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1.汽轮机汽封对汽轮机的影响

在当前的电站工程中，热力发电站占有十分重要的地位。热力发电的基本原理是把热能转化为机械能带动电机转动，再由电机将机械能转化为电能。在能量转化的过程中，能量的利用率决定了电站工程的生产成本和生产效率。在电力行业竞争日趋激烈的今天，高效节能的电站工程，无疑是更具有竞争力的。众所周知，在任何方面利用热能都需要面对一个重要的问题——如何提升热能的工作效率，汽轮机也不例外。

为了保证汽轮机的工作效率，最大限度地提升热能的利用率，汽封的作用就显得尤为重要。据统计，由于汽封漏汽造成的能量损失占汽轮机总能量损失的很大一部分。汽轮机的静子与转子之间存在着各种汽封，包括平衡活塞汽封、叶顶汽封、轴端汽封、隔板汽封等等。这些汽封的主要功能包括阻止外界空气进入汽轮机与汽轮机的蒸汽混合；减少蒸汽的泄漏量；减少化学补水量以及高位能的工作介质低位能流动。而这些各种各样的汽封由于漏气所造成的能量损失，可以造成汽轮机工作效率下降3%～4%，这一数字占到汽轮机内部损失的三分之一。而如果经过科学的改造，汽封漏汽造成的能量损失将会大大降低，可以想象，如果这一问题得到解决，将会对电站工程产生重大影响。

2.汽轮机汽封漏气分析

汽轮机汽封的主要作用是隔绝汽轮机内部与外部空气，以及对汽轮机内部的介质隔离。经过研究和经验总结，汽轮机漏汽主要与以下因素有关。

2.1 汽轮机汽封技术

有数据表明，传统的电站发电机组工作效率已经低于额定值的5%～10%，而造成这一现象的主要原因就是汽轮机汽封漏汽导致的能量损失。国内使用最多的汽封包括高低齿汽封、梳齿形汽封以及普通迷宫汽封等。

以传统的梳齿形汽封为例，它是像梳齿一样层层相扣，利用多次排列的汽封齿与轴之间很小的缝隙形成一个个小汽室，蒸汽到了这些汽室中压力逐渐降低，从而减少了蒸汽泄漏。这种汽封在我国应用很广泛，但是存在着一些缺陷。首先，汽封材料选择不合理，这导致当与转子产生摩擦时，会对转子造成损伤甚至产生形变。为了保护转子，通常会选择调大间隙，这样虽然有效避免了摩擦，却降低了汽封的工作效率，增加了蒸汽泄漏量，这与现代汽封对节能的要求是不相符的。其次，配合间隙不合理，由于汽封要求间隙越小越能保证汽封密封性，但是汽封的配合很难做到小间隙而无相互摩擦，这就导致汽封齿相互损伤降低汽封的使用寿命。另外，这种汽封的齿形和汽封的效果并不好，漏气量会增加，这样增加了转子的轴向推力，对汽轮机磨损十分严重。同样的，高低齿汽封和迷宫汽封也都有各自明显的缺陷，这对汽轮机的工作效率造成很大的不利影响。

由此可见，老式汽封的确是存在许多问题的，而随着科技的进步，越来越多的优质汽封出现了，包括可调节式汽封、刷式汽封、蜂窝汽封等等，这些汽封的效果都明显优于传统汽封，相较于这些应用先进汽封的汽轮机，传统汽轮机的工作效率已经明显失去了竞争力。

2.2 汽轮机汽封间隙影响

试验表明，汽封间隙对于刷式汽封工作效率的影响十分明显，而经验告诉我们，对于任何汽封来说，减小汽封的间隙，都是减少漏汽量的重要措施。

3.汽轮机汽封漏汽的处理方案

目前，我国多数汽轮机仍然使用的是旧式汽封，但随着科技的发展，这种汽封的缺陷越来越明显地暴露出来，解决汽轮机汽封漏汽大问题的根本方案就是对汽封进行改造，把更先进的汽封应用到汽轮机中。以下列举几种备受好评的新型汽封。

