專利名稱：自調(diào)整葉片式汽封的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及自調(diào)整葉片式汽封，屬于汽輪機(jī)汽封領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子與靜子間均設(shè)有汽封，傳統(tǒng)的汽封結(jié)構(gòu)為梳齒汽封，一般轉(zhuǎn)子加工成凹凸結(jié)構(gòu)，汽封米用高低齒結(jié)構(gòu)與之相配合。汽封在整圈上一般分為4 12段，以適應(yīng)水平中分式缸體，安裝時依次滑入靜子的T型槽道內(nèi)，汽封在彈簧片的支撐下與轉(zhuǎn)子保持一定間隙，一旦碰磨汽封可以彈性退讓。梳齒汽封的突出優(yōu)點是成本低廉、使用安全、密封效果較穩(wěn)定，但這種穩(wěn)定是低水平的穩(wěn)定。梳齒汽封安裝時一般需預(yù)留0.50-0.80mm徑向間隙，即便如此，依然無法避免汽輪機(jī)啟停過程中過臨界轉(zhuǎn)速時振幅增大帶來的過量磨損，一經(jīng)碰磨，間隙永久性擴(kuò)大。刷式汽封的出現(xiàn)在一定程度上解決了這一問題。刷式汽封是在傳統(tǒng)梳齒汽封基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，把梳齒汽封的一個或幾個高齒替換為刷齒。刷齒主要由緊密排列的特種合金絲組成，一般采用直徑0.05 0.15mm的耐高溫合金絲，絲束總厚度0.6 2mm。刷絲與轉(zhuǎn)子徑向呈15 60°傾角，傾角順著轉(zhuǎn)子旋向。每根刷絲就是一端為支點的梁，有極好的彈性，它們和轉(zhuǎn)子相碰磨時，刷絲可以彈性退讓，不易被磨掉，故刷絲自由端與轉(zhuǎn)子的間隙可以設(shè)計得比梳齒汽封小很多。但實踐證明，刷式汽封走向了“柔性”的極端，刷絲的剛度太小，以致于刷式汽封在高溫高壓的工況下無法保持結(jié)構(gòu)與性能的穩(wěn)定(突出表現(xiàn)為刷絲傾角無法保持穩(wěn)定)，汽輪機(jī)揭缸檢查發(fā)現(xiàn)一個大修周期后出現(xiàn)刷絲尖部斷裂磨損現(xiàn)象，刷齒反而低于原高齒了。刷式汽封無法長期保持較高密封性能，亟需一項新技術(shù)來解決此問題。布萊登汽封因能夠在啟停機(jī)和正常運行狀態(tài)自動調(diào)整徑向間隙而獲得行業(yè)的廣泛認(rèn)可，但也因其對蒸汽品質(zhì)要求的提高以及增大脹差等負(fù)面效應(yīng)而受到一定的質(zhì)疑，況且一旦汽封無法閉合而失效將導(dǎo)致蒸汽泄露量增大數(shù)倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種自調(diào)整葉片式汽封，一旦與轉(zhuǎn)子碰磨可彈性退讓，同時在壓差作用下能夠自動調(diào)整徑向間隙，這一特性使得其特別適合汽輪機(jī)變工況對徑向間隙的要求。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是:自調(diào)整葉片式汽封，包括汽封基體，還包括葉片模塊，所述葉片模塊鑲嵌在汽封基體的剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)；所述葉片模塊包括前夾板、后夾板、一片以上的葉片和用來遮擋葉片的遮流片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在前夾板和后夾板之間，另一端為自由端，其中，葉片的自由端高出剛性齒0-2_，所述用來遮擋葉片的遮流片設(shè)在前夾板和葉片之間，且不高出葉片
為了提高汽封的密封性能，本發(fā)明葉片的排列要滿足在汽流作用下，由于各葉片間的相互靠攏，可形成完整密封體。為了節(jié)省空間，優(yōu)選在葉片的長度方向上，一端固定在前夾板和后夾板之間，另一端為自由端。上述的汽封基體優(yōu)選為現(xiàn)有技術(shù)中的梳齒汽封。本發(fā)明自調(diào)整葉片式汽封由若干弧段拼接為整圈，與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子微間隙配合。上述汽封基體上可鑲嵌一段或多段葉片模塊，葉片模塊鑲嵌在汽封基體剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)，剛性齒起到密封和軸向支撐葉片模塊的雙重作用。上述遮流片設(shè)置在汽流上游，緊貼著葉片，在整個圓周上分成若干扇形弧段，本發(fā)明葉片自由端高出遮流片或與之齊平。