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        汽封是汽轮机转动部件与静止部件相间,避免级间蒸汽泄漏,关乎机组运行经济和安全的重要部件,对于以水蒸汽为介子,高温、高压高速旋转的汽轮机汽封密封具有其固有原理特性。

    1、密封形式
      汽轮机启、停机过程中,由于内外温差,导致汽缸变形引起动静间隙变化以及转子过临界振幅增加等,事实上,汽轮机启动运行动静部件之间有间隙要求即汽轮机汽封密封是间隙密封。纵观汽轮机发明100多年来,国内外汽轮机设备制造商仍沿用汽封间隙密封基础理论,采用梳齿迷宫结构的汽封密封形式。

    2、密封原理

    图1 曲径轴封及其热电过程

      汽封密封原理是节流--膨胀。
      汽轮机汽封的密封是蒸汽介子通过每道汽封齿与转子表面间的间隙的节流并在汽封两个相邻齿所形成的空间内的膨胀,连续不断地进行热能一动能一热能的转换过程,蒸汽通过多个汽封齿目的是使汽封最末级两个相邻齿间形成的腔室内的蒸汽由热能转换成动能的能力达到最小,以期达到阻塞或减少蒸汽介子泄漏的目的,实现汽封密封性能。

      如图1汽封进汽口压力P1到出汽口压力P2的降低,是被分配到各汽封齿腔室空间逐渐降低的,蒸汽流经每一汽封齿压力的降低,导致蒸汽比容V的增大,按蒸汽连续方程G=SC/V =const(其中S表示汽封漏汽面积,C表示蒸汽速度,V表示齿前的比容)得知,蒸汽速度C增大,由于流经汽封各齿尖的蒸汽泄漏量是相同的,所以,随着压力的降低蒸汽流经各齿尖的速度C逐渐增大,由于汽封出汽侧最末一道齿的比容V是一定的,因此,末齿的蒸汽流速大小反应了汽封密封性能优劣,而蒸汽速度C是节流热能转换动能的结果,即蒸汽焓降,如图1芬诺线,反应出汽封密封原理过程。

    3、高效密封特性
      实现汽轮机汽封高性能密封效果,取决于两个方面,一是节流间隙,二是膨胀空间。

    3.1 节流间隙

        节流是热能转换动能的过程,间隙越小节流越大,蒸汽经过每个齿后的压力越小,压差越大,每个齿消耗的压差大能够尽量减小最后一个齿的压差,从而最大限度的减低最后一个齿的出口速度,达到降低漏汽量的效果;

    汽封漏汽计算的公式:


    对于一定结构形式的汽轮机,进口压力Pi出口压力P2初始比容Vi汽封齿数Z均为定值,汽封漏汽量G仅与漏汽面积S成正比,即与汽封间隙成正比,因此,汽封间隙越小,密封效果越显著,间隙是密封效果的绝对要素。

    3.2 膨胀空间
      蒸汽通过节流产生的动能,在相邻两个汽封齿形成的腔室内进行充分膨胀,将所获得的动能再转化成为热能,空间越大,能量转化越充分。如果蒸汽在腔室不能完全膨胀,蒸汽在前一个齿尖获得的动能不能完全转换成热能,从而使蒸汽在进人下一个齿前依然带有一定余速度,这样在经过下一个汽封齿时蒸汽具备的动能就是该余速与该齿节流带来的速度的和,最后,会加大最后一个齿出口的速度,从而增大了汽封的漏汽量,从而影响汽封密封效果。

        因此,良好的汽封密封效果取决于较小的汽封间隙和较大的膨胀空间。

        如下图2两款汽封的芬诺线表明的是两款汽封的汽封齿数及漏汽面积相同, 而第一款汽封腔室的设计能够完全让蒸汽的动能全部转换成热能,如而第二款却只能让蒸汽的动能部分转换成热能。蒸汽通过前一款汽封的汽封齿焓降产生的动能,在两个汽封齿间腔室内经过充分膨胀,又转化为热能,使焓值保持不变,而后一款由于动能不能完全的转换成热能,使得蒸汽在进入下一个汽封齿前还具有一个速度,并且焓值也会比Ho小,而且每经过一个齿后的焓都会逐渐的减小,最后的速度也会因为动能不能完全转换成热能而导致其值大于第一款汽封,其漏汽量也比较大。

        图2所示,abcd为第一款汽封芬诺线,defg为第二款汽封芬诺线。

    图2 不同款汽封的芬诺线

        
        因此,汽轮机汽封密封需要汽封具有足够的膨胀空间,使蒸汽所获得的动能能够充分转化为热能,任何形式导致膨胀空间的变化缩小,都会影响汽封密封效果。

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