3.1刷式汽封

刷式密封是近年发展起来的一种高效阻尼密封，其泄漏量是梳齿迷宫密封的1/5-1/10，并允许动静之间瞬态严重不同心而保持密封能力不变，既提高了机组效率又改善了转子的稳定性，是现代先进透平机械发展的关键技术之一，已经应用于航空发动机、工业燃气轮机和汽轮机等叶轮机械。主要作用防止蒸汽外漏或者空气进入低压缸，能有效提高机组出力，具有起机安全，密封效果良好的性能，是新一代密封节能降耗产品，能有效的降低煤耗，达到节能减排的目的。刷式密封是替换迷宫密封最简单、最有效、最实用的高科技产品。

刷式密封的刷丝主要采用钴基高温合金，具有低脆性、高韧性、保证运行过程中不折断，而高性能的焊接工艺保证刷丝的不脱落，优化的刷毛束厚度及高度保证高性能的封严性，刷丝材料和涂层材料的合理组合保证密封稳定、安全的运行。是取代传统的迷宫密封的理想选择，它是一种接触式的具有适应性的密封， 可全部或部分消除迷宫密封的寄生泄漏，同时允许转子在有一定的偏差的状态下工作，是可以做到零间隙的柔性密封。

刷式密封介质泄漏主要发生在密集排列的细金属丝之间形成的微小缝隙中，由于刷子中刷丝间空隙的不均匀性作用，均匀的来流进入刷丝束中就变得不均匀了，并且从紧密的刷丝束区域向疏松的刷丝束区域偏流，这些偏流在刷丝排之间逐渐形成同向流和射流，并产生随机的二次流和旋涡流。而当一射流遇到前面紧密的刷丝束，就会改变运动方向而变成和主流方向垂直的横向流。由于刷丝束破坏流动而确保流动的不均匀性，使流体产生了自密封效应，横向流动代替向前流动显然对流体自密封起了重要贡献，它能使横流过刷子的总压降增大从而减少汽封的泄露量。随着压比的增大，刷子中刷丝的密度增加，刷丝之间的空隙减少而使有效的泄漏面积减少，同时使泄漏流动的阻力增大，从而使泄漏随压比增加的梯度降低。

3.2 布莱登式可调汽封

布莱登式汽封的工作机理是在汽封的端部加上了四个螺旋弹簧，这样的装置使得在汽封有小量蒸汽通过时汽封是打开的，但是一旦蒸汽流量增加，达到一定流量后，汽封就会关闭。

布莱登式汽封的优点在于其安全性较高，由于是螺旋弹簧控制，能够保证汽封能够主动远离转子，对转子进行保护，从而保证汽轮机正常运行。另外，它具有较强的持久性，打开和关闭的过程中不会出现磨损现象。但是这种汽封的使用是建立在背部有足够大的压差基础上的，通常只能用于有高压的轴端等处，而在低压的地方并不适用。

3.3 金属蜂窝汽封

金属蜂窝汽封顾名思义，是一种形态接近蜂窝的汽封。这种汽封主要由蜂窝带、汽封体经过特殊加工而成。经过试验发现，蜂窝汽封产生的主阻尼和刚度较大，具有非常好的稳定性。其作用机理是蜂窝状的结构能够形成很大的涡流和屏障，形成很大的阻尼从而阻止了蒸汽泄漏。

同梳齿形的汽封相比，金属蜂窝汽封不再会因为过量的间隙而导致汽封大量漏汽。其形态保证了能够有效地抑制蒸汽的周向流动，同时能够很好地跟蒸汽机配合，在高压差、小间隙的情况下依然能够有效工作而不会对汽轮机及其转子造成影响。它耐磨损、寿命长、密封性好切不会伤害汽轮机。

但是原则上是不能整个汽轮机都使用金属蜂窝汽封的。由于其密封性极强，这并不利于转子预热，因而在启动时会造成启动时间长，轴振大，增加危险系数。

4.结束语

在越来越重视汽轮机工作效率的今天，忽视效率无异于自杀。汽轮机汽封是保证汽轮机工作效率的重要环节，在电站工程中应该受到足够的重视。在汽封改造中，新式汽封显然更具优势，但并不是毫无缺点，因此，使用汽封时扬长避短，有针对性地合理使用汽封，才能够保证汽封改造更加成功。

来源：石油化工设备维护与检修网

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