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1.汽輪機(jī)汽封對(duì)汽輪機(jī)的影響

在當(dāng)前的電站工程中，熱力發(fā)電站占有十分重要的地位。熱力發(fā)電的基本原理是把熱能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能帶動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，再由電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在能量轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，能量的利用率決定了電站工程的生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率。在電力行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈的今天，高效節(jié)能的電站工程，無(wú)疑是更具有競(jìng)爭(zhēng)力的。眾所周知，在任何方面利用熱能都需要面對(duì)一個(gè)重要的問(wèn)題——如何提升熱能的工作效率，汽輪機(jī)也不例外。

為了保證汽輪機(jī)的工作效率，限度地提升熱能的利用率，汽封的作用就顯得尤為重要。據(jù)統(tǒng)計(jì)，由于汽封漏汽造成的能量損失占汽輪機(jī)總能量損失的很大一部分。汽輪機(jī)的靜子與轉(zhuǎn)子之間存在著各種汽封，包括平衡活塞汽封、葉頂汽封、軸端汽封、隔板汽封等等。這些汽封的主要功能包括阻止外界空氣進(jìn)入汽輪機(jī)與汽輪機(jī)的蒸汽混合；減少蒸汽的泄漏量；減少化學(xué)補(bǔ)水量以及高位能的工作介質(zhì)低位能流動(dòng)。而這些各種各樣的汽封由于漏氣所造成的能量損失，可以造成汽輪機(jī)工作效率下降3%～4%，這一數(shù)字占到汽輪機(jī)內(nèi)部損失的三分之一。而如果經(jīng)過(guò)科學(xué)的改造，汽封漏汽造成的能量損失將會(huì)大大降低，可以想象，如果這一問(wèn)題得到解決，將會(huì)對(duì)電站工程產(chǎn)生重大影響。

2.汽輪機(jī)汽封漏氣分析

汽輪機(jī)汽封的主要作用是隔絕汽輪機(jī)內(nèi)部與外部空氣，以及對(duì)汽輪機(jī)內(nèi)部的介質(zhì)隔離。經(jīng)過(guò)研究和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，汽輪機(jī)漏汽主要與以下因素有關(guān)。

2.1 汽輪機(jī)汽封技術(shù)

有數(shù)據(jù)表明，傳統(tǒng)的電站發(fā)電機(jī)組工作效率已經(jīng)低于額定值的5%～10%，而造成這一現(xiàn)象的主要原因就是汽輪機(jī)汽封漏汽導(dǎo)致的能量損失。國(guó)內(nèi)使用至多的汽封包括高低齒汽封、梳齒形汽封以及普通迷宮汽封等。

以傳統(tǒng)的梳齒形汽封為例，它是像梳齒一樣層層相扣，利用多次排列的汽封齒與軸之間很小的縫隙形成一個(gè)個(gè)小汽室，蒸汽到了這些汽室中壓力逐漸降低，從而減少了蒸汽泄漏。這種汽封在我國(guó)應(yīng)用很廣泛，但是存在著一些缺陷。首先，汽封材料選擇不合理，這導(dǎo)致當(dāng)與轉(zhuǎn)子產(chǎn)生摩擦?xí)r，會(huì)對(duì)轉(zhuǎn)子造成損傷甚至產(chǎn)生形變。為了保護(hù)轉(zhuǎn)子，通常會(huì)選擇調(diào)大間隙，這樣雖然有效避免了摩擦，卻降低了汽封的工作效率，增加了蒸汽泄漏量，這與現(xiàn)代汽封對(duì)節(jié)能的要求是不相符的。其次，配合間隙不合理，由于汽封要求間隙越小越能保證汽封密封性，但是汽封的配合很難做到小間隙而無(wú)相互摩擦，這就導(dǎo)致汽封齒相互損傷降低汽封的使用壽命。另外，這種汽封的齒形和汽封的效果并不好，漏氣量會(huì)增加，這樣增加了轉(zhuǎn)子的軸向推力，對(duì)汽輪機(jī)磨損十分嚴(yán)重。同樣的，高低齒汽封和迷宮汽封也都有各自明顯的缺陷，這對(duì)汽輪機(jī)的工作效率造成很大的不利影響。

