刷式汽封

刷式密封情况介绍:刷式密封是近年发展起来的一种高效阻尼密封，其泄漏量是梳齿迷宫密封的1/5-1/10，并允许动静之间瞬态严重不同心而保持密封能力不变，既提高了机组效率，又改善了转子的稳定性，是现代先进透平机械发展的关键技术之一。

刷式密封一般用于动静件间的气体介质密封，在液体或粉尘等密封方面，效果也十分明显。

刷式密封的刷毛相对轴的旋转方向按一定倾斜角度规则排列，以减少刷毛的磨损，使刷毛更容易适应转子的制造误差和热变形等，并在转子瞬间大幅径向位移后迅速弹回，保持密封间隙不变。

刷式密封的刷丝主要采用钴基高温合金，具有低脆性、高韧性、保证运行过程中不折断，而高性能的焊接工艺保证刷丝的不脱落，经过精确计算设计的刷毛束厚度及高度保证高性能的封严性，刷丝材料和涂层材料的合理组合保证密封稳定、安全的运行。

1.刷式密封与迷宫式密封的区别：传统的迷宫密封为一种非接触式密封，不能杜绝泄漏，而是用逐级节流的方法来抑制泄漏，由于受设备轴向长度的限制，使迷宫密封泄漏量较大，并且迷宫密封的泄漏流量随着压差的增大而急剧上升，其密封效率急剧下降，据相关统计资料显示，汽轮机间隙每增加0.0254mm，平均功率损失约4~5kW 。

刷式密封可以改善转子的稳定性，使汽轮机或燃气轮机出力提高0.5％~6％（据改造数量、位置、机型、工况等因素，存在差异），刷式密封的出现，使得过去因安全原因不可以达到的小间隙甚至零间隙成为可能，这对机组效率的提高是非常显著的。

从某种角度看，在获得同样效率增量的情况下，改造汽封比改造叶片更节省成本和时间。

2.刷式密封与蜂窝式密封区别刷式密封与蜂窝密封均来源于飞机发动机。

蜂窝密封是第二代产品，刷式密封是最新的第三代产品。

刷式密封更先进，效果更好，可广泛应用于轴端，隔板，叶顶，油封等部位，而蜂窝密封受应用范围限制较多。

蜂窝密封从结构上讲还是一种刚性密封，一旦碰磨，就不可恢复，安装时，间隙控制得再小，过临界或异常震动等情况下就会将其间隙磨大，刷式密封是一种柔性密封，可自适应轴跳动，不会因过临界或异常震动等造成间隙永久变大。

刷式密封可以做到零间隙，蜂窝密封则不能；3.刷式密封与传统密封的区别蜂窝密封主要靠气流在各蜂窝中形成涡流来进行密封，试验证明，要形成涡流，气流速度及间隙必须满足一定要求，而实际安装过程中，间隙过小，起机时容易抱轴，造成震动或起机困难，间隙过大则密封效果差，因此通常应用于低压末级叶顶湿蒸汽区；刷式密封与迷宫密封及蜂窝密封相比，其密封性能和寿命有了大幅提高，有效提高了机组的效率；由于增加了转子的振动阻力，从而改善了转子的稳定性；在动静之间瞬间过盈情况下，通过刷子的柔性退让能保持密封能力不变，有效增加了机组的可用性和安全性。

可以说，刷式密封是传统密封最有力的替代品。

刷式密封机理：刷式密封介质泄漏主要发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，由于刷子中刷丝间空隙的不均匀性作用，均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀了，并且从紧密的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在刷丝排之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流。

而当一射流遇到前面紧密的刷丝束，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流（见图1，刷式汽封气体流动形式）。

由于刷丝束破坏流动而确保流动的不均匀性，使流体产生了自密封效应，横向流动代替向前流动显然对流体自密封起了重要贡献，它能使横流过刷子的总压降增大从而减少汽封的泄露量。

