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            ??? 汽封是汽輪機轉動部件與靜止部件相間,避免級間蒸汽泄漏,關乎機組運行經濟和安全的重要部件,對于以水蒸汽為介子,高溫、高壓高速旋轉的汽輪機汽封密封具有其固有原理特性。

            1、密封形式
              汽輪機啟、停機過程中,由于內外溫差,導致汽缸變形引起動靜間隙變化以及轉子過臨界振幅增加等,事實上,汽輪機啟動運行動靜部件之間有間隙要求即汽輪機汽封密封是間隙密封。縱觀汽輪機發明100多年來,國內外汽輪機設備制造商仍沿用汽封間隙密封基礎理論,采用梳齒迷宮結構的汽封密封形式。

            2、密封原理

            圖1 曲徑軸封及其熱電過程

              汽封密封原理是節流--膨脹。
              汽輪機汽封的密封是蒸汽介子通過每道汽封齒與轉子表面間的間隙的節流并在汽封兩個相鄰齒所形成的空間內的膨脹,連續不斷地進行熱能一動能一熱能的轉換過程,蒸汽通過多個汽封齒目的是使汽封最末級兩個相鄰齒間形成的腔室內的蒸汽由熱能轉換成動能的能力達到最小,以期達到阻塞或減少蒸汽介子泄漏的目的,實現汽封密封性能。

              如圖1汽封進汽口壓力P1到出汽口壓力P2的降低,是被分配到各汽封齒腔室空間逐漸降低的,蒸汽流經每一汽封齒壓力的降低,導致蒸汽比容V的增大,按蒸汽連續方程G=SC/V =const(其中S表示汽封漏汽面積,C表示蒸汽速度,V表示齒前的比容)得知,蒸汽速度C增大,由于流經汽封各齒尖的蒸汽泄漏量是相同的,所以,隨著壓力的降低蒸汽流經各齒尖的速度C逐漸增大,由于汽封出汽側最末一道齒的比容V是一定的,因此,末齒的蒸汽流速大小反應了汽封密封性能優劣,而蒸汽速度C是節流熱能轉換動能的結果,即蒸汽焓降,如圖1芬諾線,反應出汽封密封原理過程。

            3、高效密封特性
              實現汽輪機汽封高性能密封效果,取決于兩個方面,一是節流間隙,二是膨脹空間。

            3.1 節流間隙

            ??? 節流是熱能轉換動能的過程,間隙越小節流越大,蒸汽經過每個齒后的壓力越小,壓差越大,每個齒消耗的壓差大能夠盡量減小最后一個齒的壓差,從而最大限度的減低最后一個齒的出口速度,達到降低漏汽量的效果;

            汽封漏汽計算的公式:


            對于一定結構形式的汽輪機,進口壓力Pi出口壓力P2初始比容Vi汽封齒數Z均為定值,汽封漏汽量G僅與漏汽面積S成正比,即與汽封間隙成正比,因此,汽封間隙越小,密封效果越顯著,間隙是密封效果的絕對要素。

            3.2 膨脹空間
              蒸汽通過節流產生的動能,在相鄰兩個汽封齒形成的腔室內進行充分膨脹,將所獲得的動能再轉化成為熱能,空間越大,能量轉化越充分。如果蒸汽在腔室不能完全膨脹,蒸汽在前一個齒尖獲得的動能不能完全轉換成熱能,從而使蒸汽在進人下一個齒前依然帶有一定余速度,這樣在經過下一個汽封齒時蒸汽具備的動能就是該余速與該齒節流帶來的速度的和,最后,會加大最后一個齒出口的速度,從而增大了汽封的漏汽量,從而影響汽封密封效果。

            ??? 因此,良好的汽封密封效果取決于較小的汽封間隙和較大的膨脹空間。

            ??? 如下圖2兩款汽封的芬諾線表明的是兩款汽封的汽封齒數及漏汽面積相同, 而第一款汽封腔室的設計能夠完全讓蒸汽的動能全部轉換成熱能,如而第二款卻只能讓蒸汽的動能部分轉換成熱能。蒸汽通過前一款汽封的汽封齒焓降產生的動能,在兩個汽封齒間腔室內經過充分膨脹,又轉化為熱能,使焓值保持不變,而后一款由于動能不能完全的轉換成熱能,使得蒸汽在進入下一個汽封齒前還具有一個速度,并且焓值也會比Ho小,而且每經過一個齒后的焓都會逐漸的減小,最后的速度也會因為動能不能完全轉換成熱能而導致其值大于第一款汽封,其漏汽量也比較大。

            ??? 圖2所示,abcd為第一款汽封芬諾線,defg為第二款汽封芬諾線。

            圖2 不同款汽封的芬諾線

            ?? ?
            ??? 因此,汽輪機汽封密封需要汽封具有足夠的膨脹空間,使蒸汽所獲得的動能能夠充分轉化為熱能,任何形式導致膨脹空間的變化縮小,都會影響汽封密封效果。

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