汽轮机插管密封性能研究徐晓康+王振锋+孙伟+曾娅+米斌摘要：通过对当前常用的汽轮机插管结构进行密封性能分析，推出一种新型的插管密封设计理念。关键词：汽轮机；进汽插管；抽汽插管；密封性能：TK263：ADOI：10.15913/jki.kjycx.2017.06.037进汽和抽汽插管对当前常规汽轮机来说，都是必不可少的关键部件，起着连接内外缸汽流通道的作用。由于是装配部件，为了安装的方便以及考虑内、外缸之间的膨胀空间，插管两端必然会有一处存在可活动的配合，带来的间隙会导致蒸汽从间隙处泄漏到内外缸夹层，无法进入通流做功，降低汽轮机效率。如何减少插管处漏汽，优化插管密封结构，前人已经作了很多努力，取得了一定的成果。下面将对各种结构进行分析，同时推出一种新的设计理念。1插管密封现状及案例分析汽轮机使用插管的位置有很多，总的来说，可以分为进汽插管和抽汽插管2种，但是不管是哪種插管，其工作原理是一致的，都是通过密封圈与插管、汽缸之间的配合间隙来限制汽流的通过。从密封圈的型式来分，可以分为活塞环密封和叠片式密封2种，活塞环密封结构因其安装、拆卸的不方便，已经逐渐被叠片式密封结构取代。本文仅对叠片式密封结构进行研究。图1为叠片式密封结构。举例来说，案例1和案例2代表2处插管结构，采用图1所示的结构，并采用表1所示的数据设计。根据表1的结构数据进行冷态安装和热态运行间隙计算，所得结果如表2所示。案例1中，冷态和热态间隙相差不大，根据热态间隙情况，可以认为密封是合格的。案例2中，紧圈冷态、热态间隙不变，但松圈热态间隙从冷态的过渡配合变成了大间隙配合，热态运行间隙达到了0.3～0.35，按最大漏汽面积算，增大了近10倍，密封不合格。除了热态密封性能之外，2个案例还存在一个共同的问题——松圈过渡配合，必须要通过冷冻密封圈的方式安装，紧圈安装间隙最大才0.05mm，间隙过小，装拆不便。通过前面的案例分析，可以看出之前的结构方案设计比较死板，材料换了，使用温度改变了，但是安装间隙不变，小间隙及过渡间隙配合给安装带来了很大的不便，而过渡间隙的安装并不能保证机组运行时的密封要求。如何才能解决上述案例中存在的密封、安装问题，我们接下来讨论。2插管密封的改进换一种思路来考虑前面提出来的问题，我们需要的是运行状态下小间隙甚至是过渡配合，再安装状态大间隙。那么我们先确定运行状态间隙。如果要安装状态大间隙，就需要紧圈的线胀系数小于插管，松圈的线胀系数大于汽缸。这就将间隙设计思路转换到密封圈材料的选择上来，具体实施见表3.汽缸和插管材料及尺寸不变，把紧圈材料改为线胀系数小于插管的材料GJA，将松圈材料改为线胀系数大于汽缸的材料GJB，以热态运行间隙为已知条件，反向计算得到紧圈内径和松圈外径及冷、热态间隙结果，见表4.3改进方案计算结果分析思路转换后形成的2个改进方案，以运行间隙为目标来选择材料反算安装间隙，紧圈安装间隙最小为0.13，松圈最小间隙达到0.7，效果很明显，不仅热态运行间隙保证了密封要求，冷态安装间隙也增大到不需要冷冻辅助就能顺利安装的程度，完全达到了插管密封的要求，改进结果符合设计初衷。通过以上对插管密封的计算和分析结果，可总结出以下改进原则：①汽缸、插管条件及使用温度确定的情况下，通过松、紧圈材料的选择来保证大的安装间隙和小的运行间隙；②紧圈材料的线胀系数小于插管，松圈材料的线胀系数大于汽缸，配合部套的线胀系数差值尽可能取大；③以热态运行间隙为目标，通过各部件的热膨胀差值来反算冷态安装间隙，得到松圈外径和紧圈内径。4结论根据改进原则选择的材料和计算出的安装间隙确保了插管密封圈结构在运行过程中的间隙变化趋势是往间隙变小的方向发展的，温度越高，间隙越趋近于设计间隙，符合设计思路；冷态大间隙的设计对汽轮机启动、停机过程中缸温变化和内、外缸的相对膨胀有着积极的作用，能够加快汽缸温度与蒸汽温度的匹配，缩短启停机时间。-全文完-