側齒汽封

側齒汽封是中國遼寧大連華鴻工業技術有限公司的專利技術產品，中國專利號：ZL 03 2 11345.5，專利權人：譚旭。

側齒汽封是一種高效節能安全可靠的汽封，可套用於汽輪機、鼓風機、壓縮機等透平機械的上，解決動靜間隙的氣體泄漏問題。

基本介紹

• 中文名：側齒汽封
• 類型：一種高效節能安全可靠的汽封
• 中國專利號：ZL 03 2 11345.5
• 專利權人：譚旭
• 優越性：較安全

結構特點

對於常規的迷宮汽封，影響漏汽量的因素很多，間隙是決定漏汽量的主要因素，但是設定過小的間隙，有可能使動、靜部件相碰，造成汽封齒的磨損、轉子振動、大軸彎曲等問題，因而減小間隙受到一定的限制。研究改變傳統迷宮汽封腔室結構、增加渦流耗散成了迷宮汽封中減少漏汽量、提高汽封使用安全可靠性的一種有效方式。側齒汽封就是一種改變迷宮汽封腔室結構、增加渦流複雜度的有效汽封形式。

大連華鴻工業生產的側齒汽封

側齒汽封可以不改變原迷宮汽封齒、腔室的結構幾何尺寸與間隙值，只是在汽封齒側面或腔室頂部加工出側齒或頂齒，來達到增加熱力學效應、摩阻效應，減少漏氣的目的。

圖 側齒汽封圖片

採用側齒汽封的主要優越性在於：

（1）較安全。可採用與齒式汽封同種材質、相同外型尺寸、不同內部結構的設計思路，繼承原齒式汽封的安全性，在機組中適應性較強，原梳齒汽封都可改為側齒汽封。

（2）不改變傳統汽封的基本結構，可方便改造大部分的傳統迷宮汽封，而獲得顯著的減少漏汽量的收效。

（3）側齒汽封結構避免環向汽隙振動，減少汽流激振力，保護機組的安全。

（4）可沿用傳統齒式汽封方式安裝調試，檢修安裝人員無需經過技術培訓。

計算分析

由於側齒汽封內部流動的複雜性，數值計算成為了研究側齒汽封內部流動、渦繫結構的一種有效方式。近年來國內高等院校和科研院所都對側齒汽封進行了數值計算分析，得到了一些結論。由於各計算中討論的齒式汽封、側齒汽封的結構不同，結果有所不同。文獻[4]對某平齒及高低齒結構的側齒汽封相應進行了兩維及三維的數值計算研究。研究認為，對平齒汽封，採用左側、右側或左右兩側的側齒設計，相對漏汽量均減少約5%。對高低齒汽封，採用2mm高及3mm高的側齒，在低齒的左側、右側或左右兩側布置，計算結果表明側齒汽封的漏汽量均高於原高低齒汽封（增大3～10%）。

參考文獻[5]對300MW汽輪機的軸封改用側齒汽封進行了數值計算研究，提出了該型軸封漏汽量的計算公式，計算得出該帶有側齒的曲徑軸封，可有效減少汽輪機漏汽量20%以上。

根據上述文獻，能得到對齒式汽封採用側齒可明顯減少漏汽量約20%左右;但也有增大漏汽量的計算結果。由於各文獻中計算條件的交代不是十分完整，很難對數據的正確性進行評價。但總的說，側齒汽封在一定程度上能減小漏汽量，合理的設定側齒是減小漏氣量的關鍵。