為了提高連接的穩(wěn)定性與方便性，上述前夾板、后夾板與葉片之間，以及前夾板和遮流片之間均為焊接連接。實際操作中可用電火花、蝕刻和激光等方法將葉片及葉片模塊等加工至精確尺寸。在汽輪機(jī)工況下，徑向柔性趨利，軸性向柔性趨弊，但刷式汽封在徑向和軸向上具有同一量級的柔性，而本發(fā)明自調(diào)整葉片式汽封不但保證了所需要的徑向柔性，而且大大增強(qiáng)了軸向的剛度，大幅提高了軸向承壓能力。自調(diào)整葉片式汽封徑向柔性的特征保證了汽輪機(jī)動靜之間瞬態(tài)不同心時不會造成過量磨損，同時改善了汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，且遮流片的設(shè)置將各構(gòu)件間的泄漏降到了最低，提升了密封性能。為了提高汽封的密封性能，同時延長其使用壽命，葉片與剛性齒之間的距離為0-0.5mm;同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為0-60° ;葉片與豎直面的夾角為0-30°。實際使用中，汽輪機(jī) 轉(zhuǎn)子是水平放置的，即汽輪機(jī)的軸向為水平方向，本發(fā)明豎截面是指垂直于水平方向的面。上述葉片的葉根指葉片與前夾板和后夾板的連接處。申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述角度范圍的選擇，實現(xiàn)了意想不到的密封效果，且能同時保證對裝置的剛性和柔性的要求，更重要的是能夠根據(jù)汽輪機(jī)狀態(tài)自發(fā)得調(diào)整密封間隙。本發(fā)明為了方便，將葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線與葉片的夾角記為傾角α，將葉片與豎直面的夾角記為扭轉(zhuǎn)角β，將葉片自由端與剛性齒之間的距離記為軸向間隙δ，將葉片自由端與轉(zhuǎn)子表面的徑向距離記為配合間隙C。申請人:經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在上述范圍內(nèi)，在汽流軸向壓差作用下，遮流片將向汽流的下游形變，葉片跟隨遮流片發(fā)生形變，傾角α變小，扭轉(zhuǎn)角β變大，軸向間隙δ消失，配合間隙c變小。此時鄰兩葉片靠攏，與剛性齒相鄰的葉片自由端貼緊剛性齒，可使葉片模塊工作狀態(tài)下獲得近零間隙，從而實現(xiàn)完整的密封。葉片在各個方向上剛性差異很大，決定了其形變具有方向選擇性，這種剛性差異和方向選擇性是實現(xiàn)本發(fā)明的關(guān)鍵所在。葉片與轉(zhuǎn)子碰磨時發(fā)生彈性變形，傾角α將變大，軸向間隙δ隨之變大，可避免葉片與剛性齒之間接觸而影響葉片的退讓性。葉片在整個圓周上整齊排列，在葉片根部，相鄰葉片間留有間隙以適應(yīng)內(nèi)外徑差。為了實現(xiàn)更好的密封，同時保證汽封的柔性和剛性，葉片與剛性齒之間的距離為
0.1-0.3mm，同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為30-45° ;葉片與豎直面的夾角為10-20°，。
為了提高葉片模塊的穩(wěn)定性，同時保證操作的簡便易行，葉片模塊通過鉚固件鑲嵌在汽封基體剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)。為了提高可操作性,鉚固件為波浪板條或毛細(xì)扁管。上述鉚固件通過專用工具輾壓進(jìn)安裝鉚接槽，與葉片模塊的前夾板貼合，固定葉片模塊。安裝時，以剛性齒設(shè)定間隙，保證此間隙與傳統(tǒng)梳齒汽封間隙一致即可。為了提高汽封的綜合性能，葉片的厚度為0.05-0.20mm,寬度為0.5_2mm，遮流片的厚度為0.05-0.20mm。為了設(shè)備安全運行，葉片的硬度小于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子表面的硬度。優(yōu)選，葉片的材料為Hastelloy-X 或 0Crl5Mo。本發(fā)明未特別限定的技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)。本發(fā)明自調(diào)整葉片式汽封能夠根據(jù)汽輪機(jī)組啟停機(jī)和正常運行兩種狀態(tài)，自動改變汽封間隙，在汽輪機(jī)短暫的啟停機(jī)狀態(tài)，保持相對較大的安全間隙，而在長期的并網(wǎng)運行狀態(tài)能保持相對較小的經(jīng)濟(jì)間隙，即同時分別滿足兩種狀態(tài)下所需的安全間隙和經(jīng)濟(jì)間隙。


