專利名稱：一種軸流汽輪機用組合式汽封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于動力機械設(shè)備制造領(lǐng)域，涉及汽輪機技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著汽輪機、航空發(fā)動機等旋轉(zhuǎn)機械性能的不斷提高，密封處泄漏已經(jīng)成為影響透平機械性能的重要因素之一，改進和發(fā)展密封技術(shù)仍有潛力。密封件是旋轉(zhuǎn)機械的重要部件之一，密封性能的好壞，關(guān)系到旋轉(zhuǎn)機械中的工質(zhì)的泄漏量，從而影響到旋轉(zhuǎn)機械的輸出功和效率。汽輪機通流部分的動靜之間的汽封包括端部汽封、隔板汽封、葉頂汽封、過橋汽封。設(shè)置汽封的目的是保證設(shè)備安全運行下，盡量減少不必要的漏汽量，以提高經(jīng)濟性。漏汽量與漏汽的環(huán)形面積、汽封齒數(shù)、汽封段的初壓(壓力低處的壓力)、終壓(壓力高處的壓力)及流量系數(shù)有關(guān)。目前，汽輪機中應(yīng)用最廣泛的是疏齒式汽封。疏齒式汽封中的汽封圈有幾組凹凸臺(或汽封齒)與轉(zhuǎn)子的齒或凹凸臺構(gòu)成多個汽室，當蒸汽流過這些汽室時，壓力逐漸降低到汽封后的壓力。在非臨界狀態(tài)下，當壓差一定時，蒸汽的泄漏量與齒數(shù)和間隙的大小有關(guān)。圖12、圖13為已知疏齒汽封的結(jié)構(gòu)示意圖，圖12汽封圈中長齒高Hl取7毫米，齒尖厚Bl取0. 3毫米，齒根厚B2取1毫米，短齒高h2取4毫米。圖13為轉(zhuǎn)子凸臺結(jié)構(gòu)示意圖，圓周向布置的凸臺高度HZ取3毫米，根部圓角半徑Rf取0. 5至1. 5毫米。凸臺寬BZ 按需要取值。已有技術(shù)不足之處在于，傳統(tǒng)的密封技術(shù)結(jié)構(gòu)易形成自激振效應(yīng)，易引起機組振動，對機組的安全運行不利；密封效果差，蒸汽及空氣泄露量大于設(shè)計值，產(chǎn)生能量損失； 軸封蒸汽的外漏造成軸承潤滑中油中帶水。

實用新型內(nèi)容針對現(xiàn)有密封技術(shù)結(jié)構(gòu)的諸多不足之處，本實用新型提供了一種軸流式汽輪機用新型的組合汽封結(jié)構(gòu)技術(shù)，能降低蒸汽泄漏量，防止?jié)櫥椭袔?，提高機組效率及運行的安全性。本實用新型的螺旋汽封、長齒疏齒汽封及其組合，是在汽輪機行業(yè)首次提出，可以與蜂窩汽封等已知技術(shù)組合使用。本實用新型的組合式汽封結(jié)構(gòu)由螺旋汽封和長齒疏齒汽封組合，螺旋汽封和蜂窩汽封組合，長齒疏齒汽封和蜂窩汽封組合構(gòu)成。螺旋汽封相對于傳統(tǒng)疏齒汽封，將汽封齒及轉(zhuǎn)子汽封凸臺或僅轉(zhuǎn)子汽封凸臺改成利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作用，增加漏汽阻力的配有螺旋汽封圈的多齒螺旋壓縮通道。長齒疏齒汽封將傳統(tǒng)的高低齒疏齒汽封的長齒加長，轉(zhuǎn)子凸臺高度 HZ從原來的2. 5至3毫米改為5至7毫米，汽封圈的長齒高Hl取9至11毫米，短齒與已知技術(shù)相同，長齒根部加厚，齒厚B3取1. 