四種汽封比較

1、蜂窩式汽封、布萊登汽封、接觸式汽封、側齒式汽封四種汽封比較 目 錄一、布萊登汽封狀況21、布萊登汽封結構22、布萊登汽封工作原理23、布萊登汽封結構實現(xiàn)的目的24、布萊登汽封實際應用狀況3弧段閉合不攏情況較多3弧段也有張不開的情況4正常閉合時間未必在過臨界轉速之后4密封齒仍為梳齒式，密封效果差4密封齒為梳齒式，容易引起汽流激振4易產生脹差大55、布萊登汽封失敗案例5二、接觸式汽封狀況61、接觸式汽封結構62、接觸式汽封工作原理63、接觸式汽封應用狀態(tài)64、接觸式汽封失敗案例7三、側齒式汽封狀況71、側齒式汽封結構72、側齒式汽封工作原理73、側齒式汽封結構分析84、側齒式汽封應用狀況8四、蜂窩

2、式汽封狀況9（一）蜂窩式汽封結構說明9（二）蜂窩式汽封的優(yōu)點101、密封效果好、顯著提高汽輪機組的效率102、不會引起汽流激振，安全性高103、不會出現(xiàn)掉臺和被拉彎的現(xiàn)象104、間隙可調安裝方便105、壽命長、安全性強、對軸無傷害116、在濕度較大的葉片頂部，裝上蜂窩汽封，有效去除葉頂水分，保護葉片少受水蝕。11一、布萊登汽封狀況1、布萊登汽封結構2、布萊登汽封工作原理  汽封分六段，弧段端面鉆孔裝有螺旋彈簧。啟機前，由于彈簧力的作用，使得各弧段張開，汽封間隙變大。機組正常運行時，當蒸汽作用于汽封后面的壓力大于彈簧力、汽封弧段重力及磨擦力的矢量和時，汽封弧段閉合，間隙變小。3、布萊登

3、汽封結構實現(xiàn)的目的布萊登汽封要解決的問題是啟停機過程式中轉速達到臨界轉速時轉子的振動振幅最大，容易碰磨汽封齒片，因此在汽封環(huán)段端部加裝彈簧，啟停機時彈簧將各汽封孤段撐開，使密封間隙變大，而無法碰磨；正常運行時汽封背孤的蒸汽壓力大于彈簧壓力，彈簧被壓縮，端面合攏又恢復正常間隙值。目的愿望很好，但實現(xiàn)之較難，效果較差。下面是布萊登汽封各段受力矢量圖： 4、布萊登汽封實際應用狀況1 弧段閉合不攏情況較多從以上各弧段受力矢量圖可以看到，各弧段重力大小、受蒸汽壓力大小相同，但彈簧力方向、重力方向、及磨擦力對各弧段產生的向心閉合力的矢量之和各不相同，那么，各弧段向軸心移動的力量和速度各不一致，極易造成各弧

4、段向心閉合的速度不一致而產生彈簧壓縮卡澀，弧段無法正常閉合。2 弧段也有張不開的情況汽輪機運行一段時間以后，汽封側面滑道及彈簧槽發(fā)生銹蝕，那么汽封與滑道的磨擦力也會加大，彈簧槽內的銹鉵也阻礙彈簧的縮、張，彈簧力就不足以使弧段張開，當降負荷或停機轉子振動加大時，齒也會被迅速磨損。密封密封得不到保證。3 正常閉合時間未必在過臨界轉速之后在起機過程中，汽輪機轉子的轉速和暖機時間、進汽壓力及進汽量有關。而布萊登汽封的閉合卻直接和蒸汽壓力有關。在起機過程中，我們無法預測汽封弧段受蒸汽壓力、重力、磨擦力的矢量和與彈簧力精確匹配，因為暖機時間與壓力沒有對應關系。而且彈簧對熱的敏感性較大，彈性系數(shù)卻又溫度的變

