烟气轮机的气封体和烟气轮机的制作方法

1.本公开涉及石油化工装备技术领域，特别涉及一种烟气轮机的气封体和烟气轮机。


背景技术：

2.在石油炼制过程中，通常会将催化裂化装置上产生的烟气输送至烟气轮机，以驱动烟气轮机的叶轮转动，并利用烟气轮机产生的机械能带动发电设备发电，达到回收能量的目的。转子轴是烟气轮机的核心部件，转子轴安装于箱体内，依靠箱体内前后轴承支撑运转，转子轴的一端伸出箱体并穿过位于箱体和叶轮之间的气封体，与叶轮通过连接件同轴组装。
3.通常气封体包括密封壳体和气封环，气封环套装在转子轴外且位于密封壳体和转子轴之间，气封环的外壁面与密封壳体的内壁连接，并在气封环的内壁面上设置密封件(如蜂窝带、梳齿片等)，以防止烟气从转子轴和气封体之间泄漏至箱体。
4.相关技术中，在气封环外壁面的中部区域会设置安装凸缘，且密封壳体的内壁面对应安装凸缘的位置设置有安装凹槽，以使得气封环能通过安装凸缘插装在密封壳体上。
5.然而，烟气轮机内的烟气温度较高，且含有co、so2、h2s等有毒有害气体，因而有腐蚀性的高温烟气容易导致气封环的端部和密封壳体的连接区域出现热变形并对气封环造成一定的腐蚀，进而导致烟气泄漏。