5至3毫米，轉(zhuǎn)子凸臺根部圓角半徑Rf取2至3. 5 毫米，短齒三個一組，以確保與凸臺對正并達到降壓、減少漏汽的目的。轉(zhuǎn)子汽封凸臺沿轉(zhuǎn)子相應(yīng)圓柱面周向布置。螺旋汽封的螺旋壓縮型面可以用螺紋型面，也可以用葉片型面。此時在轉(zhuǎn)子汽封處的相應(yīng)圓周表面上布置有多條螺旋體結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子汽封處的相應(yīng)圓柱面上的多齒螺旋體及螺旋槽道與其相配的螺旋汽封圈構(gòu)成了多齒螺旋壓縮通道，型面高度B取2至13毫米，螺旋體的根部圓角取半徑2至13毫米， 螺旋體頭數(shù)及螺旋角由所處圓柱直徑、螺旋段前后壓力、壓縮汽量決定。壓縮通道的終端(壓力高的一端)出口處的外圓有一圓柱段T，壓縮通道的槽底與圓柱段T用圓角、斜線、光滑曲線的回轉(zhuǎn)面過渡，圓柱段T處與相應(yīng)的螺旋汽封圈相配合。基本原理由于汽封段漏汽量與汽封段的初壓與終壓有一定關(guān)系。這些壓力當汽輪機通流總體設(shè)計選定后可以查到。利用能量轉(zhuǎn)換的原理，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的能量在螺旋汽封通道內(nèi)將汽封段的汽初壓(壓力低處的壓力)逐漸壓縮使之升高達到終壓(似壓氣機或泵的升壓原理)，達到阻止汽體泄漏。按選定的汽封直徑、間隙及齒數(shù)，選定漏汽量后即可得到從初壓要求升壓的終壓值。本實用新型常用的組合式汽封結(jié)構(gòu)為壓力高的一端設(shè)幾圈長齒疏齒汽封或蜂窩汽封與壓力低的一端的螺旋汽封相配。本實用新型的螺旋汽封、長齒疏齒汽封及其組合，可應(yīng)用于汽輪機各種軸端汽封、 隔板汽封、葉頂汽封及過橋汽封處，具有減少泄漏、提高轉(zhuǎn)子穩(wěn)定性、提高效率等多重優(yōu)越性能。這種組合式汽封的特點是在軸不旋轉(zhuǎn)(靜密封)時，主要利用長齒疏齒汽封或蜂窩汽封來抵抗壓差來達到一定程度密封的目的，只要汽封系統(tǒng)設(shè)計合理，啟、停機時做到蒸汽不外漏。而在軸旋轉(zhuǎn)時，尤其是高速旋轉(zhuǎn)，利用螺旋密封的泵吸作用來達到密封的目的。按汽輪機轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu)及部位，采用相應(yīng)的汽封結(jié)構(gòu)，具體如下1.高中壓轉(zhuǎn)子端汽封1.1套裝式轉(zhuǎn)子可以將汽封套的外圓部分低壓區(qū)段加工出螺旋槽道、加工出葉型槽道或加工出葉根槽安裝壓縮用葉片。此時汽封體上或汽封圈的結(jié)構(gòu)與汽封套上的結(jié)構(gòu)作好相應(yīng)結(jié)構(gòu)配合，組成部分完整的壓縮通道。當汽封套上加工出葉根槽安裝壓縮用葉片時，汽封體上也可以加工出葉根槽安裝相應(yīng)的壓縮葉片，形成壓縮機通道型式。轉(zhuǎn)動件上兩鄰近的螺紋型面與型面槽底，兩鄰近的葉片型面與型面槽底形成的槽道在安裝汽封圈后就形成了汽的壓縮通道。(以下同，不再復(fù)述)1. 2整鍛式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子應(yīng)力允許的情況下，可以在轉(zhuǎn)子汽封段處外圓部分低壓區(qū)段直接加工出螺旋槽道或加工出葉根槽安裝壓縮用葉片。