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1.汽輪機汽封對汽輪機的影響

在當前的電站工程中，熱力發(fā)電站占有十分重要的地位。熱力發(fā)電的基本原理是把熱能轉化為機械能帶動電機轉動，再由電機將機械能轉化為電能。在能量轉化的過程中，能量的利用率決定了電站工程的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率。在電力行業(yè)競爭日趨激烈的今天，高效節(jié)能的電站工程，無疑是更具有競爭力的。眾所周知，在任何方面利用熱能都需要面對一個重要的問題——如何提升熱能的工作效率，汽輪機也不例外。

為了保證汽輪機的工作效率，限度地提升熱能的利用率，汽封的作用就顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計，由于汽封漏汽造成的能量損失占汽輪機總能量損失的很大一部分。汽輪機的靜子與轉子之間存在著各種汽封，包括平衡活塞汽封、葉頂汽封、軸端汽封、隔板汽封等等。這些汽封的主要功能包括阻止外界空氣進入汽輪機與汽輪機的蒸汽混合；減少蒸汽的泄漏量；減少化學補水量以及高位能的工作介質低位能流動。而這些各種各樣的汽封由于漏氣所造成的能量損失，可以造成汽輪機工作效率下降3%～4%，這一數(shù)字占到汽輪機內部損失的三分之一。而如果經(jīng)過科學的改造，汽封漏汽造成的能量損失將會大大降低，可以想象，如果這一問題得到解決，將會對電站工程產(chǎn)生重大影響。

2.汽輪機汽封漏氣分析

汽輪機汽封的主要作用是隔絕汽輪機內部與外部空氣，以及對汽輪機內部的介質隔離。經(jīng)過研究和經(jīng)驗總結，汽輪機漏汽主要與以下因素有關。

2.1 汽輪機汽封技術

有數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)的電站發(fā)電機組工作效率已經(jīng)低于額定值的5%～10%，而造成這一現(xiàn)象的主要原因就是汽輪機汽封漏汽導致的能量損失。國內使用至多的汽封包括高低齒汽封、梳齒形汽封以及普通迷宮汽封等。

以傳統(tǒng)的梳齒形汽封為例，它是像梳齒一樣層層相扣，利用多次排列的汽封齒與軸之間很小的縫隙形成一個個小汽室，蒸汽到了這些汽室中壓力逐漸降低，從而減少了蒸汽泄漏。這種汽封在我國應用很廣泛，但是存在著一些缺陷。首先，汽封材料選擇不合理，這導致當與轉子產(chǎn)生摩擦時，會對轉子造成損傷甚至產(chǎn)生形變。為了保護轉子，通常會選擇調大間隙，這樣雖然有效避免了摩擦，卻降低了汽封的工作效率，增加了蒸汽泄漏量，這與現(xiàn)代汽封對節(jié)能的要求是不相符的。其次，配合間隙不合理，由于汽封要求間隙越小越能保證汽封密封性，但是汽封的配合很難做到小間隙而無相互摩擦，這就導致汽封齒相互損傷降低汽封的使用壽命。另外，這種汽封的齒形和汽封的效果并不好，漏氣量會增加，這樣增加了轉子的軸向推力，對汽輪機磨損十分嚴重。同樣的，高低齒汽封和迷宮汽封也都有各自明顯的缺陷，這對汽輪機的工作效率造成很大的不利影響。

由此可見，老式汽封的確是存在許多問題的，而隨著科技的進步，越來越多的優(yōu)質汽封出現(xiàn)了，包括可調節(jié)式汽封、刷式汽封、蜂窩汽封等等，這些汽封的效果都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)汽封，相較于這些應用先進汽封的汽輪機，傳統(tǒng)汽輪機的工作效率已經(jīng)明顯失去了競爭力。

2.2 汽輪機汽封間隙影響

試驗表明，汽封間隙對于刷式汽封工作效率的影響十分明顯，而經(jīng)驗告訴我們，對于任何汽封來說，減小汽封的間隙，都是減少漏汽量的重要措施。

3.汽輪機汽封漏汽的處理方案

目前，我國多數(shù)汽輪機仍然使用的是舊式汽封，但隨著科技的發(fā)展，這種汽封的缺陷越來越明顯地暴露出來，解決汽輪機汽封漏汽大問題的根本方案就是對汽封進行改造，把更先進的汽封應用到汽輪機中。以下列舉幾種備受好評的新型汽封。