5、化而變化。溫度、暖機時間、壓力在起機過程中沒有準確的對應時間關么，那么汽封弧段閉合的時間也就無法精確的控制在過臨界轉速之后還是在過臨界轉速前。當閉合時間在過臨界轉速之前，那么布萊登汽封和常規(guī)梳齒式汽封完全一樣，存在著軸振磨齒的現(xiàn)象，密封間隙得不到保障，汽封泄漏量增加，改造失敗。如果閉合時間在過臨界轉速之后，那么大量的蒸汽順軸泄漏，加劇軸的受熱，脹差加大，造成動靜磨擦，存在安全隱患。而且我們都知道，大機組的臨界轉速不止一個，能不能避開幾個臨界轉速，值得懷疑。4 密封齒仍為梳齒式，密封效果差 布萊登汽封的密封齒結構仍是常規(guī)梳齒式汽封，以節(jié)流膨脹的方式密封，密封齒的數(shù)量并沒有改變。這種密封齒與齒的密

6、封間隙和密封齒的數(shù)量有很大關系。布萊登密封齒同樣是高齒對著軸上的凹槽低齒對著軸上的凸臺。如果操作不當，脹差較大，同樣存在著短齒掉臺，長齒被拉彎的現(xiàn)象，封得不到保證。如果長齒與軸上凹槽處磨擦，則在軸上凹槽直徑最小處，磨擦熱與力集中，容易造成大軸彎曲。所以，密封間隙也不可能作的太小，以保證安全。在齒的間隙相差不大，齒的數(shù)量不變的情況下，與梳齒式密封效果相差不多。另一方面，轉子異常振動的情況也有發(fā)生。即便弧段的閉合僥幸在所有臨界轉速之后，那么當轉子異振時，軸與密封齒發(fā)生磨擦，齒被迅速磨掉，密封得不到保證。5 密封齒為梳齒式，容易引起汽流激振梳齒式汽封，齒與齒之間有一環(huán)形腔室，而轉子的運轉中心為橢圓形

7、，那么環(huán)形腔與軸之間的距離始終在發(fā)生變形，大量泄漏蒸汽在環(huán)形腔內環(huán)流，切向分力始終變化，易產生汽封激振。6 易產生脹差大布萊登汽封尤其不能安裝在軸端部位，因為啟仃機過程中本來就存在動靜之間“脹差“大的問題，由于在這一階段中，各汽封孤段被彈簧撐開，梳齒與軸徑之間的密封間隙很大，大量的軸封蒸汽順著軸徑表面進入汽缸加熱轉子使其伸長，這就更使“脹差”增大，增加了啟仃時的危險性。若要減小“脹差”只能靠延長暖機時間。所以凡軸端安裝布萊登汽封的機組暖機時間都很長，不敢冒然升速并網，這本身也造成了很大的經濟損失。5、布萊登汽封失敗案例a、河南省電力局曾指令河南省各電廠都采用布萊登汽封，結果洛陽首陽山電廠，鄭州

8、電廠、姚孟電廠等電廠，都由于振動等原因宣告失敗。他們乎沒有一家再使用。后來首陽山電廠進行蜂窩式密封技術改造，達到了很好的效果。b、上海吳涇熱電廠06年春天在一臺6mw機組上花了67萬元上了布萊登汽封，沒過幾天就失敗了，之后全部拆掉又恢復原疏齒式汽封。c、大連華能二期#3、#4機2臺美國ge公司機組，新機組美國就采用了美國原配布萊登汽封，運行效果極差、軸封供汽耗量明顯增大、油中進水嚴重、機組熱耗增加，達不到設計值。結論是布萊登汽封絕大部風汽封彈簧未被壓縮，汽封弧段的端面沒完全接觸。中方向美國索賠，美國人全部換上了梳齒式汽封才了結。d、廣西柳州電廠東汽200mw機組安裝布萊登汽封后效果很差，漏泄嚴

9、重，電廠決定有停機機會就拆掉，現(xiàn)在打算上蜂窩式汽封。e、臺洲電廠上海機組高中壓間汽封（常說的過橋汽封）裝完布萊登汽封后，引起機組振動，后來改成了蜂窩式汽封。f、陜西秦嶺電廠2臺200mw機組用布萊登汽封不到一個小修期，因孤段不能閉合，漏泄嚴重而拆除這些只是布萊登汽封失敗的部分案例，布氏汽封存在著極大的風險性，密封性不佳，安全性較差，汽流激振較多。二、接觸式汽封狀況1、接觸式汽封結構接觸式汽封是在汽封中間開槽，然后放后復合材料環(huán)（一般為聚酰亞氨），在復合材料環(huán)后部，加裝彈簧，把復合環(huán)壓在軸上。這種汽封一般放在低壓缸兩側軸端。2、接觸式汽封工作原理 接觸式汽封復合環(huán)兩側仍為梳齒式結構，中間高分子復

