期安全运行的要求也越来越高。刷式迷宫式复合密封的广泛应用势在必行。欧美和国内多家企业在90年代初起对透平技术重点研究的两项技术：三维叶片和刷式密封。三维叶片现已得到广泛的应用（

3、新机组采用和旧机组改造）。刷式密封已作为2000年后重点发展和推广的成熟技术。首先刷式密封已先在燃气轮机、航空发动机率先广泛应用。汽轮机的应用已逐渐开始，国外某公司已对从10MW－800MW汽轮机成功改造了100多台，在国际上取得了非常好的经济效益。经过多年的潜心研究和大规模推广应用，在国内江苏鑫信润公司改造的60多台汽轮机的实例，取得了非常好的经济效益。实验研究和实际应用表明，刷式密封的泄漏量是迷宫密封的1/5－1/10，并改善了转子的稳定性，减少局部摩擦。应用表明，刷式密封有潜力11能使燃气轮机提高出力3％－6％，使发动机的推力提高2％，耗油降低2％，使压气机的

4、喘振裕度提高5％（如压气机叶顶用刷式密封）。对于汽轮机，应用传统的迷宫式汽封的汽轮机气封泄漏损失约占内部总损失的约1/3。对于在高压缸中，级叶顶泄漏损失和隔板泄漏损失分别占级损失的23％和7％。大约和该级静叶和动叶型损失以及二次流损失相等。理论计算对于高压部分的叶片，如叶顶间隙减少50％，级效率可以提高2％，从这个角度看刷式密封的改造比叶片三维改造能取得同样机组效率，但汽封改造比叶片改造成本低的多，改造周期短的多。（可以和电厂大修期间同步进行）。1、迷宫式密封传统的迷宫式梳齿密封的工作原理是迫使流体通过曲折的途径递减其压力，以减少漏气量。见图1.密封齿的间隙是有最低

5、安全极限的。对汽轮机而言，一般取0.25－0.65mm，0.25mm被视为安全运行的最小许可值。实际运行中的汽轮机一般为0.6－0.8mm，迷宫式密封的气封环的背后有片式弹簧，当汽封齿与转子碰磨时，汽封环有一定的退让余地，使其不至严重损伤轴颈和气封环，但不能防止严重磨擦。磨擦后的汽封齿不能恢复，间隙将更大。对于旋转中的透平转子，产生与汽封摩擦原因主要有几种：a)转子过临界转速时的异常振动b)安装过程中的不对中c)温差引起的变形d)轴承的损坏e)气流扰动引起转子不稳定振动摩擦引起汽封齿永久性磨损，间隙增大，导致泄漏量增大。另外，摩擦使转子局部受热变形产生弯曲变形使磨损

6、加剧，磨损还可以导致密封齿变形、变脆、脱落、缺损，使泄漏进一步增加和造成安全隐患，这些事故在电厂也经常发生。汽封齿磨损对机组的出力和效率的下降，以500MW冲动式汽轮机为例，间隙值比设计值增大0.508mm，（0.02〃）级出力损失约160KW。11图1迷宫式汽封工作原理1、刷式密封如图3所示：刷式密封由前面板、后面板和夹在两者之间的高密度高温合金丝组成的刷丝组成。刷丝沿转子旋转方向有一定倾角。这样可以吸收转子的径向位移，使刷子很快可以恢复闭合状态。有的刷丝在进气流方向也有倾角，同样是可以吸收气流的扰动。转子、气流的振动和扰动可以使刷丝恢复原状态，保持原有间隙，不会

7、出现永久性的损伤。这就是刷式密封最大特点。刷式密封是可以允许磨擦，理论上可以是零间隙。刷丝的材料是一种钴镍铬钨的合金，这种合金在980℃（1800℉）的环境下有较强的抗氧化性，在与大轴接触时，刷丝可以跟随大轴径向移动，刷丝局部热点仍能有弹性。当然刷式密封不是没有泄漏，泄漏主要发生在密集排列的细金属之间形成的微小缝隙中，这些缝隙形成的曲折路径确保流体在其流动的不均匀性，使流体产生自密封效应，从而减少了泄漏。（见图2汽流在刷丝丛中流动示意图）。另外为了保证汽轮机的安全运行刷丝与转轴之间也留有安全间隙，这样也要产生泄漏。国外对刷式密封在汽封试验装置中试验，在气流温度5