技术实现要素：

6.本公开实施例提供了一种烟气轮机的气封体和烟气轮机，能避免因气封环和密封壳体的连接区域热变形而导致烟气泄漏的问题。所述技术方案如下：
7.本公开实施例提供了一种烟气轮机的气封体，所述气封体包括：密封壳体，具有内孔，所述内孔的壁面上设有沿所述内孔轴向间隔分布的三个环形凸台；气封环，外壁面设有沿所述气封环的轴向间隔分布的三个环形槽，三个所述环形凸台分别插设于三个所述环形槽内，且所述环形槽的槽壁与所述环形凸台的轴向端面贴合。
8.在本公开实施例的一种实现方式中，三个所述环形凸台分别为一个支撑凸台和两个定位凸台，两个所述定位凸台分别位于所述支撑凸台的两侧，三个所述环形槽分别为一个支撑槽和两个定位槽，所述支撑槽与所述支撑凸台插装配合，两个所述定位槽分别与两个所述定位凸台插装配合，所述支撑凸台的内周壁与所述支撑槽的槽底相抵，所述定位凸台的内周壁与所述定位槽的槽底之间具有膨胀间隙。
9.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述定位凸台插设于所述定位槽内的部分的径向长度不小于标定长度的2倍，所述标定长度为所述定位凸台在烟气轮机内的烟气温度下产生的最大形变量。
10.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述标定长度为5mm至6mm。
11.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述膨胀间隙为1mm至2mm。
12.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述气封环具有径向贯通所述气封环的蒸汽流道和抽气流道，所述蒸汽流道和所述抽气流道均位于最外侧的两个所述环形槽之间且分别位于三个所述环形槽中间的所述环形槽的两侧，所述密封壳体具有用于注入蒸汽的蒸汽腔和用于抽气的抽气腔，所述蒸汽腔和所述抽气腔均为所述密封壳体的内壁面、所述密封壳体的外壁面、两个所述环形凸台相对的两个轴向端面围成的空腔，所述蒸汽流道与所述蒸汽腔连通，所述抽气流道与所述抽气腔连通。
13.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述气封环的内壁面设有密封件。
14.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述密封件包括环形刷，所述环形刷的外壁面与所述气封环固定密封连接且同轴套装在转子轴外，所述环形刷上与转子轴相对的部分与转子轴相抵，且所述环形刷的刷毛处于弹性形变状态。
15.在本公开实施例的另一种实现方式中，所述密封件包括蜂窝密封环。
16.本公开实施例提供了一种烟气轮机，所述烟气轮机包括前文所述的烟气轮机的气封体。
17.本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
18.本公开实施例提供本公开实施例提供的烟气轮机的气封体包括密封壳体和气封环，密封壳体内孔中设有轴向间隔分布的三个环形凸台，气封环的外壁面设有与三个环形凸台一一对应的三个环形槽，三个环形凸台分别插设于三个环形槽内，且环形槽的槽壁与环形凸台的轴向端面贴合，这样使得环形凸台插设在环形槽后，两者能实现密封配合，这样即使是在气封环和密封壳体受热后气封环的端部和密封壳体的连接区域出现形变或被腐蚀，气封环的端部和密封壳体之间出现间隙，由于密封壳体是通过环形凸台插设在气封环的环形槽内的，且环形凸台的轴向端面和环形槽的槽壁始终都是紧密贴合的状态，所以气封环和密封壳体之间依然可以形成有效的密封，防止外部烟气或密封壳体内的气体泄漏。
附图说明
19.为了更清楚地说明本公开实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是相关技术提供的一种气封体的结构示意图；
21.图2是本公开实施例提供的一种气封体的结构示意图；
22.图3是本公开实施例提供的一种气封体与转子轴的装配示意图。
23.图中各标记说明如下：
[0024]1‑
密封壳体，10
‑
内孔，11
‑
环形凸台，111
‑
支撑凸台，112
‑
定位凸台，12
‑
蒸汽腔，13
‑
抽气腔；
[0025]2‑
气封环，21
‑
环形槽，211
‑
支撑槽，212
‑
定位槽，22
‑
蒸汽流道，23
‑
抽气流道；
[0026]3‑
膨胀间隙；
[0027]4‑
密封件；
[0028]5‑
转子轴；
[0029]
a
‑
安装凸缘，b
‑
安装凹槽，l
‑
径向长度。
具体实施方式
[0030]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0031]
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”、“第三”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
[0032]
图1是相关技术提供的一种气封体的结构示意图。如图1所示，该气封体包括：密封壳体1和气封环2，气封环2同轴插设于密封壳体1的内孔10中。其中，在气封环2外壁面的中部区域设有安装凸缘a，且密封壳体1的内壁面对应安装凸缘a的位置设置有安装凹槽b。气封环2安装在密封壳体1时，气封环2能通过安装凸缘a插装在密封壳体1上，而气封环2两端的区域则与密封壳体1的内壁面贴合。
[0033]
由于烟气轮机所利用的烟气温度高达670℃至700℃，且含有co、so2、h2s等有毒有害气体，还含有大量的催化剂粉尘颗粒。并且烟气轮机在使用时还会向转子轴5和气封环2之间注入250℃的蒸汽，因而会导致气封环2的靠近烟气的端部存在较大的温度差，使得气封环2和密封壳体1的连接区域容易发生热变形。气封环2和密封壳体1受热变形后，气封环2内的密封蒸汽和气封环2外的高温烟气均会从会从变形处泄漏，影响烟气轮机的平稳运行。
[0034]
为此，本公开实施例提供了一种烟气轮机的气封体。图2是本公开实施例提供的一种气封体的结构示意图。如图2所示，该气封体包括：密封壳体1和气封环2。
[0035]
如图2所示，密封壳体1具有内孔10，内孔10的壁面上设有沿内孔10轴向间隔分布的三个环形凸台11，环形凸台11的轴向与内孔10的轴线重合。
[0036]
如图2所示，气封环2的外壁面设有沿气封环2的轴向间隔分布的三个环形槽21，三个环形凸台11分别插设于三个环形槽21内，且环形槽21的槽壁与环形凸台11的轴向端面贴合。
[0037]
其中，环形凸台11呈圆环状，在环形凸台11的轴向上的两个平面即为环形凸台11的轴向端面，环形凸台11上连接两个轴线端面的圆弧曲面为环形凸台11的外周壁或内周壁。
