蜂窩式汽封介紹

1、蜂窩式汽封介紹一、蜂窩式密封技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展早在上個(gè)世紀(jì)90年代初期，美國航天領(lǐng)域的科學(xué)家在研究航天 飛機(jī)液體燃料蝸輪泵的密封問題時(shí)，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)蜂窩形狀的密封可 產(chǎn)生很好的封嚴(yán)效果。于是蜂窩式密封便開始在航天飛機(jī)、飛機(jī)發(fā)動(dòng) 機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)上推廣應(yīng)用。美國西屋公司將蜂窩密封技術(shù)應(yīng)用在汽輪 機(jī)低壓缸后幾級(jí)濕度較大的部位，取得了很好的除濕效果，有效的保 護(hù)了動(dòng)葉片免受水力沖蝕。近年來,蜂窩式密封技術(shù)應(yīng)用在汽輪機(jī)上。 跨國集團(tuán)進(jìn)入中國的300MW、350MW、600MW及650MW核電機(jī)組上均采 用此項(xiàng)新技術(shù)，效果甚佳。二、窩式汽封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其密封機(jī)理近年來，蜂窩汽封已逐漸取代梳齒迷宮汽封，成功應(yīng)用

2、于汽輪機(jī) 組、燃?xì)廨啓C(jī)、空氣壓縮機(jī)和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域。蜂窩汽封密封環(huán)的 內(nèi)孔表面由規(guī)整的蜂巢菱形狀的正六邊形小蜂窩孔組成，其蜂窩帶結(jié) 構(gòu)見圖1。蜂窩汽封是以汽體通過蜂窩帶時(shí)產(chǎn)生的阻尼來密封，見圖2。蜂窩汽封中正六邊形的蜂窩孔是由厚度僅為0.05O.10 mm的鎳 基耐高溫合金經(jīng)特殊加工手段制成蜂窩帶而形成的，蜂窩的高度及蜂 窩孔的大小根據(jù)一定的設(shè)計(jì)規(guī)范確定。先將薄板加工成規(guī)整的蜂窩帶， 然后采用真空釬焊技術(shù)將蜂窩帶釬焊（亦稱光滑無渣焊接）在母體汽 封環(huán)內(nèi)表面上，因此具有良好的耐高溫性能。蜂窩帶很薄，硬度也很 小，不會(huì)對(duì)與其相接觸的任何鋼質(zhì)物件產(chǎn)生磨損。蜂窩帶疊合成正六 邊形狀，使其在高度方向上

3、具有足夠的強(qiáng)度，不會(huì)在接觸時(shí)被壓損。 因此，蜂窩汽封可與軸頸保持較小的配合間隙，達(dá)到良好的密封效果。 蜂窩帶即使被磨損也依然保持蜂窩形式，不會(huì)因結(jié)構(gòu)上的變化而影響 密封效果。汽輪機(jī)蜂窩式汽封由鎳基耐高溫合金蜂窩帶與環(huán)體組成，安裝 在靜止部套上（汽封體）。蜂窩式汽封的結(jié)構(gòu)見圖3、圖4。迷宮梳齒 式汽封的結(jié)構(gòu)模式是高低齒相間排列，而迷宮蜂窩式汽封的結(jié)構(gòu)模式 則是將低齒取消，在兩高齒之間的槽道內(nèi)全部釬焊蜂窩帶；對(duì)斜齒或 百齒式平齒軸封將原迷宮梳齒式全部改為蜂窩帶，并將蜂窩帶焊接在 環(huán)體上。一新常帶圖3迷宮蜂窩式汽封圖4平齒蜂窩汽封高低齒式蜂窩汽封是蜂窩技術(shù)和迷宮汽封的完美結(jié)合，其密封 效應(yīng)是迷宮效應(yīng)

4、和蜂窩效應(yīng)的綜合組成，是高效性、穩(wěn)定性和安全性 的完美結(jié)合,.主要設(shè)計(jì)思想是在原疏齒結(jié)構(gòu)中，保留高齒，在低齒地 方用蜂窩帶填滿,該結(jié)構(gòu)有以下優(yōu)點(diǎn)：1）高齒依然保留，起節(jié)流密封效果，而氣流經(jīng)節(jié)流降壓后進(jìn)入 蜂窩區(qū)，進(jìn)一步加大密封效果，兩種密封技術(shù)綜合應(yīng)用，起到最佳的 效果。汽旋原理圖如下：2）在設(shè)計(jì)中，蜂窩帶加工成比原來的低齒高出一部分，即軸先 同蜂窩接觸而不同高齒接觸，從而保護(hù)軸不被磨損。3）在安裝過程中，由于高齒高度大于蜂窩帶，避免了蜂窩帶被異物撞擊損傷。4）在高壓側(cè)，最外邊高齒起到了保護(hù)作用，防止了工質(zhì)對(duì)蜂窩 帶邊緣的沖刷傷害。5）可以根據(jù)用戶的要求，設(shè)計(jì)不同形狀的系列汽封，有針對(duì)性 解決

