一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构及密封方法与流程

本发明涉及汽轮机动叶汽封结构设计及工艺，尤其是一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构及密封方法。

背景技术：

1、为了避免汽轮机通流级的静动部件摩擦，通常动叶片顶部与气缸静止部件存在一定的间隙，由于动叶片进出口存在压力差，因此部分主流蒸汽会由动叶片顶部间隙由高压端流向低压端形成泄漏流。动叶片顶部的泄漏流不做功并且在动叶出口与主流掺混，因此泄漏流降低了动叶片的效率。汽封的作用既保证了动静部分有适当间隙又防止动静部分间过多的漏汽。

2、通过减小汽封间隙、改造汽封结构及方法可以减少泄漏量，明显提高汽轮机各级效率。随着实际运行工况的变化，动叶片顶部间隙大小是变化的，尤其对于长扭叶片在高速旋转时叶片顶部的径向位移较大，为了避免运行中静动部件摩擦碰撞使得初始设计的顶部汽封间隙不能过小，因此减小泄漏量关键在汽封结构及方法。

3、简单直通型迷宫汽封相较于蜂窝汽封泄漏量多50％，但由于结构简单、技术成熟安全可靠，目前仍然广泛应用于汽轮机动叶片顶部汽封。针对简单直通型迷宫汽封泄漏量大的问题，本申请提出一种改进的汽封结构，将泄漏流的周向速度减小达到减少泄漏蒸汽的目的，并且提出一种通过调整汽封结构的方法来加强密封效果的密封方法，在不影响动叶片稳定运行的前提下达到最佳密封效果，同时增加泄漏蒸汽的旋流提高腔内压力；减小泄漏蒸汽出口轴向速度和周向速度进而减小泄漏蒸汽与主流的掺混损失，提高动叶片效率。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构及密封方法，该方法能达到迷宫密封的更好密封效果，有效地减少泄漏量，同时减小泄漏流与主流蒸汽的掺混。

2、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，包括由汽轮机静止部件与动叶顶部围带形成的环形腔室、汽封齿和阻流孔板，所述汽封齿数量为两个以上，汽封齿安装在汽轮机动叶顶部上方的静止部件上并在环形腔室内均匀布置，汽封齿上沿周向(动叶片旋转方向)安装至少一个阻流孔板，所述阻流孔板从第一个汽封齿开始沿轴向(动叶片旋转轴方向)贯穿整个汽封通道，所述阻流孔板设置有多个通孔，所述阻流孔板将环形腔室沿周向分隔成两个以上小腔室。

4、优选的，所述通孔数量为汽封齿数量的整数倍，每个汽封齿右侧均设置有通孔，相邻两个汽封齿之间至少设置有一个通孔，各个通孔的形状规则并在阻流孔板上均匀分布。

5、优选的，所述通孔数量与汽封齿数量相同，每个通孔的圆心均布置在阻流孔板宽度的中心线上，每个通孔的圆心距离左边汽封齿的轴向长度相同，且均为相邻汽封齿之间长度的1/2。

6、所述通孔为规则几何多边形结构，优选为圆形、椭圆形、三角形、矩形、梯形中的至少一种。

7、优选的，所述迷宫汽封结构的汽封齿数量为z，第一个汽封齿和最后一个汽封齿之间的轴向距离为l，所述阻流孔板的长度为a且满足a≥l，所述阻流孔板的宽度为b，且阻流孔板的宽度与汽封齿中最低汽封齿的高度相同，阻流孔板的厚度为c且满足c≥1mm。

8、本发明还提供一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构的密封方法，包括如下步骤：

9、s1安装汽封齿：在汽轮机动叶顶部上方的静止部件上均匀安装多个汽封齿，各个汽封齿与汽轮机动叶顶部围带构成迷宫式结构；

10、s2安装阻流孔板：在汽封齿上沿周向(动叶片旋转方向)安装阻流孔板，所述阻流孔板从第一个汽封齿开始沿轴向(动叶片旋转轴方向)贯穿整个汽封通道，所述阻流孔板设置有多个通孔，每个汽封齿右侧均设置有通孔，多个阻流孔板将环形腔室沿周向分隔成多个小腔室，泄漏气流从所述的通孔节流后进入所述的小腔室内，使其周向速度减小及漩涡流动增加，所述的小腔室内压力增加；

11、s3调整阻流孔板：通过调整所述迷宫汽封结构的阻流孔板，达到最佳密封效果，同时减小泄漏蒸汽与主流的掺混损失，提高汽轮机动叶片的效率。

12、所述步骤s3中，根据动叶片叶顶的旋转线速度大小，调整阻流孔板的数量、尺寸及安装角以及通孔数量、通孔位置、通孔半径、通孔形状中的至少一种，达到最佳的密封效果和叶片工作效率。

13、优选的，所述动叶片叶顶型线安装角为α，所述阻流孔板的安装角β的大小满足α-5°≤β≤α+5°。

14、优选的，所述动叶片叶顶旋转线速度为vt，所述阻流孔板的宽度为b，所述阻流孔板的通孔半径为r，当vt≤228m/s时，r＝b/4，当vt>228m/s时，r＝b/3。

