CN112832872A - 一种用于汽轮机的引流回旋式汽封 - Google Patents

一种用于汽轮机的引流回旋式汽封 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，属于汽轮机的汽封技术领域。本发明的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，所述汽封的内壁周期性的设置有多个汽封单元；所述汽封单元包括设置于所述汽封的内壁上的回旋腔体以及具有间距的第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿；在每个汽封单元中，所述第二凸齿与第三凸齿之间形成引流腔体，所述引流腔体与回旋腔体相连通，且所述引流腔体可将汽流抽吸至回旋腔体内；在相邻的所述汽封单元之间，前一汽封单元的第三凸齿与后一汽封单元的第一凸齿之间形成混合腔体，所述混合腔体与所述回旋腔体相连通。本发明时能够在保证径向安全间隙的同时，提高汽流流道内的耗散作用，减少汽流泄漏量，提高机组效率。

Description

一种用于汽轮机的引流回旋式汽封
技术领域
本发明涉及一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，属于汽轮机的汽封技术领域。
背景技术
随着研究的深入及加工工艺的提高，汽轮机的效率已经从1970年的87％提高到1990年的90％，各项损失已经有较大幅度的降低，叶顶汽封漏汽损失虽也有明显降低，但其在汽轮机整体损失中所占的比例为22％，依旧为汽轮机损失的最主要部分。
因此各大汽轮机制造厂均在汽封的改进方面下了很大功夫，汽封齿已经由原来的平齿、曲径式汽封逐步发展为可调汽封、蜂窝式汽封、刷式汽封、柔齿汽封等多种样式。
实际上，降低漏汽量最直接有效的办法是降低汽封与转子的径向间隙，但是，汽轮机作为高速旋转机械，减少径向间隙往往会影响机组动静碰磨的安全性，而引起汽轮机动静部件之间直接摩擦碰撞，伤及汽轮机大轴，严重时造成大轴永久性弯曲的重大事故，所以研究者一直在寻求新的汽封结构型式，保证径向安全间隙的同时，加剧汽流在汽流流道内反复扩张的耗散作用，从而降低汽流压力，实现减少汽流泄漏量的目的，大幅度提高密封性能。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，本发明汽封的能够提高汽流在汽流流道内反复扩张的耗散作用，降低汽封泄漏量。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，沿汽封轴向的上下游方向上，所述汽封的内壁周期性的设置有多个汽封单元；所述汽封单元包括设置于所述汽封的内壁上的回旋腔体以及具有间距的第一凸齿、第二凸齿、第三凸齿；其中，
在每个所述汽封单元中，所述第二凸齿与第三凸齿之间形成引流腔体，所述引流腔体与所述回旋腔体相连通，且沿汽封径向的朝外方向上，所述第二凸齿与第三凸齿之间的间距逐渐变小，以使所述引流腔体可将汽流抽吸至所述回旋腔体内；
在相邻的所述汽封单元之间，前一汽封单元的第三凸齿与后一汽封单元的第一凸齿之间形成混合腔体，所述混合腔体与所述回旋腔体相连通。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
当将本发明的汽封安装于与之向适配的转子的外周时，两者之间的安装间隙将形成汽流流道；得益于“第二凸齿与第三凸齿之间形成引流腔体，且沿汽封径向的朝外方向上，第二凸齿与第三凸齿之间的间距逐渐变小”的设计，使得引流腔体形成了具有低压特性的低压流道区域，使得引流腔体可将汽流抽吸至回旋腔体内。当汽流从汽封的上游朝向下游流动时，从汽封上游方向流入的汽流流经第一凸齿与转子之间形成的间隙、以及第二凸齿与转子之间形成的间隙后，在具有低压特性的引流腔体作用下，汽流将被分为两部分，第一部分汽流被引流腔体抽吸至回旋腔体中作“回旋”运动并产生耗散作用，然后再从回旋腔体流出至混合腔体；而第二部分汽流朝向汽封下游方向流动；由于引流腔体是由第二凸齿与第三凸齿之间形成，而混合腔体是由前一汽封单元的第三凸齿与后一汽封单元的第一凸齿之间形成的；因此，从回旋腔体流出至混合腔体的第一部分汽流将会与朝向汽封下游方向流动的第二部分汽流形成强烈的对冲混合，产生强烈的耗散作用，从而能够实现减小汽流泄漏量的目的。由于所述汽封的内壁周期性的设置多个汽封单元时，汽流将能够反复多次的对冲混合并产生强烈的耗散作用，从而更进一步的减小汽流泄漏量。采用本发明时能够在保证径向安全间隙的同时，提高汽流流道内的耗散作用，减少汽流泄漏量，提高机组效率。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是本发明的汽封的结构示意图；
图2是本发明的汽封的局部结构示意图；
