汽封的原理

一.汽封的作用 (一) 汽轮机有静子和转子两大部分。在工作时转子高速旋转，静子固定，因此转子和静子之间必须保持一定的间隙，不使相互摩擦。蒸汽流过汽轮机各级工作时，压力、温度逐级下降，在隔板两侧存在着压差。当动叶片有反动度时，动叶片前后也存在着压差。蒸汽除了绝大部分从导叶、动叶的通道中流过做功外，一小部分会从各种间隙中流过而不做功，成为一种损失，降低了机组的效率。 (二) 转子还必须穿出汽缸，支撑在轴承上，此处也必然要留有间隙。对于高压汽缸两端和中压汽缸的前端，汽缸内的蒸汽压力大于外界大气压力，此处将有蒸汽漏出来，降低了机组效率，并造成部分凝结水损失。在中压缸的排气端和低压缸的两端因汽缸内的蒸汽压力低于外界的大气压力，在主轴穿出汽缸的间隙中，将会有空气漏入汽缸中。由于空气在凝汽器中不能凝结，从而降低了真空度，减小了蒸汽做功能力。 (三) 为了减小上述各处间隙中的漏气，又要保证汽轮机正常安全运行，特设置了各种汽封。这些汽封可分为通流部分汽封、隔板汽封和轴端汽封三大类。就工作原理来讲，这三类汽封均属迷宫式汽封。 1--隔板汽封 2--围带汽封二.汽封的结构汽封的结构形式一般可分为曲径汽封(迷宫汽封)、碳精汽封和水封三种。由于后两种在现代的汽轮机中很少应用，所以下面仅介绍曲径汽封的结构。迷宫式汽封的结构(表2-1) 迷宫式汽封按其齿形可分为平齿、高低齿和枞树形等多种形式，按汽封齿的加工方法又可分为整车式、镶嵌式和薄片式等。右图是各种迷宫式汽封齿的结构形式。 (a)--整车式平齿汽封,(b)(c)--整车式高齿汽封, (d)--镶嵌片式汽封,(e)(f)--整车式棕树形汽封(g)(h)(i)--薄片式汽封 (一).轴端汽封轴端汽封多为高低齿汽封，都设计成多段结构，每段由若干个汽封环组成，相邻两段之间设置汽室，如下图所示。汽封齿是加工或镶嵌在汽封弧段上的，汽封弧段又分可嵌装在汽封体内壁的环形槽道内形成汽封环，整个汽封环由6~8段汽封弧段组成。汽封弧段采用弹性支承，即在每个弧段的外圆面上用销子连接一个弹簧片，嵌入槽道后弹簧后弹簧片使弧段与槽道的支承面贴合。上汽封体中分面处装有压块，以防汽封弧段沿周向滑移和脱落。下汽封体靠挂耳在汽缸凹槽两侧铣出的凹台上，其底部通过焊接在汽缸凹槽内的定位键同汽缸配合。汽封体上、下两半部销钉和螺钉固定在一起，在其水平接合面处的进汽侧，每个环形槽道都开有进汽通道。汽封体在汽缸端部的固定方法与隔板套基本相同，但大型汽轮机最外端的汽封体一般用螺钉紧固在汽缸端面上，其中高温高压端的汽封体通过膨胀圈固定在汽缸上。薄片式汽封片用紧丝嵌在转子上，或同时嵌在汽封环和转子上。对于套装转子或组合转子的套装端，其汽封凸肩一般在汽封套上加工，然后热套在主轴上。而整锻转子、焊接转子或组合转子的整锻端，其汽封凸肩或汽封片直接在主轴上加工或镶嵌，此时应在主轴上对应两汽封环的轴向间隙处加工出膨胀槽。另外，某些汽轮机也采用枞树形、游标式、斜切式或径向式等多种迷宫汽封作为轴端汽封。 (二).隔板汽封几种常见的隔板汽封 (a)弹性、梳齿、曲折式,(b)弹性、镶嵌、曲折式 (c)弹性、平齿式,(d)刚性、平齿式, 表2-1中 b)、(c)、(d)为常用的隔板汽封齿形式，其结构可分为刚性汽封和弹性汽封两种。弹性汽封在汽封弧端的背面装有弹簧片，有时用拉弹簧顶替，某些汽封弧段背面还有调整垫片。刚性汽封一般只用于中压汽轮机上。弹性隔板汽封的装配结构与轴端汽封相似。高压部分常采用整车式隔板汽封；低压部分常采用镶嵌片式汽封，其汽封弧段和汽封片采用不同的材料。由于低压部分有较大的胀差，低压级隔板汽封的轴向间隙应放大，甚至采用光轴或平齿汽封。 (三).围带汽封围带汽封设置在叶片顶部与隔板外缘的凸缘之间，常采用镶嵌片式或薄片式平齿汽封，汽封片直接镶嵌在凸缘上。也有在围带上直接车出汽封齿，对应的静止部分嵌上软金属制成的汽封环。在末几级无围带的叶片上，将叶顶削薄，使动静部分保持最小的径向间隙。一般在叶片进汽侧顶部和根部设置轴向汽封。叶顶的轴向汽封由围带端部车薄而成；叶根的轴向汽封通常在叶片进汽侧根部车出牙齿形汽封齿。其结构下图。 1--喷嘴组，2--动叶栅，3--转向导叶，5--围带径向汽封，6--叶顶轴向汽封，7--叶根轴向汽封三.汽封径向间隙和轴向间隙 1.汽封径向间隙如果粗略选取径向间隙，可用计算公式

δ=0.001d+(0.1~0.2)mm(δ为间隙值，为考虑轴的直径、汽封的结构及材料、汽封距支持轴承的支持轴承的形式及转子转动方向等诸多因素。设计时可按下列数值选取(中、低压汽轮机取较小值)：轴端汽封和隔板汽封的径向间隙：镶嵌片式为0.25~0.70mm(用黄铜或德国银作汽封片时取较小值)；整车式为0.40~0.70mm；薄片式为0.40~0.65mm；枞树形为0.25~0.50mm。当采用圆柱形或椭圆形支持轴承且转动方向为顺时针时，左侧径向间隙应比右侧的大0~0.20mm，高压前汽封及高压级隔板汽封下部径向间隙应比两侧的大0.2~0.3mm。围带汽封径向间隙：1.5~2mm。围带铆钉头与汽封体的径向间隙：2.5~3.5mm。 2.通流部分和轴向间隙通流部分和汽封轴向间隙值的选取以正常和事故情况下动、静部分不发生轴向磨擦为原则，这一间隙值可以根据运转状态下转子和汽缸的热膨胀计算、隔板挠曲计算和汽轮机启停时最大温差所引起的胀差估算求出，也可参照汽轮机运行经验决定。一般，轴向间隙的布置趋势由推力轴承往后逐渐增大。目前，为了提高大容量汽轮机的启停性能，缩短启停时间，某些制造厂采用了放大通流部分和汽封轴向间隙，保持较小的汽封径向间隙，叶根部位设置径向式汽封等设计方案。