一种用于汽轮机组的刷式汽封结构和汽轮机组的制作方法

1.本发明涉及汽轮机组汽封的技术领域，具体地，涉及一种用于汽轮机组的刷式汽封结构和汽轮机组。


背景技术：

2.在相关技术中，汽轮机组中的低压缸轴端汽封原设计为平齿式的迷宫式汽封，密封介质容易沿轴发生泄漏。由此一方面造成机组在运行期间，低压缸轴封系统进汽、排压力高，背压升高，电厂运行不经济。另一方面，长期维持此非标准状态运行，可能造成机组安全隐患。目前机组热耗较高，热效率偏低，导致发电煤耗较高，高出同类机组煤耗较多，影响电厂运行的经济性。
3.根据分析影响设备热耗率较高的原因主要通流部分漏汽较大，传统的梳齿密封结构导致机组泄漏和经济性能下降。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一，在不影响汽轮机组产品质量的前提下，能够提高汽轮机组的汽封效果。
5.为此，本发明的一个方面的实施例提出一种用于汽轮机组的刷式汽封结构。
6.本发明的另一方面的实施例还提出了一种汽轮机组。
7.根据本发明的第一方面的实施例的刷式汽封结构包括：刷丝环，所述刷丝环套设在汽轮机组中转子的外周，所述刷丝环的内径与转子的外周之间具有第一间隙；前挡板，所述前挡板设置在所述刷丝环的一个侧面上，所述前挡板朝向转子的进汽方向；后挡板，所述前挡板设置在所述刷丝环的另一个侧面上。
8.根据本发明实施例的刷式汽封结构，通过在汽轮机组中转子的外周套设刷丝环，利用刷式汽封刷毛的紊流效应降低介质的流速，同时利用刷毛的有效避让性最大限度减小汽封间隙，并能减少和避免机组的振动，提高机组安全运行。
9.在一些实施例中，所述前挡板和所述后挡板均为环形，所述前挡板、所述刷丝环和所述后挡板的外径相连；所述刷丝环的径向尺寸大于所述后挡板的径向尺寸大于所述前挡板的径向尺寸。
10.在一些实施例中，所述前挡板、所述刷丝环和所述后挡板的外径采用电子束焊接方式焊接在一起。
11.在一些实施例中，所述刷丝环包括环形板和多个金属丝，所述环形板套设在汽轮机组中转子的外周，多个所述金属丝的一端设置在所述环形板上，多个所述金属丝的另一端朝向在所述转子。
12.在一些实施例中，所述金属丝的直径在0.06mm-0.12mm之间，所述金属丝的长度在2.5mm-12.0mm之间，所述金属丝的抗拉强度为850mpa。
13.在一些实施例中，在所述环形板的周向上，所述金属丝的密度在90根/mm到180根/
mm之间。
14.在一些实施例中，所述金属丝的径向与转子的径向之间具有角度。
15.在一些实施例中，所述刷式汽封结构还包括汽体减压仓，所述汽体减压仓设置在所述前挡板上，汽轮机组中的汽体经过所述前挡板后折射到所述汽体减压仓内。
16.在一些实施例中，所述刷式汽封结构还包括汽体滞后腔室，所述汽体滞后腔室设置在所述后挡板上，汽轮机组中的汽体经过所述刷丝环后进入到所述汽体滞后腔室内。
17.根据本发明的第二方面的实施例的汽轮机组包括上述任一实施例所述的刷式汽封结构。
18.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将更清楚。
附图说明
19.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
20.图1是根据本发明实施例的刷式汽封结构的径向剖视图。
21.附图标记：
22.刷式汽封结构100，转子200，刷丝环10，第一间隙11，环形板12，金属丝13，前挡板20，后挡板30。
具体实施方式
23.下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.如图1所示，根据本发明的第一方面的实施例的刷式汽封结构100包括刷丝环10、前挡板20和后挡板30。
25.刷丝环10套设在汽轮机组中转子200的外周，刷丝环10的内径与转子200的外周之间具有第一间隙11。前挡板20设置在刷丝环10的一个侧面上，前挡板20朝向转子200的进汽方向，前挡板20设置在刷丝环10的另一个侧面上。
26.根据本发明实施例的刷式汽封结构100，通过在汽轮机组中转子200的外周套设刷丝环10，利用刷式汽封刷毛的紊流效应降低介质的流速，同时利用刷毛的有效避让性最大限度减小汽封间隙，并能减少和避免机组的振动，提高机组安全运行。
27.可以理解的是，刷式汽封技术脱胎于军转民技术，已在航空发动机、汽轮机、工业透平机、燃汽轮机、大型空压机、大型风机等相关领域广泛使用。刷式汽封技术对材料选择、结构设计和制造技术等方面要求严格，刷式汽封通过一些列的列静态和动态性能试验、密封对偶材料的摩擦磨损试验，解决了应用过程中出现的刷丝磨损、缺丝等问题，大大提高了