圖1為本發(fā)明汽封基體的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例1中自調(diào)整葉片式汽封的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為圖2中A處放大示意圖。圖4為本發(fā)明實施例1中鉚固件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明葉片模塊的立體圖。圖6為本發(fā)明葉片模塊的結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為本發(fā)明自調(diào)整葉片式汽封使用狀態(tài)圖。圖8為圖7中B處放大示意圖。圖9為本發(fā)明葉片模塊在軸向壓差作用前后各參數(shù)變化的示意圖，其中，圖a為壓差作用前，圖b為壓差作用后。圖10為實施例2中自調(diào)整葉片式汽封的使用狀態(tài)圖。圖11為實施例2中自調(diào)整葉片式汽封(d線)與傳統(tǒng)梳齒汽封(e線)間隙特性對比圖，f線為汽輪機(jī)各狀態(tài)下間隙要求線，①為啟停機(jī)階段(歷經(jīng)一、二階臨界轉(zhuǎn)速)，②為并網(wǎng)帶負(fù)荷運行階段。圖12為實施例2中自調(diào)整葉片式汽封(d線)與傳統(tǒng)梳齒汽封(e線)泄漏特性對比圖。圖中，I為汽封基體,2為鉚固件,3為前夾板,4為遮流片,5為葉片,6為后夾板。
具體實施例方式為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實施例。實施例1
如圖1-9所示的自調(diào)整葉片式汽封，包括汽封基體，還包括葉片模塊，所述葉片模塊通過鉚固件鑲嵌在汽封基體的剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)，其中，葉片模塊為一段；所述葉片模塊包括前夾板、后夾板、一片以上的葉片和用來遮擋葉片的遮流片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在如夾板和后夾板之間，另一端為自由端，其中，葉片的自由端聞出剛性齒
0.5mm，所述用來遮擋葉片的遮流片設(shè)在前夾板和葉片之間，且不高出葉片的自由端，所述葉片與剛性齒相鄰；葉片與剛性齒之間的距離為0.15mm ;同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為37° ;葉片與豎直面的夾角為10°。鉚固件為波浪板條；葉片的厚度為0.10mm，寬度為1mm，遮流片的厚度為0.20mm。葉片的硬度小于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子表面的硬度，葉片的材料為Hastelloy-X。實施例2如圖10所示的自調(diào)整葉片式汽封，與實施例1基本相同，所不同的是:葉片模塊為三段，鉚固件為毛細(xì)扁管，葉片材料為0Crl5Mo ;葉片的自由端與剛性齒齊平，葉片與剛性齒之間的距離為0.2mm ;同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為30° ;葉片與豎直面的夾角為15°。實施例2安裝于汽輪機(jī)中，調(diào)整使得剛性齒與轉(zhuǎn)子的配合間隙為0.6_，此間隙一般為傳統(tǒng)汽封設(shè)定的間隙。在上述參數(shù)設(shè)定下，實施例2具有約0.4mm的壓力閉合特性，在軸向壓差足夠大時，葉片模塊自由端與轉(zhuǎn)子的配合間隙縮小為0.2_。為了更好的理解實施例2的有益效果，圖1給出了自 調(diào)整葉片式汽封與傳統(tǒng)梳齒汽封理論上的間隙特性對比圖，圖12給出了自調(diào)整葉片式汽封與傳統(tǒng)梳齒汽封理論上的泄漏特性對比圖。上述自調(diào)整葉片式汽封即為實施例2，上述傳統(tǒng)梳齒汽封等同于實施例2去除葉片模塊和鉚固件后的汽封基體部分。如圖11和圖12，自調(diào)整葉片式汽封的密封間隙能夠跟隨壓差的增大而縮小，對應(yīng)泄漏量也會減少。汽輪機(jī)在啟停機(jī)階段，受汽缸溫度不均和臨界轉(zhuǎn)速等因素的影響，要求動靜之間保持較大的安全間隙，而機(jī)組進(jìn)入并網(wǎng)帶負(fù)荷運行階段，汽輪機(jī)進(jìn)汽壓力不斷加大，自調(diào)整葉片式汽封的密封間隙能大幅度縮小，長期保持經(jīng)濟(jì)間隙，泄漏量僅為傳統(tǒng)梳齒汽封的 1/2-1/3。實施例3與實施例1基本相同，所不同的是:葉片與剛性齒之間的距離為Omm ;同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為O。;葉片與豎直面的夾角為0° ;葉片的厚度為0.05mm，寬度為0.5mm，遮流片的厚度為