随着压比的增大，刷子中刷丝的密度增加，刷丝之间的空隙减少而使有效的泄漏面积减少，同时使泄漏流动的阻力增大，从而使泄漏随压比增加的梯度降低。

刷式密封结构特点：刷式密封由前面板、后面板和夹于两者之间的高度密集高温合金细金属丝组成的刷子组成，刷子沿转子旋转方向有一定倾角，这样一来，每一根细金属丝都是一个小弹簧，集合成的毛刷能倾斜以吸收转子径向偏移，并且很容易恢复闭合状态，在短时期与轴过盈接触后，不会象迷宫密封和蜂窝密封一样，出现永久性的磨损，造成密封间隙增加。

刷式汽封刷式密封是近年发展起来的一种高效阻尼密封，其泄漏量是梳齿迷宫密封的1/5-1/10，并允许动静之间瞬态严重不同心而保持密封能力不变，既提高了机组效率又改善了转子的稳定性，是现代先进透平机械发展的关键技术之一，已经应用于航空发动机、工业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械。

在航空领域，应用刷式密封是提高航空发动机性能的重要手段，GE、西门子等世界各大透平公司的技术创新与发展中，都把刷式密封技术研究作为其中的重要内容之一。

[size=0px] n1 B: d7 T4 M/ L7 B' F7 E# b6 [[/size]刷式密封一般用于动静件间的气体介质密封，在液体或粉尘等密封方面，效果也十分明显。

刷式密封的刷毛相对轴的旋转方向按一定倾斜角度规则排列，以减少刷毛的磨损，使刷毛更容易适应转子的制造误差和热变形等，并在转子瞬间大幅径向位移后迅速弹回，保持密封间隙不变。

和刷毛自由端接触的轴表面一般喷涂一层耐磨材料，以防止工作时刷毛划伤轴径，同时可减少刷毛的摩擦损耗。

[size=0px]# v/ ]8 R$ G, n- p) a[/size] m A ` R;t;i刷式密封的刷丝主要采用钴基高温合金，具有低脆性、高韧性、保证运行过程中不折断，而高性能的焊接工艺保证刷丝的不脱落，优化的刷毛束厚度及高度保证高性能的封严性，刷丝材料和涂层材料的合理组合保证密封稳定、安全的运行.刷式密封是取代传统的迷宫密封的理想选择，它是一种接触式的具有适应性的密封，可全部或部分消除迷宫密封的寄生泄漏，同时允许转子在有一定的偏差的状态下工作，是可以做到零间隙的柔性密封。

刷式密封内流动形态与迷宫式密封有较大的区别,由于刷丝束的多孔介质特性,从迷宫式泄漏的射流直接撞击到刷丝束上,一部分经过多孔介质刷丝束渗流过进入下一个腔室,另一部分形成回流在腔室内构成一个较大的旋涡流,将泄漏射流的动能转化为热能。

泄漏流经过刷丝束后的压力下降大于经过迷宫齿时的情况，由此刷丝束可以有效地阻止泄漏流,提高密封效果。

[size=0px]8 N9 i# M( Q: j! e' C$ I2 K[/size]刷式密封使介质泄漏主要发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，由于刷子中刷丝间空隙的不均匀性作用，均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀了，并且从紧密的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在刷丝排之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流。

而当一射流遇到前面紧密的刷丝束，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流（[b][color=#ff0000]刷式汽封[/color][/b]气体流动形式）。

由于刷丝束破坏流动而确保流动的不均匀性，使流体产生了自密封效应，横向流动代替向前流动显然对流体自密封起了重要贡献，它能使横流过刷子的总压降增大从而减少汽封的泄漏量。

因此，刷式密封的泄漏特点为，由于压比的增大，刷子中刷丝的密度增加，刷丝之间的空隙减少而使有效的泄漏面积减少，同时使泄漏流动的阻力增大，从而使泄漏随压比增加的梯度降低。

刷握式密封由前面板、后面板和夹于两者之间的高度密集合金细金属丝组成的刷子组成，刷子沿转子旋转反向有一定倾角，这样一来，顺从的毛刷能倾斜以吸收转子径向偏移，并且很容易恢复闭合状态，在短时期与轴过盈接触后，不会象迷宫密封和蜂窝密封一样，出现永久性的性能损失。