10、合材料環(huán)被彈簧壓緊在汽輪機轉子上，以實現(xiàn)密封的方式。3、接觸式汽封應用狀態(tài)、高分子復合材料環(huán)耐熱差，易碳化高分子復合材料耐熱溫度較低（聚酰亞氨極限耐熱溫度為2100c）。高溫后易碳化碎裂失去密封作用。2 、熱膨脹較大，變形較大。復合材料熱膨脹系數(shù)非常大，熱膨脹又承各向異性。復合環(huán)受熱后，膨脹較大，圓周伸長后各段周長增加，復合環(huán)無法向中中合攏。更由于熱膨脹大，復合環(huán)易卡澀無法接觸轉子。3 、磨軸、抱軸如果復合環(huán)側面間隙大，開始復合環(huán)能夠合攏，那么軸就長時間與復合環(huán)磨擦。這種無潤滑的干式磨擦，就會產生大量的熱，使得轉子局部產生高溫，易使大軸彎曲。由于復合材料易碳化碎裂，擠在槽內，抱軸磨擦，產生振動

11、停機。4 、容易引起軸的振動復合材料環(huán)分成四六瓣等，復合環(huán)后的彈簧力很難實現(xiàn)均等。在圓周上，向外向心力不等，容易造成軸的振動。4、接觸式汽封失敗案例 a、四川攀枝花鋼鐵公司熱電廠的工業(yè)汽輪機帶煉鐵高爐鼓風機，12mw工業(yè)汽輪機及鼓風機的軸端汽封使用了“接觸式”汽封，結果是：由于接觸式汽封的復合材料受熱變形，將軸緊抱，導致機組強烈振動，所有接觸式汽封全部損壞而失敗。 b、山東鋁業(yè)集團電廠，高壓汽封受熱后碳化，重新拆裝汽封。 接觸式汽封由于復合材料耐用性、耐熱性、及產生振動，應用的較少，不適合在汽輪機上應用。三、側齒式汽封狀況1、側齒式汽封結構 汽流側齒式汽封是在梳齒式汽封直齒側面設有側齒，如上面

12、所示。2、側齒式汽封工作原理側齒式汽封是在直齒側面增加齒數(shù)，力圖增強擾流效果，以期達到更好的密封效果。增加的側齒，主要是迎著進汽側面增加。 3、側齒式汽封結構分析 側齒式汽封力圖通過增加側齒達到增強擾流的效果，但作為老機組的改造來講，并不適合。原因如下： a、由于老機組原凸臺的高度較小，則長齒的長度不會太長。從而在直齒上增加的側齒數(shù)量就極其有限。 b、由于軸上凹槽的寬度不大，直齒上加了側齒，勢必減小了軸脹的安全空間，安全性較差。 c、為了相對提高些安全軸脹空間，側齒的長度就盡可能作短。但短的密封齒的密封效果就會大打折扣。密封效果不會明顯。 d、側齒式汽封雖然增加了些側齒，但仍跳不脫為梳齒式結構

13、。它的齒間環(huán)形腔由于轉子的橢圓運動造成各處間隙不同，同樣會造成汽流激振。引發(fā)轉子的振動。 e、汽輪機在啟停機過程中，當轉子轉速在臨界轉速時，振動幅度較大，若汽封徑向間隙安裝較小時，汽封齒很容易磨損，徑向密封間隙變大，泄漏量增加 f、由于泄漏量的增加，蒸汽對軸的加熱區(qū)段長度及溫度都必然有所增加和升高，軸的軸向長度增加，脹差變大，軸上凸臺和汽封塊的短齒發(fā)生相對位移而出現(xiàn)所謂“掉臺”和長齒被拉彎而“倒伏”的現(xiàn)象。這種情況更容易出現(xiàn)。 g、鑒于以上種種，汽輪機運行的要求標準更高，啟、停機脹差的控制更難掌握。4、側齒式汽封應用狀況 據(jù)我們了解，側齒式汽封由于其結構限制，應用并不理想，在淮北電廠就出現(xiàn)過起