5、問題。對(duì)用戶來講，可以用有限的資金解決最主要的問題，事半 功倍。三、蜂窩汽封同梳齒迷宮汽封比較1、雙向阻尼及汽旋效應(yīng)蜂窩汽封同梳齒迷宮汽封原理有著本質(zhì)不同。梳齒迷宮汽封以節(jié) 流原理來密封，在梳齒迷宮汽封中，汽流周向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是引發(fā)機(jī)組軸 系自激振動(dòng)的主要原因，而蜂窩汽封的軸向網(wǎng)格可有效阻止這股汽流 的流動(dòng)。軸及葉輪的高速旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)汽體切向運(yùn)動(dòng)，而汽封兩側(cè)的壓差 會(huì)使汽體沿軸向運(yùn)動(dòng)。汽體在通過蜂窩表面時(shí)會(huì)遇到切向及軸向兩個(gè) 方向的阻力。這樣，在每個(gè)蜂窩孔表面形成強(qiáng)烈的汽旋，轉(zhuǎn)速越高， 壓差越大，汽旋效應(yīng)越強(qiáng)烈。從宏觀上看，宛如形成一個(gè)個(gè)具有很強(qiáng) 張力的汽泡。這些汽泡的單個(gè)運(yùn)動(dòng)很復(fù)雜，但整個(gè)蜂窩汽封帶

6、表面則 形成一層具有很強(qiáng)張力及彈性的汽膜，產(chǎn)生相當(dāng)大的阻力，阻止后面 汽體進(jìn)一步前移，產(chǎn)生良好的密封效果。因?yàn)閱蝹€(gè)汽泡的直徑非常小， 不會(huì)對(duì)軸產(chǎn)生大的合力，反而能保證軸在運(yùn)動(dòng)中平穩(wěn)運(yùn)行。蜂窩汽封 切向及軸向都有阻尼，有效阻止了工質(zhì)在周向的運(yùn)動(dòng)，可使軸系自激 振動(dòng)減至最小。蜂窩汽封在結(jié)構(gòu)上有所不同，當(dāng)軸同蜂窩汽封體相接 觸時(shí)，是一個(gè)很寬的密封面同軸向接觸，相同的力作用于一個(gè)平面上， 接觸面局部壓強(qiáng)很小，可保證汽封的有效退讓，使彈簧片真正發(fā)揮作 用。因此，蜂窩汽封不僅具有較好的密封效果，而且能最大限度地保 證機(jī)組穩(wěn)定、安全運(yùn)行。2、熱力學(xué)效應(yīng)蜂窩汽封熱力學(xué)效應(yīng)原理與梳齒迷宮汽封類似，只是汽流在進(jìn)入

7、 各個(gè)蜂窩網(wǎng)格時(shí)，增大了汽流與汽封圈的熱交換面積，使汽流的動(dòng)能 大為減弱。同時(shí)，由于汽流會(huì)形成旋渦，將汽流向前的速度矢量轉(zhuǎn)化 為旋轉(zhuǎn)矢量，從而進(jìn)一步減少向前的動(dòng)能。因此，在同等軸向長度的 密封范圍內(nèi)，蜂窩汽封泄漏量自然最小。3、收縮效應(yīng)工質(zhì)流經(jīng)蜂窩帶中的每個(gè)小網(wǎng)格與軸頸間的微小間隙時(shí)，由于制 造蜂窩網(wǎng)格板材厚度僅為0.050.10 mm，流體產(chǎn)生收縮，流束截面 變小，引起蒸汽的渦流和摩擦等局部阻力損失，使流過蜂窩帶的蒸汽 壓力低于網(wǎng)格進(jìn)汽壓力，減小了蒸汽流動(dòng)的勢(shì)能。4、高效阻透汽效應(yīng)在一般梳齒迷宮汽封中，通過汽封間隙的汽流只能向一側(cè)擴(kuò)散， 在膨脹室內(nèi)不能充分進(jìn)行這種動(dòng)能向熱能的轉(zhuǎn)換，而靠光滑壁

8、一側(cè)有 一部分汽流速度不減小或只略為減小，直接越過各齒頂流向低壓側(cè)， 產(chǎn)生透汽效應(yīng)。試驗(yàn)證明，蜂窩汽封可使汽流的動(dòng)能充分向熱能轉(zhuǎn)換， 可有效減小透汽效應(yīng)所帶來的泄漏。5、可以獲得更小汽封間隙蜂窩帶的材質(zhì)地柔軟，具有可磨性，故徑向間隙可以控制的比梳 齒式迷宮汽封要小。據(jù)進(jìn)行的破壞性耐磨試驗(yàn)結(jié)果表明，蜂窩式汽封 對(duì)軸的摩擦損傷程度僅為鐵素體梳齒式汽封的1/6，即使發(fā)生動(dòng)靜摩 擦，也不會(huì)傷及軸頸。在同樣的徑向間隙值下，蜂窩式密封的漏汽流 量比梳齒式密封少5070%。對(duì)于高壓缸軸封，可以保證安裝時(shí)較小 的密封間隙，從根本上解決軸端漏汽嚴(yán)重導(dǎo)致油中進(jìn)水而引起透平油 乳化的問題。對(duì)于低壓缸軸封，從結(jié)構(gòu)上解決了因脹差引起的低齒掉 臺(tái)、高齒倒伏的問題，對(duì)確保凝汽器真空度，提高機(jī)組效率有顯著作 用。6、可以保護(hù)末級(jí)葉片除濕效果明顯。低壓缸葉頂汽封采用蜂窩式汽封，利用蜂窩的網(wǎng) 格結(jié)構(gòu)把甩到蜂窩上的水珠吸納住，通過蜂窩背板上的疏水槽將收集 的水排走，降低了蒸汽溫度，有效地保護(hù)低壓缸末幾級(jí)動(dòng)葉片免受水 力沖蝕，有利于動(dòng)葉片的長期安全運(yùn)行。四、安全穩(wěn)定性1、能有效消除汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的氣流激振，確保機(jī)組運(yùn)行的安全性 和穩(wěn)定性。2、蜂窩帶是質(zhì)地柔軟的六邊形蜂窩網(wǎng)格，具有可磨損的優(yōu)點(diǎn)， 即使發(fā)生動(dòng)靜摩