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汽封基础知识

一、导读

 随着汽轮机通流部分设计、制造技术的日臻完善。现在漏气损失已经成为制约汽轮机效率提高的主要因素。同时，汽封性能的优劣，不仅会影响机组的经济性，且会影响机组的可靠性。

●汽轮机级间蒸汽泄漏使得机组内效率降低

●汽封泄漏对流体主流的干扰，引起主流流场的变化

●轴封的蒸汽泄漏除了浪费大量高品质蒸汽外，外漏蒸汽进入轴承箱还会使油中带水，油质乳化，润滑油膜质量变差，破坏动态润滑效果，引起油膜振荡，造成机组振动甚至烧轴瓦停机。油中进水还可能造成调节部件锈蚀卡涩，危及机组安全。

据某机构统计，汽轮机性能恶化的主要原因主要如下所示

2 传统曲径式汽封（疏齿）

2.1 结构及原理

利用许多依次排列的汽封齿与轴之间较小的间隙，形成一个个的小汽室，使高压蒸汽在这些汽室中压力逐级降低，来达到减少蒸汽泄漏的目的。

曲径汽封一般每圈汽封环分成6~8块，每个汽封块的背部装有平板弹簧片，弹簧片将汽封块压向汽轮机转子，使得汽封齿与转子轴向间隙保持较小值，在运行中汽封间隙不可调整。

2.2 特点

(1)汽轮机在起停机过程中过临界转速时，转子振幅较大，若汽封径向安装间隙较小，汽封齿很容易磨损；

(2)由于轴封漏汽量较大（尤其在汽封齿被磨损后），蒸汽对轴的加热区段长度有所增加，并且温度也有所升高，使胀差变大，轴上凸台和汽封块的高、低齿发生相对位移而倒伏，造成漏汽量增加，密封效果得不到保证；

(3)汽封齿与轴发生碰磨时，瞬间产生大量热量，造成轴局部过热，甚至可能导致大轴弯曲。所以在机组检修时，电厂只能把汽封径向间隙调大，以牺牲经济性为代价来确保机组的安全性；

(4)曲径汽封环形腔室的不均匀性，是产生汽流激振的重要原因，而汽轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组的安全运行

(5)汽封的磨损是永久性的

3 侧齿汽封

3.1 结构及原理

侧齿汽封是与传统汽封最接近的一种汽封。光滑腔内增加侧齿和底齿。

由于侧齿的存在，相当于把单一汽封腔室分割成多份，在汽封腔室内形成更多的大小漩涡。结构如下：

3.2 特点

1，与传统汽封最为接近，安全可靠性高。

2，侧齿的设置有效的阻止了蒸汽泄漏，大大降低了漏气损失，与高低齿汽封比较可减少漏气量25%以上。

3，可以依然采用疏齿汽封的安装调试方式，检修安装人员无需再经过技术培训。

4，使用范围较广（隔板、过桥、轴端等）。

5，要有先进的成型工艺作保障。

4 蜂窝汽封

4.1 结构及原理

蜂窝式汽封组件包括汽封环、蜂窝带、调整块和调整垫片等部件。

其原理为：增加了密封的当量齿数，减少了泄漏量；

蜂窝的吐纳作用阻滞流体泄漏，从而使泄漏量减少；

蜂窝状结构具有良好能量耗散功能，可形成阻碍沿轴向流动的工质泄漏的有效屏障。

4.2 特点

(1)蜂窝带由合金制成，耐高温、质地较软，与转子碰磨时，对转子伤害较轻；

(2)蜂窝带钎焊在曲径式汽封相邻高齿中间部位，尺寸较宽，轴上凸台始终对着蜂窝带，能保持良好的密封间隙；

(3)蜂窝式汽封的安装间隙可取原标准间隙的下限，密封间隙较小，此外蜂窝结构相对于曲径汽封的环形腔室可大大降低泄漏蒸汽的流速，使涡流阻尼作用增强，进入蜂窝孔的蒸汽充满蜂窝孔后反流出，对迎面泄漏来的蒸汽产生阻滞作用，因此密封效果较好；

(4)每个蜂窝带都可收集水，并通过背部的环形槽将水疏出，提高湿蒸汽区叶片通道上的去湿能力，减少末几级动叶的水蚀，其缺点是易于结垢；

(5)蒸汽充满蜂窝孔后反流出，在轴的汽封套表面形成一层汽垫，增强了轴的振动阻尼，削弱轴的振动，阻碍了汽流激振的形成。

5 自调整汽封

5.1 结构及原理

将螺旋弹簧安装在两个相邻汽封块的垂直断面，并在汽封块上加工出蒸汽槽，以便在汽封块背部通入蒸汽，汽封齿仍采用传统的梳齿式。

5.2 特点

在自由状态和空负荷工况时，汽封块在螺旋弹簧的弹力作用下张开，使径向间隙达(1.75~2.00)mm，大于传统汽封0.75mm的间隙值，避免或减轻了机组起停过程中过临界转速时，由于振动及变形而导致的汽封齿与轴碰磨。

随着负荷增加，汽封块背部所承受的蒸汽压力逐渐增大并克服弹簧张力，使汽封块逐渐合拢，径向间隙逐步减小，一般设计在20%额定负荷时，各级汽封块完全合拢，达到设计最小径向间隙(0.25~0.50)mm，小于传统曲径汽封的间隙值。

5.3 使用时应注意的问题

(1)冷态起动胀差较大，在起动和初始负荷阶段，汽封在弹簧作用下，处于全开位置，此时间隙最大，汽封漏汽量大，转子加热快，若汽缸加热滞后，易出现较大的正胀差；

(2)运行中汽封块不能完全合拢，有些机组由于自调整汽封加工尺寸、弹簧质量或安装工艺等方面存在问题，使得机组在运行中汽封块不能完全合拢，因此需要选择质量可靠的产品，并保证实施时具有精湛的安装工艺；

(3)起停机时汽封块打不开，若汽水品质差，通流积垢严重，汽封块被卡死，停机过程不能打开。再次起机时，因汽封间隙较小而出现动静碰磨，损伤齿、轴，并可能产生振动。

6 刷式汽封

6.1 结构及原理

刷子汽封是唯一一种实用型柔性汽封，刷毛可快速移动以便适应转子的过渡过程。

7 接触式汽封

7.1 结构及原理

在原汽封圈中间加工出一个T形槽，将接触式汽封装入该槽内，接触式汽封环背部弹簧产生预压紧力，使汽封齿始终与轴接触。接触式汽封的汽封齿为复合材料，耐磨性好，具有自润滑性。

8 铁素体及铜汽封

8.1 结构及原理

传统曲径汽封齿的汽封体材料为15CrMo，其适用温度范围为550℃以下。当超过550℃时，材料组织的不稳定性加剧，高温氧化速度增加，持久强度显著下降。实际运行中若汽封经常发生超温，可能会使汽封体发生变形，造成汽封圈抱轴，甚至发生弯轴事故。

国内已有制造厂对于高、中压缸采用铁素体汽封代替合金钢汽封，低压缸采用铜合金汽封代替原设计的合金钢汽封。铁素体材料即使淬火，也不会被淬硬，所以用作汽封齿可采用较小的安装间隙。同样，铜汽封用在低压缸也可以采用较小的安装间隙。

此种材料比较软，不会损伤转子。