由此可見(jiàn)，老式汽封的確是存在許多問(wèn)題的，而隨著科技的進(jìn)步，越來(lái)越多的優(yōu)質(zhì)汽封出現(xiàn)了，包括可調(diào)節(jié)式汽封、刷式汽封、蜂窩汽封等等，這些汽封的效果都明顯優(yōu)于傳統(tǒng)汽封，相較于這些應(yīng)用先進(jìn)汽封的汽輪機(jī)，傳統(tǒng)汽輪機(jī)的工作效率已經(jīng)明顯失去了競(jìng)爭(zhēng)力。

2.2 汽輪機(jī)汽封間隙影響

試驗(yàn)表明，汽封間隙對(duì)于刷式汽封工作效率的影響十分明顯，而經(jīng)驗(yàn)告訴我們，對(duì)于任何汽封來(lái)說(shuō)，減小汽封的間隙，都是減少漏汽量的重要措施。

3.汽輪機(jī)汽封漏汽的處理方案

目前，我國(guó)多數(shù)汽輪機(jī)仍然使用的是舊式汽封，但隨著科技的發(fā)展，這種汽封的缺陷越來(lái)越明顯地暴露出來(lái)，解決汽輪機(jī)汽封漏汽大問(wèn)題的根本方案就是對(duì)汽封進(jìn)行改造，把更先進(jìn)的汽封應(yīng)用到汽輪機(jī)中。以下列舉幾種備受好評(píng)的新型汽封。

3.1刷式汽封

刷式密封是近年發(fā)展起來(lái)的一種高效阻尼密封，其泄漏量是梳齒迷宮密封的1/5-1/10，并允許動(dòng)靜之間瞬態(tài)嚴(yán)重不同心而保持密封能力不變，既提高了機(jī)組效率又改善了轉(zhuǎn)子的穩(wěn)定性，是現(xiàn)代先進(jìn)透平機(jī)械發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，已經(jīng)應(yīng)用于航空發(fā)動(dòng)機(jī)、工業(yè)燃?xì)廨啓C(jī)和汽輪機(jī)等葉輪機(jī)械。主要作用防止蒸汽外漏或者空氣進(jìn)入低壓缸，能有效提高機(jī)組出力，具有起機(jī)安全，密封效果良好的性能，是新一代密封節(jié)能降耗產(chǎn)品，能有效的降低煤耗，達(dá)到節(jié)能減排的目的。刷式密封是替換迷宮密封簡(jiǎn)單、有效、實(shí)用的高科技產(chǎn)品。

刷式密封的刷絲主要采用鈷基高溫合金，具有低脆性、高韌性、保證運(yùn)行過(guò)程中不折斷，而高性能的焊接工藝保證刷絲的不脫落，優(yōu)化的刷毛束厚度及高度保證高性能的封嚴(yán)性，刷絲材料和涂層材料的合理組合保證密封穩(wěn)定、安全的運(yùn)行。是取代傳統(tǒng)的迷宮密封的理想選擇，它是一種接觸式的具有適應(yīng)性的密封， 可全部或部分消除迷宮密封的寄生泄漏，同時(shí)允許轉(zhuǎn)子在有一定的偏差的狀態(tài)下工作，是可以做到零間隙的柔性密封。

