一种自适应型柔性汽轮机轴封结构的制作方法

1.本发明属于汽轮机轴封技术领域，具体涉及一种自适应型柔性汽轮机轴封结构。


背景技术：

2.燃煤和核电机组通过高温高压蒸汽推动汽轮机做工，进而带动发电机旋转产生电能。为了实现旋转，汽轮机的主轴与汽缸之间必须保持一定的间隙，当汽轮机处于工作状态时，蒸汽会从上述间隙中泄露，从而造成汽轮机做功能力下降、高压侧轴承工作条件恶化、低压侧气体漏入汽缸从而破坏汽轮机真空环境、润滑油质被污染以及调节系统准确性降低等问题，严重影响汽轮机的高效安全运行。一般通过在主轴穿过汽缸两端处设计密封结构来减少汽轮机蒸汽泄漏，汽轮机密封结构是其安全高效运行的关键技术。据统计，由于汽轮机轴封漏气而造成的损失约占其总的能量损失的30％，是影响其热效率的第二大因素。面对日益严重的能源和环境危机，节能降耗是一个重要的研究方向，提高汽轮机密封技术，减少因轴封漏汽而产生的能量损失，将会产生很高的经济和环境价值。在汽轮机启停过程中，会经过临界转速区，产生较大的振动，而转轴胀差的变化会导致汽封结构相对位移，较大的位移会导致汽封结构与转子产生摩擦和碰撞，当发生摩擦和碰撞时，会产生大量热量，造成大轴弯曲，汽机抱死等现象，危及机组安全。在保证密封效果的同时，考虑如何避免密封结构和转子的碰撞和摩擦具有十分重要的意义。
3.现有的汽轮机轴封系统分为非接触式和接触式，常见的非接触式轴封为梳齿式，该种类型的轴封是让轴封蒸汽通过连续的环形空间，使其逐级降压，汽密封效果与环形空间的大小、形状关系密切，在实际运行中容易产生密封性不足等问题。常见的接触式轴封为刷式密封，该类型轴封是通过刷丝与转子之间直接接触，从而达到密封效果，运行中常见的问题是刷丝磨损及掉落影响密封效果。同时，在常见的密封结构中，由于密封结构与转子之间的距离是固定的，在汽轮机启停过程经过临界转速区以及出现紧急停机状况时，容易发生碰撞甚至出现抱死等情况。因此，设计一种兼顾两种密封结构优势的新型轴封结构，将会大幅提高汽轮机运行的效率和安全性。
4.中国专利cn104454031 a将传统迷宫式密封结构中间位置的两个迷宫齿用单环刷式密封代替，刷丝束熔焊在前后挡板之间，沿转子转动方向呈一定的角度，该专利降低了汽轮机蒸汽泄漏量，提高了热效率，但是该专利并没有解决迷宫式密封结构在经过临界转速以及发生紧急停机状况时的碰撞和磨损以及刷式密封结构刷丝易磨损掉落等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种密封性更强安全性更高的自适应型柔性汽轮机轴封结构，以解决现有技术漏气量大及容易发生碰撞和磨损的问题。
6.为达到实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种自适应型柔性汽轮机轴封结构，包括汽封体、汽封、汽封齿、转子和汽动式活塞体；
8.汽封位于汽封体和转子之间，汽封在圆周方向上分为四块，相邻两块之间通过汽动式活塞体相连，汽封的高压侧开设有引汽槽，除引汽槽外，汽封与汽封体其他部位紧密贴合，且汽封与汽封体之间存在汽腔；
9.汽封朝向转子的一侧设置有汽封齿，汽封齿分为间隔设置的周向均匀曲梁型汽封齿结构和六边柱体汽封齿结构，转子的凸台部分对应的是六边柱体汽封齿结构。
10.本发明进一步的改进在于，汽动式活塞体用于接通来自主蒸汽且经过温度压力调节器的高温高压蒸汽，让汽封始终受到一个张开的力。
11.本发明进一步的改进在于，当汽机没有进汽时，汽封在汽动式活塞体侧蒸汽压力作用力下保持张开状态，随着负荷增加，汽机侧蒸汽通过引汽槽进入汽腔，汽封逐渐闭合。