[0038]
本公开实施例提供的烟气轮机的气封体包括密封壳体1和气封环2，密封壳体1内孔10中设有轴向间隔分布的三个环形凸台11，气封环2的外壁面设有与三个环形凸台11一一对应的三个环形槽21，三个环形凸台11分别插设于三个环形槽21内，且环形槽21的槽壁与环形凸台11的轴向端面贴合，这样使得环形凸台11插设在环形槽21后，两者能实现密封配合，同时三个环形凸台11和三个环形槽21插装配合后，使得气封环2和密封壳体1之间的间隙在气封环2的轴向上呈连续的s状，以在气封环2和密封壳体1之间形成迷宫密封，这样即使是在气封环2和密封壳体1受热后气封环2的端部和密封壳体1的连接区域出现形变或
被腐蚀，气封环2的端部和密封壳体1之间出现间隙，由于密封壳体1是通过环形凸台11插设在气封环2的环形槽21内的，即使高温烟气进入气封环2的端部和密封壳体1之间的间隙，也会被环形凸台11的轴向端面遮挡，且环形凸台11的轴向端面和环形槽21的槽壁始终都是紧密贴合的状态，即还能进一步阻挡高温烟气从环形槽21和环形凸台11之间的间隙泄漏至密封壳体1内，所以气封环2和密封壳体1之间依然可以形成有效的密封，防止外部烟气或密封壳体1内的气体泄漏，保障烟气轮机的平稳运行。
[0039]
图3是本公开实施例提供的一种气封体与转子轴5的装配示意图。如图3所示，三个环形凸台11分别为一个支撑凸台111和两个定位凸台112，两个定位凸台112分别位于支撑凸台111的两侧。
[0040]
如图3所示，三个环形槽21分别为一个支撑槽211和两个定位槽212，支撑槽211与支撑凸台111插装配合，两个定位槽212分别与两个定位凸台112插装配合。
[0041]
其中，支撑凸台111的内周壁与支撑槽211的槽底相抵，定位凸台112的内周壁与定位槽212的槽底之间具有膨胀间隙3。
[0042]
本公开实施例中，密封壳体1内位于中间的支撑凸台111用于和气封环2的支撑槽211插装配合，且支撑凸台111的内周壁是抵在支撑槽211的槽底上，支撑凸台111的端面也是和支撑槽211的槽壁相抵的，即这样能使支撑凸台111可靠地与支撑槽211插装配合，使支撑凸台111能作为主要支撑结构。同时支撑凸台111和支撑槽211之间无间隙，能保气封环2和密封壳体1之间的密封性。
[0043]
其中，位于支撑凸台111两侧的定位凸台112与定位槽212的槽底之间具有膨胀间隙3，示例性地，膨胀间隙3为1mm至2mm。以便于在定位凸台112和定位槽212变形后，定位凹槽内能有充足的空间供定位凸台112自由膨胀，以防止变形尺寸过大而影响装配精度，进而导致密封性较差的问题。
[0044]
可选地，定位凸台112插设于定位槽212内的部分的径向长度l不小于标定长度的2倍。
[0045]
其中，标定长度为定位凸台112在烟气轮机内的烟气温度下产生的最大形变量。
[0046]
本公开实施例中，烟气轮机的工作温度为670℃至700℃，也即烟气轮机中的烟气温度为670℃至700℃。经试验测试数据可知，在该工作温度下，定位凸台112产生的形变量为5mm至6mm。因而，定位凸台112插设于定位槽212内的部分的径向长度l可以不小于10mm。这样使得定位凸台112能有足够的深度插入定位槽212内，以保证气封环2和密封壳体1的连接可靠性。
[0047]
如图2、3所示，气封环2具有径向贯通气封环2的蒸汽流道22和抽气流道23，蒸汽流道22和抽气流道23均位于最外侧的两个环形槽21之间且分别位于三个环形槽21中间的环形槽21的两侧。
[0048]
如图2、3所示，密封壳体1内具有用于注入蒸汽的蒸汽腔12和用于抽气的抽气腔13，蒸汽腔12和抽气腔13均为密封壳体1的内壁面、密封壳体1的外壁面、两个环形凸台11相对的两个轴向端面围成的空腔，蒸汽流道22与蒸汽腔12连通，抽气流道23与抽气腔13连通。
[0049]
本公开实施例中，可以通过蒸汽腔12向蒸汽流道22内注入250℃的蒸汽，以使得气封环2和转子轴5之间能形成气封层，即利用蒸汽形成的气封层来密封高温烟气，保证高温烟气不从气封环2和转子轴5之间泄漏。其中，蒸汽的压力可以高于高温烟气的压力，以避免
高温烟气突破蒸汽形成的气封层。
[0050]
其中，还可以设置风机，风机的抽气口与抽气腔13连通。风机能通过抽气腔13和抽气流道23，将气封环2和转子轴5之间的泄漏出来的气体抽出排走。通过设置抽气腔13可以将气封环2和转子轴5之间泄漏出来的高温烟气抽出来排向大气，以便降低密封壳体1内的压力，并防止高温烟气继续泄漏。
[0051]
可选地，气封环2的内壁面设有密封件4。如图3所示，密封件4可以包括：依次间隔排布在气封环2内壁上的第一密封环、第二密封环和第三密封环，第一密封环和第二密封环之间具有第一密封空腔，第二密封环和第三密封环之间具有第二密封空腔。其中，第一密封空腔和蒸汽流道22连通，第二密封空腔和抽气流道23连通，即第一密封空腔内用于注入蒸汽，以形成气封层；第二密封空腔相较于第一密封空腔距叶轮的距离更远，以使得第二密封空腔能用于汇集泄漏的高温烟气和气封层中的蒸汽，以防止进一步泄漏。
[0052]
可选地，密封件4可以包括环形刷，环形刷的外壁面与气封环2固定密封连接且同轴套装在转子轴5外，环形刷上与转子轴5相对的部分与转子轴5相抵，且环形刷的刷毛处于弹性形变状态。
[0053]
其中，环形刷上和转子轴5相对的部分是和转子轴5相抵的，且使环形刷的刷毛处于弹性形变状态，这样当转子轴5转动过程中环形刷出现磨损后，弹性形变状态的环形刷会逐步恢复原状，以填补环形刷和转子轴5之间的间隙，从而避免环形刷出现密封失效的问题。
[0054]
可选地，密封件4可以是蜂窝密封环。
[0055]
其中，蜂窝密封环是一种呈正六面体的网格型材，蜂窝密封环正六面体的网格与转子轴5的外壁面相对，以使得网格能将高温烟气流切割分离为无数弱小涡流，对气流形成交叉阻尼，从而达到阻止高温烟气泄漏的密封效果。
[0056]
需要说明的是，第一密封环、第二密封环和第三密封环均可以是环形刷或者蜂窝密封环，本公开实施例不做限制。
[0057]
本公开实施例提供了一种烟气轮机，该烟气轮机包括前文所述的烟气轮机的气封体。
[0058]
以上，并非对本公开作任何形式上的限制，虽然本公开已通过实施例揭露如上，然而并非用以限定本公开，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本公开技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本公开技术方案的内容，依据本公开的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本公开技术方案的范围内。