0.05mmo實施例4與實施例1基本相同，所不同的是:葉片與剛性齒之間的距離為0.5mm ;同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為60° ;葉片與豎直面的夾角為30° ;葉片的厚度為0.20mm，寬度為2mm，遮流片的厚度為 0.20mm。
權(quán)利要求
1.自調(diào)整葉片式汽封，包括汽封基體，其特征在于:還包括葉片模塊，所述葉片模塊鑲嵌在汽封基體的剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)；所述葉片模塊包括前夾板、后夾板、一片以上的葉片和用來遮擋葉片的遮流片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在前夾板和后夾板之間，另一端為自由端，其中，葉片的自由端高出剛性齒0-2_，所述用來遮擋葉片的遮流片設(shè)在前夾板和葉片之間，且不高出葉片的自由端，所述葉片與剛性齒相鄰。
2.如權(quán)利要求1所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:葉片與剛性齒之間的距離為0-0.5mm;同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為0-60° ;葉片與豎直面的夾角為0-30°。
3.如權(quán)利要求2所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:葉片與剛性齒之間的距離為0.1-0.3mm,同一豎截面上、順著汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動方向上，葉片的葉根與汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子的軸心的連線和葉片的夾角為30-45° ;葉片與豎直面的夾角為10-20°。
4.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:葉片模塊通過鉚固件鑲嵌在汽封基體剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)。
5.如權(quán)利要求4所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:鉚固件為波浪板條或毛細(xì)扁管。
6.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:葉片的厚度為0.05-0.20mm,寬度為 0.5_2mm,遮流片的厚度為 0.05-0.20mm。
7.如權(quán)利要 求1-3任意一項所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:葉片的硬度小于汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子表面的硬度。
8.如權(quán)利要求5所述的自調(diào)整葉片式汽封，其特征在于:葉片的材料為Hastelloy-X或0Crl5Mo。
全文摘要
本發(fā)明公開了自調(diào)整葉片式汽封，包括汽封基體，還包括葉片模塊，所述葉片模塊鑲嵌在汽封基體的剛性齒的高齒進(jìn)汽側(cè)；所述葉片模塊包括前夾板、后夾板、一片以上的葉片和用來遮擋葉片的遮流片，所述葉片為長方形薄片，一端固定在前夾板和后夾板之間，另一端為自由端，其中，葉片的自由端高出剛性齒0-2mm，所述用來遮擋葉片的遮流片設(shè)在前夾板和葉片之間，且不高出葉片的自由端，所述葉片與剛性齒相鄰。本發(fā)明自調(diào)整葉片式汽封不僅具有徑向柔性的特性，還能夠根據(jù)汽輪機(jī)組啟停機(jī)和正常運行兩種狀態(tài)，自動改變汽封間隙，在汽輪機(jī)短暫的啟停機(jī)狀態(tài)，保持相對較大的安全間隙，而在長期的并網(wǎng)運行狀態(tài)能保持相對較小的經(jīng)濟(jì)間隙，即同時分別滿足兩種狀態(tài)下所需的安全間隙和經(jīng)濟(jì)間隙。
文檔編號F01D11/16GK103225519SQ201310146528
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月24日
發(fā)明者石偉偉, 楊建明 申請人:石偉偉