侧齿汽封的研究与应用

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1、侧齿汽封的研究与应用【摘要】介绍了常规齿式汽封的漏气特性，侧齿汽封的结构、特点及在机组改造中的应用情况。采用数值计算方法对典型侧齿汽封进行了数值计算。计算得出侧齿汽封漏汽量明显低于高低齿汽封，采取综合措施的优化侧齿方案，漏汽量为原高低齿的71.61%,效果显著。1前言现代火力发电厂汽轮机汽封一般采用齿式迷宫式汽虬迷宫式汽封的密封原理是齿与转了间形成的一系列节流间隙与膨胀空腔，使通过的蒸汽产生节流与热力学效应而达到密封效果⑴。汽封按具装置位宜的不同叮分为轴端（或平衡活塞）汽封，隔板汽封和叶顶汽封3大类。

2、2齿式汽封的漏气特性汽轮机汽封的漏汽量一般按式（1）进行计算，oo20（）121RTPzpFzGFZ兀Q"兀〃一二-二（1）式中：G—汽封漏汽量，kg/s；p“一流量系数，考虑到流休粘性、面积的缩小、汽封结构、齿数、压比等因索的影响;F一齿隙而积，rm；z7C—压比，o/zz7C—pp:Z—高低齿的总齿数；zp—汽封后汽流的静压，Pa；op—汽封前汽流的总压，Pa；（）T—汽封前汽流的总温，K；oP—汽封前汽流的密度，kg/m3；R一汽体常数，m2/（S2・K）o参考文献［2］对常规的高低齿汽封和平齿

3、汽封在汽封试验台上进行了漏汽特性的试验，研究了高低齿汽封、平齿汽封变齿隙、变压比、变转速的漏汽特性。图1为高低齿汽封（Z=8）流量系数随压比和转速变化的试验曲线。从分图（a）流量系数与压比813的曲线可看出，在压比约z7T>0.45时流量系数与压比近似呈线性变化，并随压比的增大流量系数略有下降；压比z7TV0.45时流量系数随压比的减小明显上升。从分图（b）流虽系数与转速的曲线可知，随转速增加，流量系数与转速近似呈线性关系并随转速的增加流量系数略有减小。平齿汽封（Z=5）流量系数随压比（试验压比>0.

4、5）、转速变化结果少图1类似，具体结果见参考文献［2］。图2为不同齿数的高低齿汽封流量系数随和対齿隙（间隙与齿宽之比）变化的试验曲线，从图中曲线可以看出，随着齿数增加，流量系数是增加的。图3为5齿高低齿和5齿平齿流量系数随相对齿隙变化的试验曲线，对高低齿为一下凹曲线，当5/△大于某一值时，流虽系数儿乎没有变化。对于平齿随相对齿隙的增大，流量系数近似呈线性增大。（平齿漏汽量计算中，按（1）式将平齿齿数Z】折算成高低齿的齿数Z,211+二ZZ）o综上所述，高低齿式汽封的漏汽量计算式（1）屮已考虑了压比Z7

5、1、齿数Z的因素。但试验证明，z兀、Z的变化，卩〃并非为一常量，而是一个变量。而且转速（转子线速度）的变化也影响流量系数的大小。图1高低齿汽封（7=8）流量系数随压比、转速变化的试验曲线图2不同齿数高低齿汽封流量系数随相对间隙图35齿高低齿和5齿平齿汽封流量系数随相变化的试验曲线（z7T=0.67,n=3000rpm）对间隙变化的试验曲线（z7T=0.67,n=3000rpm）3侧齿汽封的结构及其特点对于常规的迷宫汽封，影响漏汽量的因素很多，间隙是决定漏汽量的主要因素，但是设置过小的间隙，有可能使动、

6、静部件相碰，造成汽封齿的磨损、转子振动⑶、人轴弯Illi等问题，因而减小间隙受到一定的限制。研究改变传统迷宫汽封腔室结构、增加涡流耗散成了迷宫汽封中减少漏汽量、提高汽封使用安全可靠性的一种有效方式。侧齿汽封就是一种改变迷宫汽封腔室结构、增加涡流复杂度的有效汽封形式。图4为侧齿汽封结构示意图，侧齿汽封可以不改变原迷宫汽封齿、腔室的结构几何尺寸少间隙值，只是在汽封齿侧面或腔室顶部加工出侧齿或顶齿，来达到增加热力学效应、摩阻效应，减少漏气的目的。图4侧齿汽封结构示意图采用侧齿汽封的主要优越性在于：（1）较安

7、全。可釆用与齿式汽封同种材质、相同外型尺寸、不同内部结构的设计思路，继承原齿式汽封的安全性，在机组中适应性较强。（2）不改变传统汽封的基木结构，可方便改造大部分的传统迷宫汽封，而获得显著的减少漏汽量的收效。（3）侧齿汽封结构避免环向汽隙振动，减少汽流激振力，保护机组的安全。（4）可沿川传统齿式汽封方式安装调试，检修安装人员无需经过技术培训。4侧齿汽封的计算分析由于侧齿汽封内部流动的复杂性，数值计算成为了研究侧齿汽封内部流动、涡系结构的一种效方式。近年來国内高等院校和科研院所都対侧齿汽封进行了数值计算分

8、析，得到了一•些结论。由于各计算屮讨论的齿式汽封、侧齿汽封的结构不同，结果有所不同。文献［4］对某平齿及高低齿结构的侧齿汽封相应进行了两维及三维的数值计算研究。研究认为，对平齿汽封，采用左侧、右侧或左右两侧的侧齿设计，相对漏汽量均减少约5%。对高低齿汽封，采用2mm高及3nmi高的侧齿，在低齿的左侧、右•侧或左右两侧布置，计算结果表明侧齿汽封的漏汽虽均高于原高低齿汽封（增大3〜10%）。参考文献［5］对300MW汽轮机的轴封改用侧齿汽封进行了数值计算研究