受側齒汽封的專利所有權廠家華鴻工業技術有限公司的委託，上海發電設備成套設計研究院對高低齒汽封和側齒汽封進行了漏汽量的數值計算研究。格線劃分及數值求解在fluent中完成，在壁面附近及汽封齒周圍對格線進行了加密，其它區域格線相對較粗，受到總體格線數量的限制，僅對30º的汽封弧段進行了計算，汽封弧段的兩個斷面設定為周期邊界，格線劃分在gambit中完成,採用非結構化的格線,對壁面附近、齒封與台階的間隙等部位進行了適當的格線加密，保證了較好的格線質量和格線數量。高低齒汽封的總格線數為120萬，側齒汽封方案的總格線數約為360萬。並對格線無關性進行了探討，保證了計算結果的可靠性。進口邊界給定入口汽流的總壓、總溫，分別為50.5ata，375℃，出口給定靜壓，為41.5ata，高低齒汽封的設計徑向間隙為0.5mm。

表1為計算得到的汽封漏汽量結果。側齒汽封的漏汽量明顯低於高低齒。相比高低齒汽封，採取綜合措施的最佳化側齒汽封方案漏汽量減少了28.39%。這主要是通過合理的側齒結構、側齒對渦流的分割等共同作用，使得漏汽量明顯減少。若側齒汽封安裝間隙能進一步減少，側齒汽封方案漏汽量可減少。

表1 汽封漏汽量計算結果

汽封類型	弧度30°汽封段漏汽量（kg/s）	整圈汽封漏汽量G(kg/s)	漏汽量相對值; (-)
高低齒汽封	0.08953	1.0744	1.0
最佳化側齒汽封方案	0.06412	0.7694	0.7161

套用

由於側齒汽封良好的阻汽特性和減振特性，大連華鴻工業技術有限公司[專利號：ZL 03 2 11345.5]製造的側齒汽封已經在舊機改造和新機製造中獲得了一定程度的套用。通過側齒汽封套用於軸端汽封的改造，明顯提高了汽輪機缸效率，減少了熱耗，並改善了汽輪機真空。側齒汽封現較多的用於舊機改造的軸端（或平衡活塞）汽封和隔板汽封，參考文獻[6]中提出了側齒汽封在機組改造中的一些建議，認為側齒汽封在隔板汽封改造中也有廣泛的套用前景。

結論

（1）側齒汽封在迷宮汽封腔室中增加側齒及頂齒，增大了汽封的熱力學效應和摩阻效應。側齒汽封由於其良好的阻汽特性和減振效果，以及在結構、安裝方面的優勢，在機組改造和新機組的使用上有廣泛的套用前景。

（2）高低齒汽封及側齒汽封的數值計算表明，相比高低齒汽封，採用綜合改進措施的側齒汽封漏汽量可減少28.39%，側齒汽封阻汽效果明顯。必須指出，相比高低齒汽封，側齒汽封漏汽量的減少與齒隙變化、齒寬變化、腔室結構、側齒汽封等多個因素相關。要獲得良好的效果，選擇專業的側齒汽封設計生產商尤為重要。

（3）側齒汽封是在齒式汽封的基礎上變化而來，它與原齒式汽封的特性和阻汽特性密切相關。應進一步加強系統的齒式汽封及側齒汽封的研究，特別是阻氣特性的試驗研究。

參考文獻：

[1]蔡頤年，蒸汽輪機[M]，西安交通大學出版社，1988.

[2]崔琦，張兆鶴，周英，楊建道，汽輪機汽封漏汽的試驗研究[J].熱力透平，2009，39（1）：26～30.

[3]茅聲凱，商中福，尹蓮華，李曉宇．改善汽輪機通流部分性能的現代化技術[J]．汽輪機技術，1999，41(3)：129～135．

[4]康樂嘉，迷宮式汽封內部流動的數值模擬與結構最佳化[D],華北電力大學碩士學位論文，2006.12.

[5]曹麗華，李勇，譚旭，帶有側齒的曲徑軸封及其漏汽量的研究[J].汽輪機技術，2005，47（1）：49～51.

[6]張勇，王曉莉，55MW汽輪機組端部汽封改造[J].科技創新導報，2008，12:82～83.

[7]曲瑩軍，李放，採用新型結構汽封對軸封的改造[J].東北電力技術，2006,2:27～29.