刷封的使用寿命和可靠性。
28.在一些实施例中，如图1所示，前挡板20和后挡板30均为环形。前挡板20、刷丝环10和后挡板30的外径相连，刷丝环10的径向尺寸大于后挡板30的径向尺寸大于前挡板20的径向尺寸。
29.在一些实施例中，如图1所示，前挡板20、刷丝环10和后挡板30的外径采用电子束焊接方式焊接在一起。
30.在一些实施例中，如图1所示，刷丝环10包括环形板12和多个金属丝13，环形板12套设在汽轮机组中转子200的外周，多个金属丝13的一端设置在环形板12上，多个金属丝13的另一端朝向在转子200。
31.在一些实施例中，如图1所示，金属丝13的直径在0.06mm-0.12mm之间，金属丝13的长度在2.5mm-12.0mm之间，金属丝13的抗拉强度为850mpa。
32.在一些实施例中，如图1所示，在环形板12的周向上，金属丝13的密度在90根/mm到180根/mm之间。
33.在一些实施例中，如图1所示，金属丝13的径向与转子200的径向之间具有角度。
34.可以理解的是，刷丝环10排列时与转子200的半径方向成一定的角度，每根金属丝13就是一端为支点的梁，金属丝13具有弹性可顺着转子200的旋转方向顺着金属丝13角度瞬间偏移。
35.通过径向压力梯度引起的径向流动改变倾角来补偿间隙，金属丝13的这种动态过程被称为压力闭合效应，该效应能使刷封具有较好的密封特性。
36.在一些实施例中，如图1所示，刷式汽封结构100还包括汽体减压仓(未示出)，汽体减压仓设置在前挡板20上，汽轮机组中的汽体经过前挡板20后折射到汽体减压仓内。
37.可以理解的是，前挡板20的高度改变并增加汽体减压仓，汽体经过前挡板20的前齿后产生折射，进入汽体减压仓形成汽体多方向流动，从而达到对汽体的降压效果。
38.在一些实施例中，如图1所示，刷式汽封结构100还包括汽体滞后腔室(未示出)，汽体滞后腔室设置在后挡板30上，汽轮机组中的汽体经过刷丝环10后进入到汽体滞后腔室内。
39.可以理解的是，增加汽体滞后腔室使刷丝环10的丛林效应加大，汽体在滞后腔室与刷丝环10的紊流效果更明显，减少了刷丝环10与后挡板30的摩擦力，增加金属丝13的弹性，使刷丝密封更能适应转子200的偏移或热变形，具有更好的密封特性和使用寿命。
40.如图1所示，根据本发明的第二方面的实施例的汽轮机组包括上述任一实施例的刷式汽封结构100。
41.需要说明的是，刷式汽封结构100的刷丝环10是由紧密排列的特种细金属丝13组成的，每根金属丝13就是一端为支点的梁，有极好的弹性。
42.当金属丝13与转子200相碰磨时，金属丝13可以弹性退让，不易被磨损，保证了机组在小间隙甚至零间隙下的安全运行。即便机组过临界转速或变工况运行时，金属丝13会跟随轴退让却不易磨损，待机组稳定运行之后，在汽流的通流扰动作用下，又可恢复初始间隙，从而有效保证良好的密封性能。
43.而传统刚性汽封齿只要和转子碰擦就会很快磨掉，形成永久性的泄漏通道，增大了泄漏量。
44.在本技术，发明人通过实验证明，刷式汽封结构100的漏汽量是梳齿式汽封的10％～20％。
45.综上所述，本技术的刷式汽封结构100具有以下有益效果：
46.(1)刷封所用之处都能显著降低蒸汽的泄漏。
47.(2)使用刷封后，汽轮机机油带水现象大为减轻。
48.(3)刷封对振动的影响：试验初期刷式密封没有间隙，该阶段内振动虽然稍高，但没有出现振动发散现象。运转8小时后，振动逐渐减小，并稳定下来。
49.(4)泄漏量的比较：两种型式密封的泄漏量都是随进汽压力的升高而增大，趋势相同，但刷式密封泄漏量随进汽压力升高而增长的幅度小于梳齿密封。刷式密封的泄漏量小于梳齿密封。进汽压力较低时，刷式密封泄漏量约是梳齿密封的80％～85％。进汽压力达到0.5mpa时，刷式密封泄漏量约是梳齿密封的50％。进汽压力越高，刷式密封减少泄漏量的特点越明显。
50.需要说明的是，根据低压缸实际结构特点，将低压隔板汽封改为刷式汽封。低压部分转子直径大，蒸汽的温度和压力都比较低，蒸汽焓降小。
51.总的来说就低压缸而言有以下的特点：
52.(1)做功份额大。在额定工况条件下，功率占整机功率的43％以上。
53.(2)每级做功的能力大。如末级和次末级叶片每级的功率约为10mw左右。
54.(3)压差小，温度低，改造风险小。
55.(4)径向间隙大。因低压缸采用钢结构焊接，变形大，一般不调小间隙。
56.(5)低压动叶长在离心力的作用下动叶会变长，无法准确估计运行时的间隙。