15、优选的，所述动叶片叶顶旋转线速度为vt，所述阻流孔板的数量为n，n与vt成正比例，当50m/s≤vt<63m/s时，n＝2，当63m/s≤vt<94m/s时，n＝3，当94m/s≤vt<125m/s时，n＝4，依次类推，vt区间每增加31m/s，n增加一个。

16、基于上述技术方案的运用，本发明具有如下有益效果：

17、1、现有技术的简单直通型迷宫汽封泄漏量大，本发明通过阻流孔板将环形腔室沿周向分割成多个小腔室，泄漏气流受到阻流孔板的阻碍作用，泄漏气流的周向速度减小，迷宫密封腔室内压力增加从而有效减少泄漏量，泄漏气流的漩涡流动更密集，耗散更充分，提高迷宫汽封的密封性能。

18、2、本发明通过周向阻流孔板抑制泄漏气流在出口的轴向速度，减小泄漏气流与主流的掺混损失，可有效提高汽轮机动叶片的效率。

19、3、从总体上看，本发明提供的汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，一方面能减小进入动叶片顶部间隙的泄漏气流，另一方面有利于减少动叶片出口的掺混损失，本发明提供的迷宫汽封的密封方法，则通过提供汽封结构的布置方法到达更好的密封效果。

技术特征：

1.一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，其特征在于：包括由汽轮机静止部件与动叶顶部围带形成的环形腔室、汽封齿(1)和阻流孔板(2)，所述汽封齿(1)数量为两个以上，汽封齿(1)安装在汽轮机动叶顶部上方的静止部件上并在环形腔室内均匀布置，汽封齿(1)上沿周向安装至少一个阻流孔板(2)，所述阻流孔板(2)从第一个汽封齿(1)开始沿轴向贯穿整个汽封通道，所述阻流孔板(2)设置有多个通孔(3)，所述阻流孔板(2)将环形腔室沿周向分隔成两个以上小腔室。

2.根据权利要求1所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，其特征在于：所述通孔(3)数量为汽封齿(1)数量的整数倍，每个汽封齿(1)右侧均设置有通孔(3)，相邻两个汽封齿(1)之间至少设置有一个通孔(3)，各个通孔(3)的形状规则并在阻流孔板(2)上均匀分布。

3.根据权利要求1所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，其特征在于：所述通孔(3)数量与汽封齿(1)数量相同，每个通孔(3)的圆心均布置在阻流孔板(2)宽度的中心线上，每个通孔(3)的圆心距离左边汽封齿(1)的轴向长度相同，且均为相邻汽封齿(1)之间长度的1/2。

4.根据权利要求1-3任一项所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，其特征在于：所述通孔(3)为圆形、椭圆形、三角形、矩形、梯形中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，其特征在于：所述迷宫汽封结构的汽封齿(1)数量为z，第一个汽封齿(1)和最后一个汽封齿(1)之间的轴向距离为l，所述阻流孔板(2)的长度为a且满足a≥l，所述阻流孔板(2)的宽度为b，且阻流孔板(2)的宽度与汽封齿(1)中最低汽封齿(1)的高度相同，阻流孔板(2)的厚度为c且满足c≥1mm。

6.一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构的密封方法，其特征在于，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构的密封方法，其特征在于：所述步骤s3中，根据动叶片(4)叶顶的旋转线速度大小，调整阻流孔板(2)的数量、尺寸及安装角以及通孔(3)数量、通孔(3)位置、通孔(3)半径、通孔(3)形状中的至少一种。

8.根据权利要求6所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构的密封方法，其特征在于：所述动叶片(4)的叶顶型线(5)安装角为α，所述阻流孔板(2)的安装角β的大小满足α-5°≤β≤α+5°。

9.根据权利要求6所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构的密封方法，其特征在于：所述动叶片(4)叶顶旋转线速度为vt，所述阻流孔板(2)的宽度为b，所述阻流孔板(2)的通孔(3)半径为r，当vt≤228m/s时，r＝b/4，当vt>228m/s时，r＝b/3。

10.根据权利要求6-9任一项所述的一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构的密封方法，其特征在于：所述动叶片(4)叶顶旋转线速度为vt，所述阻流孔板(2)的数量为n，n与vt成正比例，当50m/s≤vt<63m/s时，n＝2，当63m/s≤vt<94m/s时，n＝3，当94m/s≤vt<125m/s时，n＝4，依次类推，vt区间每增加31m/s，n增加一个。

技术总结本发明公开了一种汽轮机动叶顶部的迷宫汽封结构，包括环形腔室、汽封齿和阻流孔板，所述汽封齿数量为两个以上，汽封齿在环形腔室内均匀布置，汽封齿上沿周向安装至少一个阻流孔板，所述阻流孔板从第一个汽封齿开始沿轴向贯穿整个汽封通道，所述阻流孔板设置有多个通孔，所述阻流孔板将环形腔室沿周向分割成两个以上小腔室。该迷宫汽封结构的密封方法，包括安装汽封齿、安装阻流孔板和调整阻流孔板的步骤。本发明一方面能减小进入动叶片顶部间隙的泄漏气流，另一方面有利于减少动叶片出口的掺混损失，从而达到最佳密封效果，提高汽轮机动叶片的工作效率。技术研发人员：邢红斌,魏双,杨晓锋,杨世华,王金伙,马利受保护的技术使用者：杭州中能透平机械装备股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30