12.本发明进一步的改进在于，周向均匀曲梁型汽封齿结构包括4片密封片母片，4片密封片母片的前后两侧设置有前挡板和后挡板，并通过铆钉固定在汽封上。
13.本发明进一步的改进在于，密封片母片由圆片材料加工成周向均匀分布的曲梁，曲梁尾部与密封片母体相连，端部贴合在转子上。
14.本发明进一步的改进在于，曲梁之间存在间隙，通过将4片密封片母片交错布置降低其间隙对密封效果的影响。
15.本发明进一步的改进在于，在曲梁末端与转子接触的部位，通过激光熔覆工艺制作掺杂ni-石墨的tc4钛合金涂层。
16.本发明进一步的改进在于，六边柱体汽封齿结构分为连接在一起的上下两部分，上部为竖直型六边柱体汽封齿结构，下部为渐缩型六边柱体汽封齿结构。
17.本发明进一步的改进在于，在竖直型六边柱体汽封齿结构内部设置有螺旋结构。
18.相较于现有技术，本发明至少具有如下有益的技术效果：
19.(a)本发明使用周向均匀曲梁型密封片，可以大幅度提高密封效果，同时避免出现类似刷丝磨损掉落的状况；
20.(b)本发明使用了一种改进型六边柱体汽封齿结构，可以明显提高密封结构漩涡的强度，提高密封效果；
21.(c)本发明使用了一种密封间隙自调节的密封结构，可在机组启停过程中根据负荷和进汽量的不同调整汽封与转子之间的距离，确保汽机一次通过临界转速区，节约燃料；同时，当机组紧急停机时，密封间隙会自动扩大，确保汽机的安全；
22.(d)本发明使用了一种涂层材料，可以减小曲梁端部和转子之间的磨损；
23.(e)本发明能够极大的提高汽轮机轴封的密封性和安全性。
附图说明
24.图1是本发明的正视结构示意图。
25.图2是本发明的汽动活塞结构示意图。
26.图3是本发明的周向均匀曲梁型密封结构示意图。
27.图4是本发明的周向均匀曲梁型密封片示意图。
28.图5是本发明的曲梁示意图。
29.图6是本发明的六边柱体汽封齿结构示意图。
30.其中：1-汽封体，2-汽封，3-周向均匀曲梁型汽封齿结构，3-1-前挡板，3-2-端部，
3-3-后挡板，3-4-曲梁，3-5-铆钉，3-6-母片，4-六边柱体汽封齿结构，4-1-竖直型六边柱体汽封齿结构，4-2-渐缩型六边柱体汽封齿结构，4-3-螺旋结构，5-转子，6-凸台，7-掺杂ni-石墨的tc4钛合金涂层，8-引汽槽，9-汽腔，10-汽动式活塞体。
具体实施方式
31.以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本技术技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。
32.遵从上述技术方案，如图1至图6所示，本实施例给出一种密封性更强安全性更高的自适应型柔性汽轮机轴封结构，以解决现有技术漏气量大及容易发生碰撞和磨损的问题。
33.本发明提供的一种自适应型柔性汽轮机轴封结构，包括汽封体1、汽封2、周向均匀曲梁型汽封齿结构3、前挡板3-1、端部3-2、后挡板3-3、曲梁3-4、铆钉3-5、母片3-6、六边柱体汽封齿结构4、竖直型六边柱体汽封齿结构4-1、渐缩型六边柱体汽封齿结构4-2、螺旋结构4-3、转子5、凸台6、掺杂ni-石墨的tc4钛合金涂层7、引汽槽8、汽腔9和汽动式活塞体10。汽封2在圆周方向上分为四块，相邻两块之间通过汽动式活塞体10相连，汽封2高压侧开通引汽槽8，除引汽槽8外，汽封2与汽封体1其他部位紧密贴合，汽封2与汽封体1之间存在汽腔9。汽封2的相对位置可以通过汽动式活塞体10和汽腔9之间的压力差来控制。汽动式活塞体10用于接通来自主蒸汽且经过温度压力调节器，满足了设计需求的高温高压蒸汽，让汽封2始终受到一个张开的力。当汽机没有进汽时，汽封2在汽动式活塞体10侧蒸汽压力作用力下保持张开状态，随着负荷增加，汽机侧蒸汽通过引汽槽8进入汽腔9，汽封2逐渐闭合。
