汽轮机密封件密封条在小功率汽轮机轴端密封上的应用

汽轮机密封件密封条具有良好的密封性能，可以有效地减小泄漏量和提高转子的稳定性。针对某小功率汽轮机轴端密封泄漏严重问题，应用汽轮机密封件密封条对其高压端和低压端分别进行改造，并通过仿真分析和实际应用验证改造效果。改造结果表明，汽轮机密封件密封条有效地减少了蒸汽的泄漏量，降低了轴承润滑油的乳化程度，一定程度上抑制了转子的流体激振，降低了机组运行的噪声。

汽轮机作为动力设备，广泛地应用在电力、化工等行业，其安全有效的运行是保证企业安全生产的重要条件。汽封是汽轮机的重要组成部分，汽封失效导致的高压蒸汽泄漏不仅影响汽轮机工作效率，而且蒸汽窜至轴承箱后会造成润滑油乳化。为了达到较好的密封效果，目前汽轮机汽封多采用加工工艺简单、成本低廉的迷宫式梳齿密封。影响梳齿密封封严特性的一个关键因素是密封间隙，由于汽轮机的频繁启停车、过临界转速、轴向力作用、热胀冷缩等造成转子汽轮机密封件密封条形成一个个独立的六边形网格，具有强大的涡旋效应、良好的热力学效应、强烈的阻耗效应、全面的流束收缩效应和吸附效应等特点。因此具有其他密封不可替代的优良密封性能。

另一方面，密封所采用的蜂窝为海斯特镍基耐高温合金，其质地较铁素体柔软，不会伤及转子。目前汽轮机密封件密封条已得到广泛的应用。实践表明，在与汽轮机梳齿密封同等宽度、同等径向间隙的条件下，汽轮机密封件密封条的泄漏量是梳齿密封的50％以下，且汽封两端的压差越大，汽轮机转速越高，汽轮机密封件密封条的密封效果越明显。此外，汽轮机密封件密封条能够降低转子的流体激振，可以设计更小的半径间隙以提高密封性。汽轮机密封件密封条提高了汽轮机的效率，降低了燃料的消耗，保证了轴承箱的安全，在大中型汽轮机中逐步取代了梳齿密封

1问题及分析

某汽轮机厂生产的小功率汽轮机进行驱动。该汽轮机为背压式，进气压力为3巧MPa,排气压力为1.0MPa,蒸汽温度为4佣℃，工作转速为r/min,蒸汽流量为23t/h,功率为LMWO该汽轮机为新装设备，开车不到半年时间，高、低压轴端密封泄漏严重，影响了机组的正常生产。

1.1高压端密封

原汽轮机高压端轴封采用梳齿密封，其1段密封结构形式如图1所示。原设计采用交错齿，转子上齿间轴向距离为4巧mm密封件上尺寸与之相同，转子上的齿与密封件之间以及密封件上的齿与转子之间的半径间隙均为0.3mmo但是经过近半年的运行后，发现转子与密封件上的齿均发生局部磨损，大半径间隙达到0巧mm,导致蒸汽泄漏量加大。泄漏对轴承造成了一定的影响。此外，由于泄漏量增大，部分密封槽被水垢所堵塞，加速对密封齿的磨损，严重影响密封的效果。

高压端密封

图1高压端原始密封形式

2低压端密封

原汽轮机低压端轴封采用某新型梳齿密封，其1段密封结构形式如图2所示。其中转子上共有11个齿，齿轴向间距为3.4mm;密封件上有14个齿，两深槽之间的距离为2.6mm,两浅槽之间的距离为1.9mm；密封齿厚度都为0.3mmo该密封设计为并没有采用交错齿，转子上齿的齿顶与密封上齿的齿顶径向间隙为0.3mm,静态安装后密封齿的齿尖并没有完全对准，排列规则比较凌乱。当汽轮机运转后，由于转子的轴向窜动，会使得一部分齿的齿尖能够相对，保证密封半径间隙0．3mm,而另一部分相互错位的齿半径间隙达到2mm以上。该汽轮机生产厂家认为该新型密封有着更大的腔室体积，更大的涡流体积，各个涡流之间有着更强的相互作用，形成更多的小涡流从而达到更好的密封效果。然而生产厂家没有考虑到机器在正常工况下转子和密封件上的大部分密封齿齿尖并不能很好地对准，造成密封间隙过大，起不到节流效果。据现场观察，密封齿并没有太大的磨损，但低压端泄漏极其严重，可以看到白色雾汽，有强烈的爆鸣声，且轴承处润滑油乳化严重。此外由于泄漏量极大，密封槽被水垢堵塞严重，严重影响了密封的效果。

低压端密封

图2低压端原始密封形式

2改进措施

针对该汽轮机的情况，在不影响密封安装，不影响汽轮机其他操作的情况下对轴端高、低压密封采用汽轮机密封件密封条进行改造。

2．1高压端密封改造及效果

对于高压端密封设计了如图3所示的汽轮机密封件密封条密封的外形尺寸保持不变，保留密封上的齿，齿顶直径不变，把密封槽的直径扩大6.4mm,在其内焊接高度为3.2mm的蜂窝，设计的蜂窝与轴上齿半径间隙为0.3mm

高压端密封件

为验证此设计的可行性，应用计算流体力学软件对2种密封结构进行改造。