图3是本发明的汽封的截面示意图；
图4是图3中的A处放大图；
图5是图4的一种变形结构示意图；
图6是本发明的汽封与转子配合时的截面示意图；
图7是图6中的B处放大图；
图8是汽流在图6中的运动路线的大致流向示意图。
图中标记：1-第一凸齿，2-第二凸齿，3-第三凸齿，4-第一扰流齿，5-第二扰流齿，Q1-扰流腔体，Q2-引流腔体，Q3-导流入腔体，Q3'-导流出腔体，Q4-回旋腔体，Q5-混合腔体，F1-第一缝隙，F2-第二缝隙。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
实施例一
如图1至图4、图6至图8所示，本实施例的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，沿汽封轴向的上下游方向上，所述汽封的内壁周期性的设置有多个汽封单元；所述汽封单元包括设置于所述汽封的内壁上的回旋腔体Q4以及具有间距的第一凸齿1、第二凸齿2、第三凸齿3；其中，
在每个所述汽封单元中，所述第二凸齿2与第三凸齿3之间形成引流腔体Q2，所述引流腔体Q2与所述回旋腔体Q4相连通，且沿汽封径向的朝外方向上，所述第二凸齿2与第三凸齿3之间的间距逐渐变小，以使所述引流腔体Q2可将汽流抽吸至所述回旋腔体Q4内；
在相邻的所述汽封单元之间，前一汽封单元的第三凸齿3与后一汽封单元的第一凸齿1之间形成混合腔体Q5，所述混合腔体Q5与所述回旋腔体Q4相连通。
当将本发明的汽封安装于与之向适配的转子的外周时，两者之间的安装间隙将形成汽流流道；得益于“第二凸齿2与第三凸齿3之间形成引流腔体Q2，且沿汽封径向的朝外方向上，第二凸齿2与第三凸齿3之间的间距逐渐变小”的设计，使得引流腔体Q2形成了具有低压特性的低压流道区域，使得引流腔体Q2可将汽流抽吸至回旋腔体Q4内。具体的，引流腔体Q2位于混合腔体Q5的上游侧；沿汽封径向的朝外方向上，回旋腔体Q4位于引流腔体Q2、混合腔体Q5的外侧。对于沿汽封径向的朝外方向上，所述第二凸齿2与第三凸齿3之间的间距逐渐变小的设计，可以是逐渐平滑线性的减小，也可以是非线性的减小，只要是能够使得引流腔体Q2形成具有低压特性的低压流道区域，使得引流腔体Q2可将汽流抽吸至回旋腔体Q4内皆可。当汽流从汽封的上游朝向下游流动时，从汽封上游方向流入的汽流流经第一凸齿1与转子之间形成的间隙F1、以及第二凸齿2与转子之间形成的间隙F2后，在具有低压特性的引流腔体Q2作用下，汽流将被分为两部分，第一部分汽流被引流腔体Q2抽吸至回旋腔体Q4中作“回旋”运动并产生耗散作用，然后再从回旋腔体Q4流出至混合腔体Q5；而第二部分汽流朝向汽封下游方向流动；由于引流腔体Q2是由第二凸齿2与第三凸齿3之间形成，而混合腔体Q5是由前一汽封单元的第三凸齿3与后一汽封单元的第一凸齿1之间形成的；因此，从回旋腔体Q4流出至混合腔体Q5的第一部分汽流将会与朝向汽封下游方向流动的第二部分汽流形成强烈的对冲混合，产生强烈的耗散作用，从而能够实现减小汽流泄漏量的目的。由于所述汽封的内壁周期性的设置多个(至少2个，例如4个)汽封单元时，汽流将能够反复多次的对冲混合并产生强烈的耗散作用，从而更进一步的减小汽流泄漏量。采用本发明时，能够在保证径向安全间隙的同时，提高汽流流道内的耗散作用，减少汽流泄漏量，提高机组效率。
所述混合腔体Q5朝向汽封的上游端倾斜。或者说，混合腔体Q5朝向与之相邻的引流腔体Q2倾斜。有利于使得从回旋腔体Q4流出至混合腔体Q5的第一部分汽流与朝向汽封下游方向流动的第二部分汽流产生强烈的对冲混合作用，进一步的提高汽流流道内的耗散作用。
如图4、图7所示，所述第三凸齿3的高度小于所述第二凸齿2的高度；或/和，所述第一凸齿1的高度小于所述第二凸齿2的高度。
如图4、图7所示，所述第一凸齿1与第二凸齿2之间形成扰流腔体Q1。当汽流流经第一凸齿1与转子之间形成的间隙F1流向第二凸齿2与转子之间形成的间隙F2时，汽流将会在扰流腔体Q1内产生回旋式的耗散作用，能够进一步的减小汽流泄漏量。
如图4、图7所示，所述第一凸齿1朝向汽封的上游端倾斜；或/和，所述第二凸齿2的下段朝向汽封的上游端倾斜。
如图4所示，所述第一凸齿1的两侧面之间形成有夹角α，且0°≤α≤6°；或/和，所述第二凸齿2的下段的两侧面之间形成有夹角β，且0°≤β≤10°。
如图4、图7所示，所述第二凸齿2朝向汽封上游端的那一面设置有若干个第一扰流齿4。第一扰流齿4能够使汽流在扰流腔体Q1内产生反复扩张的耗散作用。第一扰流齿4大致呈矩形状。
如图4、图7所示，所述混合腔体Q4的壁面上设置有若干个第二扰流齿5。混合腔体Q4的其中一个面或多个面都可以设置第二扰流齿5，第二扰流齿5可以是倾斜齿，也可以是三角形齿等结构形式。