刷式汽封一、概述汽轮机的转子与静子间总有间隙。

为了防止工质通过间隙泄漏，就要有密封。

工质的泄漏带来能量损失。

泄漏损失是汽轮机内部损失的重要组成部分，通常是内部损失的1/ 4 。

减少泄漏损失可以大幅度提高汽轮机的内效率，特别是经过20 世纪最后20 年，汽轮机的通流部分在计算流体力学的推动下有了许多改进，性能有了大幅度的提高，减少泄漏损失更成为提高汽轮机效率的重要措施。

传统迷宫汽封是一种非接触式刚性密封，间隙减小，汽封齿就会在和转子碰磨后很快磨损，而且还会因两个刚体碰磨而带来安全问题。

另外，由于结构限制，传统迷宫汽封在实际运行中并不能完全保证设计间隙，由于机组起动过临界，异常的振动超差，甚至由于运行人员的操作失误等，都有可能使得汽封齿造成永久性磨损，而密封间隙也成倍增加。

也就是说，我们精心调整好的汽封间隙很有可能在机组的第一次起动过临界时就被磨大了，对老机组而言，这种情况更明显。

因此仅仅通过更换传统的汽封圈并不能有效提高机组效率。

传统密封产品，在汽轮机能量应用方面常造成的一定比例的浪费（见下图）。

由于刷握式密封优秀的密封效果，在国外已得到广泛应用。

在航空发动机领域，刷握式密封的应用已超过10年，例如其中的PW4000系列发动机，通过3000次起停续航周期，刷握式密封的径向间隙增量不超过0.002 in（0.051mm），与传统迷宫密封相比，燃料消耗降低0.4%。

在工业燃汽轮机领域，世界几大知名企业均在其产品中采用了刷握式密封。

其中的7EA型机组局部采用刷握式密封后，其出力提高1.9%，热耗降低0.7%，刷握式密封的设计寿命达48000小时（5年半）。

目前，南京汽轮电机（集团）有限责任公司与GE公司合作生产的6000系列燃气轮机也开始采用刷握式密封。

国外的汽轮机领域，小到15MW机组，大到860MW的核电站都有用汽轮机成功应用刷握式密封。

其中Tampa Electric Big Bend 燃煤电站对其444MW的GE G2型汽轮机进行了刷握式改造，改造后显示。

在大流量工况时，汽轮机出力增加3.6%，由于改造前机组运行状况良好，电厂将效率的提高都归功于刷握式密封的采用。

二、刷握式汽封简介刷握式密封是一种柔性密封，它能适应转子的瞬间径向变形或偏心运动，因此能做到在保证安全的前提下尽量减小密封间隙，同时由于增加了转子振动阻力，有利于改善转子的稳定性。

刷握式密封的结构见下图：刷握式汽封的刷环是由紧密排列的特种细金属丝组成的，每根钢丝就是一端为支点的梁,有极好的弹性，它们和转子相碰磨时，刷子可以弹性退让，不易被磨掉，保证了机组在小间隙甚至零间隙下的安全运行，而传统刚性汽封齿只要和转子碰擦就会很快磨掉。

实验证明，刷握式汽封的漏汽量是梳齿式汽封的10％～20％。

三、刷握式密封的使用范围目前国外有100 多台机组，范围从机械驱动汽轮机到800MW 燃煤发电汽轮机，成功地使用了刷式密封。

汽轮机：刷式密封主要应用在高压&中压& 低压段的隔板、轴封及叶顶阻汽。

燃气轮机：主要应用在压气机末端，透平轴封及轴承密封。

四、刷握式密封原理刷握式密封由前面板、后面板和夹于两者之间的高度密集合金细金属丝组成的刷子组成（图1，刷密封结构示意图），刷子沿转子旋转反向有一定倾角，这样一来，顺从的毛刷能倾斜以吸收转子径向偏移，并且很容易恢复闭合状态，在短时期与轴过盈接触后，不会象迷宫密封一样，出现永久性的性能损失。