57.综上所述，减小间隙对于提高低压缸效率作用明显，利用刷封的特性可以将间隙调小至设计值的1/2-1/3左右。因刷丝优异的弹性和回弹性，在机组启动时，刷丝的弹性能躲避机组的振动，即使碰磨上，接触产生的力量也会很小，不会对机组的运行构成安全隐患。而机组稳定运行后，刷丝的回弹性能快速的跟上转子，恢复到原来的间隙，使得机组的效率得到保证。
58.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
59.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
60.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
61.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
62.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
63.尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，包括：刷丝环，所述刷丝环套设在汽轮机组中转子的外周，所述刷丝环的内径与转子的外周之间具有第一间隙；前挡板，所述前挡板设置在所述刷丝环的一个侧面上，所述前挡板朝向转子的进汽方向；后挡板，所述前挡板设置在所述刷丝环的另一个侧面上。2.根据权利要求1所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，所述前挡板和所述后挡板均为环形，所述前挡板、所述刷丝环和所述后挡板的外径相连；所述刷丝环的径向尺寸大于所述后挡板的径向尺寸大于所述前挡板的径向尺寸。3.根据权利要求2所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，所述前挡板、所述刷丝环和所述后挡板的外径采用电子束焊接方式焊接在一起。4.根据权利要求1所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，所述刷丝环包括环形板和多个金属丝，所述环形板套设在汽轮机组中转子的外周，多个所述金属丝的一端设置在所述环形板上，多个所述金属丝的另一端朝向在所述转子。5.根据权利要求4所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，所述金属丝的直径在0.06mm-0.12mm之间，所述金属丝的长度在2.5mm-12.0mm之间，所述金属丝的抗拉强度为850mpa。6.根据权利要求4所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，在所述环形板的周向上，所述金属丝的密度在90根/mm到180根/mm之间。7.根据权利要求4所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，所述金属丝的径向与转子的径向之间具有角度。8.根据权利要求1所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，还包括汽体减压仓，所述汽体减压仓设置在所述前挡板上，汽轮机组中的汽体经过所述前挡板后折射到所述汽体减压仓内。9.根据权利要求1所述的用于汽轮机组的刷式汽封结构，其特征在于，还包括汽体滞后腔室，所述汽体滞后腔室设置在所述后挡板上，汽轮机组中的汽体经过所述刷丝环后进入到所述汽体滞后腔室内。10.一种汽轮机组，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的刷式汽封结构。

技术总结
本发明公开了一种用于汽轮机组的刷式汽封结构和汽轮机组，所述刷式汽封结构包括刷丝环、前挡板和后挡板，刷丝环套设在汽轮机组中转子的外周，刷丝环的内径与转子的外周之间具有第一间隙，前挡板设置在刷丝环的一个侧面上，前挡板朝向转子的进汽方向，前挡板设置在刷丝环的另一个侧面上。本发明的刷式汽封结构通过在汽轮机组中转子的外周套设刷丝环，利用刷式汽封刷毛的紊流效应降低介质的流速，同时利用刷毛的有效避让性最大限度减小汽封间隙，并能减少和避免机组的振动，提高机组安全运行。行。行。


技术研发人员：王明宇 解志宏 杨京 刘孝
受保护的技术使用者：内蒙古和林发电有限责任公司
技术研发日：2023.07.07
技术公布日：2023/10/15