蜂窝密封的应用

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二、蜂窝密封结构与原理
图1 蜂窝密封
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结构
所谓蜂窝式密封，即密封环的内表面是 由正六面体形状的蜂窝孔规则排列而成的 蜂窝带构成。蜂窝带是由厚度仅为 0.05mm—0.10mm的海斯特镍基耐高温合金 薄板（Hastelloy—X）在特殊成型设备上制 成的正六面体网格型材，再经特殊焊接设 备焊接而成的。根据密封环体尺寸制作成 的蜂窝带，在真空钎焊炉中通过真空钎焊 技术被焊接在母体密封环上，即形成了蜂 窝式密封。
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蜂窝式密封的优越性
1）耐磨损、不伤轴、耐高压、密封效果好。
蜂窝壁很薄，如果与转子碰磨，首先磨损的是蜂窝密封，不伤转子。蜂窝为正 六边形网格结构，强度好，可以承受很高的压力，高压降下应用不增加密封的 尺寸，且轴向、环向都能产生很强的涡流和屏障，大大提高了轴端封严能力。
2）寿命长。蜂窝密封的结构能在最小的材料质量下保证密封具有最大
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三、与梳齿密封的对照
在燃气轮机、汽轮机压缩机和涡轮泵 等叶轮机械中，最常见通流系统的密封是 梳齿密封。以电站汽轮机为例，为了减少 汽轮机通流部位密封间隙的漏汽损失，以 提高机组效率和安全可靠性，通常都装有 轴端汽封、级间(隔板)汽封和叶顶汽封。它 们贯常的技术模式为梳齿式结构，又可细 分为迷宫式 (图2)、斜齿式(图3)及镶嵌齿片 式(图4)等。
的强度，不会被轻易磨损而增大密封间隙，也不会倒伏，可以长期保持安装时 的较小的密封间隙，所以使用寿命长。试验表明，蜂窝式密封的耐磨寿命为铁 素体梳齿式汽封的2.5倍。
3）降低亚异步振动。蜂窝密封提供了足够的阻尼，特别是段间
的蜂窝密封，在机组过临界转速等工况下，能有效消除转子的气流激振，确保 压缩机的稳定运行。美国航天飞机主机高压液氧涡轮泵的经验已经证明，用蜂 窝密封替换涡轮级间梳齿密封，可消除转子不稳定问题，降低亚异步振动水平。 实验表明，静子为蜂窝密封而转子带有梳齿的密封结构减振效果最好。
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2、隔板内汽（气）封的改造方案
凡安装在具有环形套状结构隔板上 隔板内汽封，均可改为蜂窝式密封。 只需将原汽（气）封换成蜂窝式密封 即可，隔板和退让弹簧均不做改变。
但是，直接在隔板内圆处镶嵌齿 片的汽（气）封模式不能改为蜂窝式 密封。
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3、叶顶汽封的改造方案
目前，蜂窝式叶顶密封主要用在汽轮机 低压缸后几级动叶片的顶部，可取得良好 的除湿效果。由于叶顶蜂窝式密封直径较 大，须分若干弧段制造。所以，须用螺栓 ， ， 将蜂窝式密封弧段固定于预先在缸体上车 制的沟槽内，并用垫片调整径向间隙，使 其达到设计值（对于新机组，汽缸上的沟 槽可在出厂前加工）。
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弹簧片 汽封齿
汽封套
汽封 轴
图2、迷宫式密封结构梳齿式
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弹簧片 汽封齿
汽封套 汽封 轴
图3、斜齿式气封
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汽封
汽封齿 叶片
图4、镶嵌式效果差。迷宫式汽封的密封原理是通过多级节流膨
胀以消耗汽流能量产生阻尼效果，从而达到减少蒸汽沿轴向间隙泄 漏之目的。由于齿间为环形腔室，环向流动大大减少了涡流降速效 果，其阻汽效果差，泄露量较大。
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五、国内蜂窝密封的应用
1、在国内电厂的应用 以发电汽轮机为例，在国内已经将
蜂窝密封成功应用于5万、10万、20万、 30万和60万机组，应用部位包括轴端密 封、级间密封和叶顶密封。最大叶顶蜂 窝密封的直径达到3200毫米。具体应用 如图5至图10所示。
蜂窝密封的应用
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目录
一、蜂窝密封发展史 二、蜂窝密封结构与原理 三、与梳齿密封的对照 四、梳齿改蜂窝密封的改造方案 五、国内蜂窝密封的应用 六、小结
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一、蜂窝密封发展史
蜂窝密封技术是航天工业针对高温及高压差工况下开发出 的高级密封技术。美国航天飞机、U2及F16战斗机上均应用了 蜂窝汽封。
自1983年起到本世纪初，美、日、德等多个发达国家对应 用于汽轮机蜂窝式密封已经有了不同程度的研究，申请了大 量专利。1989年起，美国的Childs D等人陆续发表了一系列 蜂窝密封的刚度和阻尼数据，提出蜂窝密封可提高汽轮机的 动力性能。
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原理
其密封机理是这种蜂窝状结构能产生很 强的涡流和屏障，从而形成很大的阻尼而 达到阻止工质泄漏的密封效果。
试验结果表明，对于蜂窝深度为3.0 mm、蜂窝 芯格尺寸(蜂窝六边形的对边距离)分别为3.2 mm、 1.6 mm和0.8 mm三种蜂窝密封，在不同转速、压 比下，芯格尺寸为1.6 mm的蜂窝密封封严效果最 好。蜂窝密封芯格尺寸的大小对其漏气量的影响并 不呈线性规律，蜂窝对边距与蜂窝深度的比值为 0.52左右时， 密封的漏气量较小。另一方面，在相 同的入口条件下，间隙越小，进入蜂窝腔的气流与 水平面的夹角越大，且旋涡体积越大、中心位置越 靠近底面 。
4）除湿。蜂窝密封安装在汽轮机低压缸的末级叶片的顶部密封上，不仅
可以提高效率，蜂窝的网孔可以吸附水滴，从而有效除湿、保护动叶片免受水 力冲蚀，延长叶片使用寿命。
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四、梳齿改蜂窝密封的改造方案
1、轴端汽（气）封的改造方案 1）转子不须改变，轴上原凸台式结构形状 可保留不变。 2）原汽封套(汽封体)及退让弹簧保持不变。 3）将原梳齿汽（气）封片拆掉，换上蜂窝 密封片即可。 4）为了方便精确测量和调整汽封间隙，可 将原不可调形式改为可调形式。
近 些 年 来 我 国 从 美 国 西 屋 公 司 进 口 的 300MW 、 350MW 、 600MW及650MW核电机组上均采用此项新技术，效果甚佳。秦 皇岛市爱迪电力技术集团在1999年申报了国家专利—新型汽 轮机组级间密封及轴封装置（即FW蜂窝式密封），于2002年 步入工业性应用进程。
我国最新型的战斗机及民用飞机发动机上也大都采用该技 术，平均效率提高了10％。
2）转子易产生汽流激振。当汽封间隙出现不均时（实际
工作中很难避免），由于泄露量较大，产生激振的能量也大，对汽 轮机高压转子产生的汽流激振一旦发生就很难解决，危及机组安全 运行。
3）密封齿容易磨损或倒伏。为提高密封效果，即使梳
齿密封在安装时使用较小间隙，但在过临界转速等工况下，密封齿 很容易被磨损或倒伏，密封间隙在短时间内迅速扩大，致使轴端泄 漏严重。在汽轮机轴封中，还可能导致润滑油中进水。