3.1刷式汽封

刷式密封是近年發(fā)展起來的一種高效阻尼密封，其泄漏量是梳齒迷宮密封的1/5-1/10，并允許動靜之間瞬態(tài)嚴重不同心而保持密封能力不變，既提高了機組效率又改善了轉子的穩(wěn)定性，是現(xiàn)代先進透平機械發(fā)展的關鍵技術之一，已經(jīng)應用于航空發(fā)動機、工業(yè)燃氣輪機和汽輪機等葉輪機械。主要作用防止蒸汽外漏或者空氣進入低壓缸，能有效提高機組出力，具有起機安全，密封效果良好的性能，是新一代密封節(jié)能降耗產(chǎn)品，能有效的降低煤耗，達到節(jié)能減排的目的。刷式密封是替換迷宮密封簡單、有效、實用的高科技產(chǎn)品。

刷式密封的刷絲主要采用鈷基高溫合金，具有低脆性、高韌性、保證運行過程中不折斷，而高性能的焊接工藝保證刷絲的不脫落，優(yōu)化的刷毛束厚度及高度保證高性能的封嚴性，刷絲材料和涂層材料的合理組合保證密封穩(wěn)定、安全的運行。是取代傳統(tǒng)的迷宮密封的理想選擇，它是一種接觸式的具有適應性的密封， 可全部或部分消除迷宮密封的寄生泄漏，同時允許轉子在有一定的偏差的狀態(tài)下工作，是可以做到零間隙的柔性密封。

刷式密封介質泄漏主要發(fā)生在密集排列的細金屬絲之間形成的微小縫隙中，由于刷子中刷絲間空隙的不均勻性作用，均勻的來流進入刷絲束中就變得不均勻了，并且從緊密的刷絲束區(qū)域向疏松的刷絲束區(qū)域偏流，這些偏流在刷絲排之間逐漸形成同向流和射流，并產(chǎn)生隨機的二次流和旋渦流。而當一射流遇到前面緊密的刷絲束，就會改變運動方向而變成和主流方向垂直的橫向流。由于刷絲束破壞流動而確保流動的不均勻性，使流體產(chǎn)生了自密封效應，橫向流動代替向前流動顯然對流體自密封起了重要貢獻，它能使橫流過刷子的總壓降增大從而減少汽封的泄露量。隨著壓比的增大，刷子中刷絲的密度增加，刷絲之間的空隙減少而使有效的泄漏面積減少，同時使泄漏流動的阻力增大，從而使泄漏隨壓比增加的梯度降低。

3.2 布萊登式可調汽封

布萊登式汽封的工作機理是在汽封的端部加上了四個螺旋彈簧，這樣的裝置使得在汽封有小量蒸汽通過時汽封是打開的，但是一旦蒸汽流量增加，達到一定流量后，汽封就會關閉。

布萊登式汽封的優(yōu)點在于其安全性較高，由于是螺旋彈簧控制，能夠保證汽封能夠主動遠離轉子，對轉子進行保護，從而保證汽輪機正常運行。另外，它具有較強的持久性，打開和關閉的過程中不會出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。但是這種汽封的使用是建立在背部有足夠大的壓差基礎上的，通常只能用于有高壓的軸端等處，而在低壓的地方并不適用。

3.3 金屬蜂窩汽封

金屬蜂窩汽封顧名思義，是一種形態(tài)接近蜂窩的汽封。這種汽封主要由蜂窩帶、汽封體經(jīng)過特殊加工而成。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)，蜂窩汽封產(chǎn)生的主阻尼和剛度較大，具有非常好的穩(wěn)定性。其作用機理是蜂窩狀的結構能夠形成很大的渦流和屏障，形成很大的阻尼從而阻止了蒸汽泄漏。

同梳齒形的汽封相比，金屬蜂窩汽封不再會因為過量的間隙而導致汽封大量漏汽。其形態(tài)保證了能夠有效地抑制蒸汽的周向流動，同時能夠很好地跟蒸汽機配合，在高壓差、小間隙的情況下依然能夠有效工作而不會對汽輪機及其轉子造成影響。它耐磨損、壽命長、密封性好切不會傷害汽輪機。

但是原則上是不能整個汽輪機都使用金屬蜂窩汽封的。由于其密封性極強，這并不利于轉子預熱，因而在啟動時會造成啟動時間長，軸振大，增加危險系數(shù)。

4.結束語

在越來越重視汽輪機工作效率的今天，忽視效率無異于自殺。汽輪機汽封是保證汽輪機工作效率的重要環(huán)節(jié)，在電站工程中應該受到足夠的重視。在汽封改造中，新式汽封顯然更具優(yōu)勢，但并不是毫無缺點，因此，使用汽封時揚長避短，有針對性地合理使用汽封，才能夠保證汽封改造更加成功。

來源：石油化工設備維護與檢修網(wǎng)

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