蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用

江丽红　　毛吉献

（1.中信重工发电设备有限责任公司，洛阳 471003；2.泰戈特（北京）工程技术有限公司，北京 100022）

蜂窝汽封在中小型汽轮机组的应用

江丽红1毛吉献2

（1.中信重工发电设备有限责任公司，洛阳 471003；2.泰戈特（北京）工程技术有限公司，北京 100022）

本文介绍了蜂窝汽封的结构及工作原理，分析了该汽封与传统梳齿密封相比的优势，重点阐述了该汽封技术在中小型汽轮机组的应用，根据应用的实际效果，可以得出该汽封技术在降低汽轮机蒸汽泄漏量、提高汽轮机效率上效果显著。

汽轮机梳齿密封蜂窝汽封

引言

蜂窝汽封技术最早由美国航天领域专家于20世纪90年代初期提出，用于解决航天飞机液体涡轮泵的密封问题，并取得良好效果。于是蜂窝汽封技术在航空航天发动机、燃气轮机、汽轮机上逐渐推广应用。目前，该技术在300MW以上汽轮机组上的应用已很成熟，但是由于蜂窝汽封的加工相对复杂，成本相对较高，其在中小型机组上的应用还不是很广泛。

近年来，随着之前老旧机型的更新换代，新上中小型汽轮机组，采用蜂窝汽封技术的案例正在逐渐增多，以蜂窝汽封替代梳齿密封是大势所趋。

1蜂窝汽封的结构及原理

蜂窝汽封内表面由许多正六边形的“小蜂窝”组成（图1），汽流从高压侧流向低压侧时，一方面被密封带的“小蜂窝”阻隔，形成一个个小涡流，在轴向阻止汽流流动，起到密封效果；另一方面，高速旋转的汽轮机轴带动汽流做切向运动，在蜂窝密封带与轴之间形成一层具有很强张力的弹性汽膜，阻止其他气体继续通过。总的来说，蜂窝汽封对汽流产生的轴向及径向阻尼效应，可以为减少蒸汽泄露，起到很好的密封效果。

图1蜂窝汽封结构示意图

影响蜂窝汽封密封效果的参数主要有蜂窝汽封与轴的间隙、蜂窝带的宽度、蜂窝边长、蜂窝深度等。

2蜂窝汽封的优势

与传统的梳齿密封技术相比，蜂窝汽封技术具有以下优势：

（1）密封效果好。梳齿密封的密封原理是通过多次节流膨胀产生阻尼效果，减少蒸汽轴向泄漏，但是齿间是环形腔室，环向流动大大减少了涡流降速效果，因而泄漏量大；而蜂窝汽封是有许多正六边形的“小蜂窝”组成的密封带，可以在轴向及径向有效阻止蒸汽流动，减少泄漏量。计算机模拟及试验结果表明，在密封间隙为 0.1mm时，蜂窝汽封的泄漏率比梳齿密封降低了40%左右［1-2］。

（2）对轴的损伤小。蜂窝汽封带采用镍基合金制成，材质较软，因此可以保持很小的密封间隙，而不用担心损伤密封轴。

（3）减小轴振现象。采用梳齿密封时，汽流在密封带内类似湍流通过，给高速运动的轴造成冲击，出现不规则的轴振现象，该现象一方面导致密封效果不好，另一方面降低了轴和机组的使用寿命，且存在安全隐患。

采用蜂窝密封时，密封带形成的弹性汽膜均匀且具有径向张力，保证了轴的平稳运行，有效减小轴振现象。

（4）寿命周期长。由于梳齿密封的结构特点，运行中一旦密封轴出现轴向或径向错动，极易损坏密封齿，从而导致梳齿密封整体失效。而蜂窝汽封即使出现该情况，也只会磨损或部分磨溃蜂窝体，整个密封带仍然能起到密封效果。通常，蜂窝汽封的寿命是梳齿密封的两倍以上［3］。

3蜂窝汽封在中小型汽轮机组上的应用

（1）蜂窝汽封在新机组上的应用。目前，我公司安徽东至项目CB15-8.83/2.35/0.98/535型15MW高温高压抽背式汽轮机组后轴封采用了蜂窝汽封结构。经过计算，设计了四段汽封，第一段由三个汽封环组成，第二、三、四段分别由一个汽封环组成，各汽封环弧段用弹簧片压紧，可弹性退让。整个蜂窝汽封设计了54个齿，汽封间隙0.3mm。该机组投入运营后，经测定后轴封总漏汽量0.45t/h，与同型号的梳齿密封机组相比，漏气量降低了约35%。

（2）蜂窝汽封在原有梳齿密封机组上的改造应用。由于蜂窝汽封在减少蒸汽泄漏、提高汽轮机效率上效果显著，许多已经采用梳齿密封的机组正在进行蜂窝汽封改造。改造要求对原有机组的结构、尺寸不发生变动为前提，对原有梳齿密封进行改造设计，梳齿密封高齿保持不变，低齿改为蜂窝带（图2）。

4　应用效果及结论

采用蜂窝汽封替代传统梳齿密封技术是减少汽轮机漏汽，提高机组效率的有效途径之一，该项技术成熟可靠，节能提效效果显著。随着中小型汽轮机组在高耗能产业自备电站、水泥窑、造纸等余热余压利用领域的倍受青睐，蜂窝汽封技术值得在中小型汽轮机组，特别是50MW及以下机组中推广使用。

图2梳齿密封改造示意图

［1］李军，邓清华，丰镇平.蜂窝汽封和迷宫汽封流动性能比较的数值研究.中国电机工程学报，2005，25（16）：108-111.

［2］曹丽华，索付军，胡鹏等.蜂窝密封三维流场及封严特性的数值研究.润滑与密，2013，38（2）：46-52.

［3］王军光，韩立清，常广东等.蜂窝汽封在汽轮机组的应用.石油化工设备，2007，36（4）：80-82.

Application of Honeycomb Steam Seal in Medium and Small Steam Turbine

JIANG Lihong1，MAO Jixian2
（1.CITIC Heavy Power Generation Equipment Co.，Ltd.，Luoyang 471003；2.Taggart（Beijing）Engineering&Technology Co.，Ltd.，Beijing 100022，China）

Thispaperintroducesthestructureandworking principle of cellular steam seal and its advantages compared with the traditional comb，focusing on the steam seal technology application in medium and small gas turbine generator set.According to the actual application effect conclusion can be drawn that it has a notable effect in the steam seal technology in steam turbine steam for reducing leakage，and improved the efficiency of steam turbine.

steam turbine；labyrinth；honeycomb seal