34.汽封齿分为周向均匀曲梁型汽封齿结构3和六边柱体汽封齿结构4。周向均匀曲梁型汽封齿结构3由4片密封片母片3-6通过前挡板3-1、后挡板3-3和铆钉3-5固定在汽封2上。该密封片母片3-6由圆片材料加工成周向均匀分布的曲梁3-4，曲梁3-4尾部与密封片母体相连，端部3-2贴合在转子5上。由于曲梁3-4结构的柔性特性，其端部3-2可根据转子5状况自动调整，使其始终贴合转子，实现密封。为实现柔性，曲梁3-4之间存在间隙，通过将4片密封片母片3-6交错布置降低其间隙对密封效果的影响。在曲梁末端与转子接触的部位，通过激光熔覆工艺制作掺杂ni-石墨的tc4钛合金涂层7，增加结合部位的润滑性和耐磨性。
35.六边柱体汽封齿结构4分为连接在一起的上下两部分，上部为竖直型六边柱体汽封齿结构4-1，下部为渐缩型六边柱体汽封齿结构4-2，同时在竖直型六边柱体汽封齿结构4-1内部添加了螺旋结构4-3，增强蒸汽通过该密封结构时的漩流强度，从而达到增强密封的效果。周向均匀曲梁型汽封齿结构3和六边柱体汽封齿结构4交错布置，降低碰摩的同时提高密封效果。
36.转子5的凸台6部分对应的是六边柱体汽封齿结构4，由于增加了周向均匀分布曲梁型密封齿，并对六边柱体汽封齿结构4进行了改进，该凸台6部位与六边柱体汽封齿结构4顶部距离比传统梳齿结构对应的距离大，使得发生碰摩的几率大幅减小。
37.本发明的工作过程如下所示：
38.当蒸汽没有进入缸体时，汽封2在汽动式活塞体10作用力下保持张开状态，密封间隙较大，当负荷增加时，进入汽轮机的蒸汽逐渐增多，高压侧蒸汽通过引流槽进入汽封2背部汽腔9，由于存在压差，整个轴封会紧密贴合在低压侧汽封体1，使得汽封2背部汽腔只与
高压测相通，这样就会产生一个向下的推力，使得轴封间隙可以随着负荷变化自动调节。当汽机通过临界转速区时，较大的轴封间隙可以保证汽机启动一次完成，节省了大量燃料；而当汽机发生紧急停机时，轴封间隙会随着进汽量的减少而增大，从而避免转子5碰磨现象的发生。
39.由于金属曲梁3-4之间存在间隙，当转子5发生微小震动时，柔性曲梁3-4会随着转子位置的变化自动调节，时刻保持密封状态；同时将4片密封片交错布置，从而弥补由于金属曲梁指尖的间隙造成的密封不足。
40.为了减小周向均匀曲梁型汽封齿结构3的延迟现象，选择刚性较强的曲梁3-4，同时，通过激光熔覆工艺，在曲梁末端对应的转子部位，制作掺杂ni-石墨的tc4钛合金涂层7，增加了该部位的润滑性和耐磨性。
41.当蒸汽流经六边柱体汽封齿结构4时，卷吸作用会使其产生漩涡，从而实现阻碍汽流，达到密封的效果，因此，提高旋流强度是强化六边柱体结构密封效果的关键。本发明将六边柱体结构分为上下两部分，上部为竖直型六边柱体汽封齿结构4-1，下部为渐缩型六边柱体汽封齿结构，同时，在竖直型六边柱体汽封齿结构4-1内部添加螺旋结构4-3，从而达到增强漩涡强度的作用。
42.转子上的凸台6结构与六边柱体密封齿相对应，由于六边柱体汽封齿结构强化了密封效果，所以其与转子凸台的间隙设计的比传统梳齿型密封结构大，更好的避免了密封齿与转子之间发生碰磨，同时由于添加了周向均匀曲梁型汽封齿结构3以及改进了六边柱体汽封齿结构4，从而在提升密封性的同时增大了安全性。
43.虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。