此時汽封體或汽封圈的結(jié)構(gòu)與軸段上的結(jié)構(gòu)作好相應(yīng)配合，組成部分完整壓縮通道。2過橋汽封及分缸時高壓內(nèi)缸前汽封此處轉(zhuǎn)子溫度最高且應(yīng)力大，宜采用長齒疏齒汽封、蜂窩汽封及其組合汽封。當采用螺旋汽封和長齒疏齒汽封或蜂窩汽封組合時，在轉(zhuǎn)子外圓低壓區(qū)段加工出螺旋槽道。此時汽封體上或汽封圈的結(jié)構(gòu)與軸段上的結(jié)構(gòu)做好相應(yīng)配合，組成部分完整的壓縮通道(當用螺旋汽封時)。[0024]3葉頂汽封對于高壓級動葉片、中壓級大部分動葉片、少部分低壓級動葉片的葉頂從低壓端開始直接加工出葉型型面或螺旋型線，配合相應(yīng)結(jié)構(gòu)的退讓式螺旋汽封圈，組成部分完整的壓縮通道。4隔板汽封可用長齒疏齒汽封，也可用螺旋汽封或其組合。高壓頭幾級雙排汽封圈處采用一圈長齒疏齒汽封與一圈螺旋汽封組合。低壓轉(zhuǎn)子隔板汽封盡量不用平齒汽封。對于任何部位的減少漏汽都要重視，它的累積效果是顯著的。低壓部分的軸向?qū)挾扰c高中壓部分相比是富裕的，允許采用多的長齒疏齒汽封。凹凸汽封臺滿足了熱脹要求。也可用螺旋汽封。5高中壓大氣端汽封及低壓缸端汽封(以下壓力為絕對壓力)采用長齒疏齒汽封、蜂窩汽封、螺旋汽封。大氣與0. 095MPa(兆帕)抽氣段(即將 0. 095MPa升到0. 098MPa)間用螺旋汽封，將設(shè)計成空氣吸入量接近零的結(jié)構(gòu)。0. 095MPa與 0. IOlMI^送汽段間用螺旋汽封，將設(shè)計成零蒸汽外漏。這樣機組運行時，可以減輕CF2(汽封加熱器)的工作負擔(dān)，減小風(fēng)機功率，對減少廠用電有利。如在自密封系統(tǒng)中采用本實用新型的汽封結(jié)構(gòu)，可保證在自密封系統(tǒng)中蒸汽不向0. 095MPa側(cè)外漏。最后還能減少自密封用汽量。0. IOlMI^至低壓加熱器段及對自密封系統(tǒng)(取消去低壓加熱器段)可設(shè)長齒疏齒汽封或螺旋汽封，可減少和控制此處漏汽。低壓缸端汽封主要防止空氣進入缸內(nèi)及蒸汽外漏油中帶水，可以用長齒疏齒汽封，也可采用組合汽封。0. 095MPa抽氣口兩側(cè)螺旋汽封設(shè)計成空氣向內(nèi)微漏入，0. IOlMPa 蒸汽(或自密封汽)向0. 095MPa腔微漏入。而0. IOlMPa與低壓缸間有兩道汽封圈可用長齒疏齒汽封或靠近低壓缸內(nèi)側(cè)的內(nèi)圈用螺旋汽封，外圈用長齒疏齒汽封，這樣漏入缸內(nèi)汽體較少，自密封用汽量也減少。螺旋汽封中螺紋的結(jié)構(gòu)型式、螺紋的高度、螺距的選取都由螺旋汽封段的初壓、 終壓、泄漏的汽量、所處圓周直徑、具體部位等多參數(shù)設(shè)計確定。
