蜂窝式汽封介绍

蜂窝式汽封介绍
一、蜂窝式密封技术的产生和发展
早在上个世纪90年代初期，美国航天领域的科学家在研究航天飞机液体燃料蜗轮泵的密封问题时，通过试验发现蜂窝形状的密封可产生很好的封严效果。

于是蜂窝式密封便开始在航天飞机、飞机发动机及燃气轮机上推广应用。

美国西屋公司将蜂窝密封技术应用在汽轮机低压缸后几级湿度较大的部位，取得了很好的除湿效果，有效的保护了动叶片免受水力冲蚀。

近年来,蜂窝式密封技术应用在汽轮机上。

跨国集团进入中国的300MW350M W600MV及650MV核电机组上均采
用此项新技术，效果甚佳。

二、窝式汽封的结构特点及其密封机理
近年来，蜂窝汽封已逐渐取代梳齿迷宫汽封，成功应用于汽轮机组、燃气轮机、空气压缩机和飞机发动机等领域。

蜂窝汽封密封环的内孔表面由规整的蜂巢菱形状的正六边形小蜂窝孔组成，其蜂窝带结构见图1。

蜂窝汽封是以汽体通过蜂窝带时产生的阻尼来密封，见图2
图1婵竟密封的结拘
蜂窝汽封中正六边形的蜂窝孔是由厚度仅为0.05 ~0.10 mn t勺镍基耐高温合金经特殊加工手段制成蜂窝带而形成的，蜂窝的高度及蜂窝孔的大小根据一定的设计规范确定。

先将薄板加工成规整的蜂窝带，然后采用真空钎焊技术将蜂窝带钎焊（亦称光滑无渣焊接）在母体汽封环内表面上，因此具有良好的耐高温性能。

蜂窝带很薄，硬度也很小，不会对与其相接触的任何钢质物件产生磨损。

蜂窝带叠合成正六边形状，使其在高度方向上具有足够的强度，不会在接触时被压损。

因此，蜂窝汽封可与轴颈保持较小的配合间隙，达到良好的密封效果。

蜂窝带即使被磨损也依然保持蜂窝形式，不会因结构上的变化而影响密圭寸效果。

汽轮机蜂窝式汽封由镍基耐高温合金蜂窝带与环体组成，安装在静止部套上（汽封体）。

蜂窝式汽封的结构见图3、图4。

迷宫梳齿式汽封的结构模式是高低齿相间排列，而迷宫蜂窝式汽封的结构模式则是将低齿取消，在两高齿之间的槽道内全部钎焊蜂窝带；对斜齿或直齿式平齿轴圭寸将原迷宫梳齿式全部改为蜂窝带，并将蜂窝带焊接在环体上。

图3迷宫蜂窝式汽封
图4平齿蜂窝汽封
高低齿式蜂窝汽封是蜂窝技术和迷宫汽封的完美结合，其密封效应是迷宫效应和蜂窝效应的综合组成，是高效性、稳定性和安全性的完美结合,.主要设计思想是在原疏齿结构中，保留高齿，在低齿地方用蜂窝带填满，该结构有以下优点：
1）高齿依然保留，起节流密圭寸效果，而气流经节流降压后进入蜂窝区,进一步加大密封效果，两种密封技术综合应用，起到最佳的效果。

汽旋原理图如下：
2）在设计中，蜂窝带加工成比原来的低齿高出一部分，即轴先
同蜂窝接触而不同高齿接触，从而保护轴不被磨损
3）在安装过程中，由于高齿高度大于蜂窝带，避免了蜂窝带被异物撞击损伤。