如图3所示，在最下游的那一个汽封单元的下游侧，所述汽封的内壁还设置有第一凸齿，该第一凸齿称为第一尾齿1'，以使该汽封单元的第三凸齿与第一尾齿之间形成混合腔体Q5。
如图3所示，在所述第一尾齿1'的下游侧，所述汽封的内壁还设置有第二凸齿，该第二凸齿称为第二尾齿2'。第一尾齿1'与第二尾齿2'之间也形成扰流腔体Q1。
如图4、图7所示，在每个所述汽封单元中，所述引流腔体Q2通过多条导流入腔体Q3与所述回旋腔体Q4相连通，多条导流入腔体Q3分布于所述汽封的内壁圆周方向上。导流入腔体Q3大致呈矩形状。多条所述导流入腔体Q3呈圆周阵列分布。
实施例二
实施例一与实施例二基本相同，不同之处在于，在实施例二中：
如图5所示，在每个所述汽封单元中，所述混合腔体Q5通过多条导流出腔体Q3'与所述回旋腔体Q4相连通，多条导流出腔体Q3'分布于所述汽封的内壁圆周方向上。导流出腔体Q3'大致呈矩形状。所述导流出腔体Q3'呈圆周阵列分布。
综上所述，采用本发明的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，本发明时能够在保证径向安全间隙的同时，提高汽流流道内的耗散作用，减少汽流泄漏量，提高机组效率。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：沿汽封轴向的上下游方向上，所述汽封的内壁周期性的设置有多个汽封单元；所述汽封单元包括设置于所述汽封的内壁上的回旋腔体(Q4)以及具有间距的第一凸齿(1)、第二凸齿(2)、第三凸齿(3)；其中，
在每个所述汽封单元中，所述第二凸齿(2)与第三凸齿(3)之间形成引流腔体(Q2)，所述引流腔体(Q2)与所述回旋腔体(Q4)相连通，且沿汽封径向的朝外方向上，所述第二凸齿(2)与第三凸齿(3)之间的间距逐渐变小，以使所述引流腔体(Q2)可将汽流抽吸至所述回旋腔体(Q4)内；
在相邻的所述汽封单元之间，前一汽封单元的第三凸齿(3)与后一汽封单元的第一凸齿(1)之间形成混合腔体(Q5)，所述混合腔体(Q5)与所述回旋腔体(Q4)相连通。
2.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：所述混合腔体Q5朝向汽封的上游端倾斜。
3.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：所述第三凸齿(3)的高度小于所述第二凸齿(2)的高度；或/和，所述第一凸齿(1)的高度小于所述第二凸齿(2)的高度。进一步的，所述第一凸齿(1)与第二凸齿(2)之间形成扰流腔体(Q1)。
4.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：所述第一凸齿(1)朝向汽封的上游端倾斜；或/和，所述第二凸齿(2)的下段朝向汽封的上游端倾斜。
5.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：所述第一凸齿(1)的两侧面之间形成有夹角α，且0°≤α≤6°；或/和，所述第二凸齿(2)的下段的两侧面之间形成有夹角β，且0°≤β≤10°。
6.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：所述第二凸齿(2)朝向汽封上游端的那一面设置有若干个第一扰流齿(4)。
7.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：所述混合腔体(Q4)的壁面上设置有若干个第二扰流齿(5)。
8.如权利要求1所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：在最下游的那一个汽封单元的下游侧，所述汽封的内壁还设置有第一凸齿，该第一凸齿称为第一尾齿(1')，以使该汽封单元的第三凸齿与第一尾齿之间形成混合腔体(Q5)。进一步的，在所述第一尾齿(1')的下游侧，所述汽封的内壁还设置有第二凸齿，该第二凸齿称为第二尾齿(2')。
9.如权利要求1-8任一项所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：在每个所述汽封单元中，所述引流腔体(Q2)通过多条导流入腔体(Q3)与所述回旋腔体(Q4)相连通，多条导流入腔体(Q3)分布于所述汽封的内壁圆周方向上。优选的，多条所述导流入腔体(Q3)呈圆周阵列分布。
10.如权利要求1-8任一项所述的一种用于汽轮机的引流回旋式汽封，其特征在于：在每个所述汽封单元中，所述混合腔体(Q5)通过多条导流出腔体(Q3')与所述回旋腔体(Q4)相连通，多条导流出腔体(Q3')分布于所述汽封的内壁圆周方向上。优选的，所述导流出腔体(Q3')呈圆周阵列分布。
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