實施例圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6、圖7、圖8、圖9、圖10、圖11是本實施例附圖。根據(jù)汽輪機轉(zhuǎn)子的不同結(jié)構(gòu)及部位，采用相應(yīng)的汽封結(jié)構(gòu)，具體應(yīng)用如下1.高中壓轉(zhuǎn)子端汽封1. 1套裝式轉(zhuǎn)子將汽封套的外圓部分低壓區(qū)段加工出螺旋(梯型型面)槽道、槽道終端用RlO圓角過渡，梯形齒高度B為10毫米，梯形齒頭數(shù)、螺旋角由相應(yīng)部位汽封套直徑、段初、終壓及汽壓縮量計算決定。齒根圓角取3毫米。此時汽封體上或汽封圈的結(jié)構(gòu)與汽封套上的結(jié)構(gòu)作好相應(yīng)結(jié)構(gòu)配合，組成部分完整的壓縮通道。參見圖8、圖9中的序號4螺旋汽封圈處所配螺旋槽道的結(jié)構(gòu)。此時汽封套紅套在轉(zhuǎn)子外圓上，汽封圈上齒分長短齒，圓周向布置。1. 2整鍛式轉(zhuǎn)子在轉(zhuǎn)子外圓部分低壓區(qū)段直接加工出螺旋(梯型型面)槽道。梯型齒高度B按不同部位取6到10毫米，梯形齒頭數(shù)、螺旋角由螺旋段直徑、段初、終壓及汽壓縮量計算決定。槽道終端用R6至RlO圓角過渡。此時汽封體或汽封圈的結(jié)構(gòu)與軸段上的結(jié)構(gòu)作好相應(yīng)配合，組成部分完整壓縮通道。參見圖8、圖9中的序號4螺旋汽封圈處所配螺旋槽道的結(jié)構(gòu)。2過橋汽封及分缸時高壓內(nèi)缸前汽封采用長齒疏齒汽封、蜂窩汽封及組合汽封。采用組合式汽封時，在轉(zhuǎn)子外圓低壓區(qū)段加工出螺旋(梯型型面)槽道。梯型齒高度B按不同部位取6到10毫米，梯形齒頭數(shù)、螺旋角由螺旋段直徑、段初、終壓及汽壓縮量計算決定。高壓區(qū)段使用長齒疏齒汽封或長齒疏齒汽封和蜂窩汽封組合型式。此時汽封體上或汽封圈的結(jié)構(gòu)與軸段上的結(jié)構(gòu)做好相應(yīng)配合，組成部分完整的壓縮通道(當用螺旋汽封時)。參見圖6為長齒疏齒汽封結(jié)構(gòu)示意圖，沿轉(zhuǎn)軸圓周方向的凸臺高HZ取6毫米，凸臺寬BZ取4毫米，凹槽寬度及凸臺的根部圓角(取R2. 5毫米)，要根據(jù)熱漲要求、應(yīng)力集中及轉(zhuǎn)子壽命損耗多種因素確定。短齒結(jié)構(gòu)與已知技術(shù)相同，長齒長10毫米，齒尖(薄處)結(jié)構(gòu)與已知技術(shù)相同，長齒根(厚處)取2毫米，以增加長齒剛度。圖8為螺旋汽封與長齒疏齒汽封組合。圖9為螺旋汽封與蜂窩汽封組合。3葉頂汽封對于高壓級動葉片、中壓級大部分動葉片、少部分低壓級動葉片的葉頂直接加工出葉型型面，配合相應(yīng)結(jié)構(gòu)的葉頂退讓式螺旋汽封圈，組成部分完整的壓縮通道。參見圖1、 圖2、圖3為葉頂螺旋汽封結(jié)構(gòu)示意圖，葉片圍帶頂部可采用葉片壓縮型面，也可用螺旋壓縮型面，本實施例用葉型型面壓縮型面，型面體高度B取8毫米，圓角用R3毫米，型線由動葉前后壓力、圓周直徑及壓縮汽量決定。4隔板汽封高壓頭幾級雙排汽封圈處采用一圈長齒疏齒汽封與一圈螺旋汽封組合。此時長齒疏齒汽封中凸臺高N取6毫米，長齒高取10毫米。要進行凸臺根部應(yīng)力集中、轉(zhuǎn)子材料的壽命損耗計算，凸臺根部圓角取R2至R3. 5毫米。后面的級用長齒疏齒汽封，也可用螺旋汽封。在轉(zhuǎn)子軸頸上或套筒上加工出螺旋梯型螺紋槽道、梯型齒高取10毫米。梯形齒頭數(shù)、 螺旋角由螺旋段直徑、段初、終壓及汽壓縮量計算決定。齒根圓角由應(yīng)力集中計算后選取， 取R3毫米。在壓力高的一側(cè)齒根向齒頂用圓角或斜面過渡，本實施例取RlO毫米。