刷式密封介質(zhì)泄漏主要發(fā)生在密集排列的細(xì)金屬絲之間形成的微小縫隙中，由于刷子中刷絲間空隙的不均勻性作用，均勻的來(lái)流進(jìn)入刷絲束中就變得不均勻了，并且從緊密的刷絲束區(qū)域向疏松的刷絲束區(qū)域偏流，這些偏流在刷絲排之間逐漸形成同向流和射流，并產(chǎn)生隨機(jī)的二次流和旋渦流。而當(dāng)一射流遇到前面緊密的刷絲束，就會(huì)改變運(yùn)動(dòng)方向而變成和主流方向垂直的橫向流。由于刷絲束破壞流動(dòng)而確保流動(dòng)的不均勻性，使流體產(chǎn)生了自密封效應(yīng)，橫向流動(dòng)代替向前流動(dòng)顯然對(duì)流體自密封起了重要貢獻(xiàn)，它能使橫流過(guò)刷子的總壓降增大從而減少汽封的泄露量。隨著壓比的增大，刷子中刷絲的密度增加，刷絲之間的空隙減少而使有效的泄漏面積減少，同時(shí)使泄漏流動(dòng)的阻力增大，從而使泄漏隨壓比增加的梯度降低。

3.2 布萊登式可調(diào)汽封

布萊登式汽封的工作機(jī)理是在汽封的端部加上了四個(gè)螺旋彈簧，這樣的裝置使得在汽封有小量蒸汽通過(guò)時(shí)汽封是打開(kāi)的，但是一旦蒸汽流量增加，達(dá)到一定流量后，汽封就會(huì)關(guān)閉。

布萊登式汽封的優(yōu)點(diǎn)在于其安全性較高，由于是螺旋彈簧控制，能夠保證汽封能夠主動(dòng)遠(yuǎn)離轉(zhuǎn)子，對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行保護(hù)，從而保證汽輪機(jī)正常運(yùn)行。另外，它具有較強(qiáng)的持久性，打開(kāi)和關(guān)閉的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)磨損現(xiàn)象。但是這種汽封的使用是建立在背部有足夠大的壓差基礎(chǔ)上的，通常只能用于有高壓的軸端等處，而在低壓的地方并不適用。

3.3 金屬蜂窩汽封

金屬蜂窩汽封顧名思義，是一種形態(tài)接近蜂窩的汽封。這種汽封主要由蜂窩帶、汽封體經(jīng)過(guò)特殊加工而成。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，蜂窩汽封產(chǎn)生的主阻尼和剛度較大，具有非常好的穩(wěn)定性。其作用機(jī)理是蜂窩狀的結(jié)構(gòu)能夠形成很大的渦流和屏障，形成很大的阻尼從而阻止了蒸汽泄漏。

同梳齒形的汽封相比，金屬蜂窩汽封不再會(huì)因?yàn)檫^(guò)量的間隙而導(dǎo)致汽封大量漏汽。其形態(tài)保證了能夠有效地抑制蒸汽的周向流動(dòng)，同時(shí)能夠很好地跟蒸汽機(jī)配合，在高壓差、小間隙的情況下依然能夠有效工作而不會(huì)對(duì)汽輪機(jī)及其轉(zhuǎn)子造成影響。它耐磨損、壽命長(zhǎng)、密封性好切不會(huì)傷害汽輪機(jī)。

但是原則上是不能整個(gè)汽輪機(jī)都使用金屬蜂窩汽封的。由于其密封性極強(qiáng)，這并不利于轉(zhuǎn)子預(yù)熱，因而在啟動(dòng)時(shí)會(huì)造成啟動(dòng)時(shí)間長(zhǎng)，軸振大，增加危險(xiǎn)系數(shù)。

4.結(jié)束語(yǔ)

在越來(lái)越重視汽輪機(jī)工作效率的今天，忽視效率無(wú)異于自殺。汽輪機(jī)汽封是保證汽輪機(jī)工作效率的重要環(huán)節(jié)，在電站工程中應(yīng)該受到足夠的重視。在汽封改造中，新式汽封顯然更具優(yōu)勢(shì)，但并不是毫無(wú)缺點(diǎn)，因此，使用汽封時(shí)揚(yáng)長(zhǎng)避短，有針對(duì)性地合理使用汽封，才能夠保證汽封改造更加成功。

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