4）在高压侧，最外边高齿起到了保护作用，防止了工质对蜂窝带边缘的冲刷伤害。

5）可以根据用户的要求，设计不同形状的系列汽封，有针对性解决问题。

对用户来讲，可以用有限的资金解决最主要的问题，事半功倍。

三、蜂窝汽封同梳齿迷宫汽封比较
1、双向阻尼及汽旋效应蜂窝汽封同梳齿迷宫汽封原理有着本质不同。

梳齿迷宫汽封以节流原理来密封，在梳齿迷宫汽封中，汽流周向旋转运动是引发机组轴系自激振动的主要原因，而蜂窝汽封的轴向网格可有效阻止这股汽流的流动。

轴及叶轮的高速旋转带动汽体切向运动，而汽封两侧的压差会使汽体沿轴向运动。

汽体在通过蜂窝表面时会遇到切向及轴向两个方向的阻力。

这样，在每个蜂窝孔表面形成强烈的汽旋，转速越高，压差越大，汽旋效应越强烈。

从宏观上看，宛如形成一个个具有很强张力的汽泡。

这些汽泡的单个运动很复杂，但整个蜂窝汽封带表面则形成一层具有很强张力及弹性的汽膜，产生相当大的阻力，阻止后面汽体进一步前移，产生良好的密封效果。

因为单个汽泡的直径非常小，不会对轴产生大的合力，反而能保证轴在运动中平稳运行。

蜂窝汽封切向及轴向都有阻尼，有效阻止了工质在周向的运动，可使轴系自激振动减至最小。

蜂窝汽封在结构上有所不同，当轴同蜂窝汽封体相接触时，是一个很宽的密封面同轴向接触，相同的力作用于一个平面上，接触面局部压强很小，可保证汽封的有效退让，使弹簧片真正发挥作用。

因此，蜂窝汽封不仅具有较好的密封效
果，而且能最大限度地保证机组稳定、安全运行。

2、热力学效应
蜂窝汽封热力学效应原理与梳齿迷宫汽封类似，只是汽流在进入各个蜂窝网格时，增大了汽流与汽封圈的热交换面积，使汽流的动能大为减弱。

同时，由于汽流会形成旋涡，将汽流向前的速度矢量转化为旋转矢量，从而进一步减少向前的动能。

因此，在同等轴向长度的密封范围内，蜂窝汽封泄漏量自然最小。

3、收缩效应
工质流经蜂窝带中的每个小网格与轴颈间的微小间隙时，由于制造蜂窝网格板材厚度仅为0.05〜0.10 mm,流体产生收缩，流束截面变小，引起蒸汽的涡流和摩擦等局部阻力损失，使流过蜂窝带的蒸汽压力低于网格进汽压力,减小了蒸汽流动的势能。

4 、高效阻透汽效应
在一般梳齿迷宫汽封中,通过汽封间隙的汽流只能向一侧扩散, 在膨胀室内不能充分进行这种动能向热能的转换, 而靠光滑壁一侧有一部分汽流速度不减小或只略为减小,直接越过各齿顶流向低压侧, 产生透汽效应。

试验证明,蜂窝汽封可使汽流的动能充分向热能转换, 可有效减小透汽效应所带来的
泄漏。

5、可以获得更小汽封间隙
蜂窝带的材质地柔软，具有可磨性，故径向间隙可以控制的比梳齿式迷宫汽封要小。

据进行的破坏性耐磨试验结果表明，蜂窝式汽封对轴的摩擦损伤程度仅为铁素体梳齿式汽封的l/6 ，即使发生动静摩擦，也不会
伤及轴颈。

在同样的径向间隙值下，蜂窝式密封的漏汽流量比梳齿式密封少50〜70%。

对于高压缸轴封，可以保证安装时较小的密封间隙，从根本上解决轴端漏汽严重导致油中进水而引起透平油乳化的问题。

对于低压缸轴封，从结构上解决了因胀差引起的低齿掉台、高齿倒伏的问题，对确保凝汽器真空度，提高机组效率有显著作用。

6、可以保护末级叶片
除湿效果明显。

低压缸叶顶汽封采用蜂窝式汽封，利用蜂窝的网格结构把甩到蜂窝上的水珠吸纳住，通过蜂窝背板上的疏水槽将收集的水排走，降低了蒸汽温度，有效地保护低压缸末几级动叶片免受水力冲蚀，有利于动叶片的长期安全运行。

四、安全稳定性
1、能有效消除汽轮机转子的气流激振，确保机组运行的安全性和稳定性。

2、蜂窝带是质地柔软的六边形蜂窝网格，具有可磨损的优点，即使发生动静摩擦也不会损伤转子轴径表面以及叶片，有很好的安全性。

试验表明，铁素体汽封对轴径表面的伤害程度为蜂窝式密封的6 倍。

3、有效地吸收蒸汽中的水分，保护动叶片免受水力冲蚀，延长叶片使用寿命。

4 、试验表明，蜂窝式密封的耐磨寿命为铁素体梳齿式汽封的倍，
2.5可确保至少一个大修期的使用。