在梯型壓縮槽道的出口端設(shè)有一段圓柱面T，與螺旋汽封圈4的長齒相配合構(gòu)成一段密封段。低壓轉(zhuǎn)子隔板汽封采用長齒疏齒汽封、螺旋汽封。5高中壓大氣端汽封及低壓缸端汽封采用長齒疏齒汽封、蜂窩汽封、螺旋汽封。大氣與0. 095ΜΙ^抽氣段(即將0. 095MPa 升到0. 098MPa)間用螺旋汽封，設(shè)計成空氣吸入量接近零的結(jié)構(gòu)。0. IOlMI3a與0. 095MPa送汽段間用螺旋汽封，設(shè)計成零蒸汽外漏。這樣可以減輕CF2(汽封加熱器)的工作負擔(dān)，減小風(fēng)機功率，對減少廠用電有利。長齒疏齒汽封結(jié)構(gòu)參見圖10、圖11，長齒長取9毫米，凸臺高HZ取5毫米，凸臺根部圓角取R2毫米。螺旋汽封見圖4中件4，在套筒上或轉(zhuǎn)子上加工出多頭梯型型面螺旋線，梯型齒高取10毫米，齒根圓角取R3毫米，槽道終端用RlO圓角過渡，各部位梯形齒頭數(shù)、螺旋角由所在段直徑、初、終壓及汽壓縮量計算決定。0. IOlMI^至低壓加熱器段可設(shè)長齒疏齒汽封、螺旋汽封，減少此處向內(nèi)漏汽。[0050]低壓缸端汽封主要防止空氣進入缸內(nèi)及蒸汽外漏油中帶水，用長齒疏齒汽封、螺紋汽封及采用本實用新型組合汽封。0.095MI^抽氣口兩側(cè)螺旋汽封設(shè)計成空氣向內(nèi)微漏入，0. IOlMPa蒸汽向0. 095MPa腔微漏入。而0. IOlMPa與低壓缸間有兩道汽封圈可用長齒疏齒汽封或靠近低壓缸內(nèi)汽側(cè)的內(nèi)圈用螺旋汽封，外圈用長齒疏齒汽封，這樣漏入缸內(nèi)汽體較少，密封供汽量也減少。采用自密封系統(tǒng)時，對于高、中壓缸端汽封取消去低壓加熱器的抽汽，機組運行時，原0. lOlMI^a送汽處變?yōu)橄虻蛪焊锥似馑推淖悦芊庑问?。此時高、中壓缸端汽封中， 大氣側(cè)與0. 095MPa段用梯型螺紋汽封，使空氣有微吸入或零吸入。0. 095MPa與自密封出汽段用梯型螺紋汽封，使蒸汽零泄漏。此時低壓缸端汽封結(jié)構(gòu)與非自密封系統(tǒng)相同，不再復(fù)述。使用效果采用本實用新型的汽封后，汽的泄漏量做到可以控制，減少了不必要的泄漏，改善了機組的經(jīng)濟性。

圖1至圖13為本說明書附圖。圖中結(jié)構(gòu)、含義相同處用同一序號、符號表示。圖1、圖2、圖3為動葉頂部螺旋汽封結(jié)構(gòu)示意圖；圖1為動葉頂部螺旋汽封結(jié)構(gòu)的總裝圖；圖2為動葉頂部螺旋汽封結(jié)構(gòu)的動葉頂壓縮葉型型線示意圖，是圖1的A向視圖； 圖3是圖2的A-A剖視圖，示意葉頂壓縮型面高度及過渡圓角結(jié)構(gòu)。圖4、圖5、圖6為隔板螺旋汽封結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為隔板螺旋汽封結(jié)構(gòu)的總裝圖； 圖5是圖4的A向視圖，示意轉(zhuǎn)子上螺紋型線；圖6是圖5的A-A剖視圖，示意轉(zhuǎn)子上螺旋壓縮型面高度及過渡圓角r的結(jié)構(gòu)。圖7為長齒疏齒汽封結(jié)構(gòu)示意圖。圖8為螺旋汽封和長齒疏齒汽封組合式汽封示意圖。圖8為摘要附圖。圖9為螺旋汽封和蜂窩汽封組合式汽封示意圖。