14、機十三次，最后不得不揭缸的情況。四、蜂窩式汽封狀況 蜂窩式汽封是較成熟的密封技術。此項技術源于美國航天飛機渦輪發(fā)動機液體燃料泵的密封，軍、民用飛機上均普遍應用，大功率的鼓風機上采用此技術密封和消振。 在汽輪機上應用蜂窩式汽封，最早出現(xiàn)在美國西屋公司汽輪機低壓缸次末級、次次末級葉片頂部用以減輕葉片的水蝕。 在國內，汽輪機專業(yè)何立東何博士于90年代發(fā)現(xiàn)了此項技術，經過研究、實驗并把此項技術應用推廣到汽輪機軸端、級間及葉頂，并于99年申請了國家專利。經過多年的試驗研究，我公司進行了產業(yè)化。 2003年，哈爾濱汽輪機廠與我公司合作了蜂窩式汽封與現(xiàn)在最耐磨的鐵素體汽封破壞性試驗，得到以下結論： 在相同壓

15、力、轉速擴軸徑表面的光潔度和硬度的條件下，本次試驗結論如下：1、運行壽命：蜂窩式汽封的運行壽命(即耐磨損性能)是鐵素體梳齒式汽封的2.5倍；2、對軸徑表面的摩擦阻尼之大小(摩擦系數(shù)的大小)；鐵素體梳齒式汽封對軸徑表面的摩擦阻尼為蜂窩式汽封的1.4倍3、對軸徑表面的摩擦損傷程度：鐵素體梳齒式汽封對軸徑表面的摩擦損傷程度為蜂窩式密封的6倍。4、對轉子運行穩(wěn)定性的影響：在2000rmp以上的轉速下，蜂窩式汽封對轉子運行穩(wěn)定性的貢獻約為鐵素體梳齒式汽封的2倍。（一）蜂窩式汽封結構說明所謂蜂窩式密封，即密封環(huán)的內表面是由正六面體形狀的蜂窩孔規(guī)則排列而成的蜂窩帶構成。蜂窩帶是由厚度僅為0.05mm-0.1

16、0mm的海斯特鎳基耐高溫合金薄板（hastelloy-x）在特殊成型設備上制成的正六面體網格型材，再經特殊焊接設備而成的。根據(jù)密封環(huán)體尺寸制作而成的蜂窩帶，在真空釬焊爐中通過真空釬焊技術被焊接在母體密封環(huán)上，繼而形成了蜂窩式密封。如下圖： 蜂窩汽封 蜂窩帶 蜂窩帶如下 （二）蜂窩式汽封的優(yōu)點 正是由于蜂窩式汽封的耐磨性及特殊的結構模式，蜂窩汽封有以下優(yōu)點：1、 密封效果好、顯著提高汽輪機組的效率a、 蜂窩式汽封因為是在汽封的長齒中間釬焊上蜂窩，齒的當量齒數(shù)成多倍增加，節(jié)流次數(shù)大大多于普通的梳齒式汽封。密封效果增加。b、 由于環(huán)形腔室被割裂成一個個蜂窩，蒸汽進入蜂窩后，進行回旋反沖，在軸表面形成

17、強勁氣膜，大大阻礙后部蒸汽前進，密封效果增強。c、 由于環(huán)形腔室內一個個小蜂窩的存在，汽流熱能耗散加大，汽流動能轉化成熱能耗散，密封性增加。d、 由于蜂窩帶耐磨，蜂窩帶不會有迅速被磨的情況，間隙可以適當作小，密封性增強。2、 不會引起汽流激振，安全性高由于長齒間環(huán)形腔室被割裂成一個個小蜂窩，長齒間沒有大能量的環(huán)形氣流，不存在軸表面切向力不均的情況，有效抑制汽封流體激振，提高機組的運行穩(wěn)定性。 3、 不會出現(xiàn)掉臺和被拉彎的現(xiàn)象因為長齒間整個空間全部充滿蜂窩帶，不論是否操作不當脹差大等情況，蜂窩帶始終對著軸上的凸臺。更由于正六邊形結構，蜂窩帶的剛度較大，不會被吹倒。而軸上凹槽永運不會碰到蜂窩帶，不存在象梳齒式汽封長齒那樣被拉彎的情況發(fā)生。4、 間隙可調安裝方便蜂窩汽封