圖10、圖11是本實用新型的實施例的長齒疏齒汽封的結(jié)構(gòu)示意圖；圖10為長齒汽封圈結(jié)構(gòu)；圖11為轉(zhuǎn)子凸臺結(jié)構(gòu)。圖12、圖13為已知疏齒汽封的結(jié)構(gòu)示意圖；圖12為已知汽封圈結(jié)構(gòu)；圖13為轉(zhuǎn)子凸臺結(jié)構(gòu)。各圖中符號說明1.隔板；2.靜葉；3.動葉；4.配螺紋(型線的)汽封圈；5.動葉頂部壓縮型線；6.動葉片型線；7.級后葉輪；8.級前葉輪；9.螺旋型線；10.轉(zhuǎn)子；11.長齒疏齒汽封圈；12.蜂窩汽封圈。A為向視圖；W為轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向識、1~、1^、詘、此、1 (1、1^、1^為圓角；A-A為剖面符
號；C為壓縮汽流方向；D為葉片頂部圍帶；E為螺旋型面剖面；F.長齒；V.短齒；L.轉(zhuǎn)子上的凹槽；δ .汽封間隙；P、Q表示某側(cè)面；T.圓柱段；I.長齒齒尖J.長齒齒根；B 螺旋體型面高度；BZ.凸臺寬度；N、HZ.轉(zhuǎn)子凸臺高度。
權(quán)利要求1.一種軸流汽輪機用組合式汽封結(jié)構(gòu)，它包括汽封圈、轉(zhuǎn)子外圓柱面上周向布置的阻汽凹凸臺結(jié)構(gòu)，其特征是該組合式汽封由螺旋汽封和長齒疏齒汽封組合或螺旋汽封和蜂窩汽封組合或長齒疏齒汽封和蜂窩汽封組合構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種軸流汽輪機用組合式汽封結(jié)構(gòu)，其特征是長齒疏齒汽封的轉(zhuǎn)子凸臺高度為5至7毫米，汽封圈的長齒取9至11毫米，長齒根部厚取1. 5至3毫米， 轉(zhuǎn)子凸臺根部圓角半徑取2至3. 5毫米，短齒三個一組，轉(zhuǎn)子汽封凸臺沿轉(zhuǎn)子相應(yīng)圓柱面周向布置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種軸流汽輪機用組合式汽封結(jié)構(gòu)，其特征是螺旋汽封可以用螺紋型面，也可以用葉片型面。
專利摘要本實用新型公開了一種軸流式汽輪機用組合式汽封結(jié)構(gòu)，涉及汽輪機技術(shù)，該組合式汽封是由螺旋汽封和長齒疏齒汽封組合，螺旋汽封和蜂窩汽封組合，長齒疏齒汽封和蜂窩汽封組合構(gòu)成。螺旋汽封，相對于傳統(tǒng)疏齒汽封，將汽封齒及轉(zhuǎn)子汽封凸臺或僅轉(zhuǎn)子汽封凸臺改成利用轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)作用，增加漏汽阻力的配有螺旋汽封圈的多齒螺旋壓縮通道。長齒疏齒汽封，是將傳統(tǒng)的高低齒汽封的長齒加長，轉(zhuǎn)子凸臺高度從原來的2.5至3毫米改為5至7毫米。本實用新型汽封結(jié)構(gòu)能降低漏汽量，提高機組的效率。
文檔編號F01D11/00GK202031659SQ201020602428
公開日2011年11月9日 申請日期2010年11月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者余弦, 張建英, 徐克鵬, 李寶清, 王蘊善, 陳春峰 申請人:北京全四維動力科技有限公司