侧齿汽封

对于常规的迷宫汽封，影响漏汽量的因素很多，间隙是决定漏汽量的主要因素，但是设置过小的间隙，有可能使动、静部件相碰，造成汽封齿的磨损、转子振动、大轴弯曲等问题，因而减小间隙受到一定的限制。研究改变传统迷宫汽封腔室结构、增加涡流耗散成了迷宫汽封中减少漏汽量、提高汽封使用安全可靠性的一种有效方式。侧齿汽封就是一种改变迷宫汽封腔室结构、增加涡流复杂度的有效汽封形式。

侧齿汽封可以不改变原迷宫汽封齿、腔室的结构几何尺寸与间隙值，只是在汽封齿侧面或腔室顶部加工出侧齿或顶齿，来达到增加热力学效应、摩阻效应，减少漏气的目的。

图 侧齿汽封图片

采用侧齿汽封的主要优越性在于：

（1）较安全。可采用与齿式汽封同种材质、相同外型尺寸、不同内部结构的设计思路，继承原齿式汽封的安全性，在机组中适应性较强，原梳齿汽封都可改为侧齿汽封。

（2）不改变传统汽封的基本结构，可方便改造大部分的传统迷宫汽封，而获得显著的减少漏汽量的收效。

（3）侧齿汽封结构避免环向汽隙振动，减少汽流激振力，保护机组的安全。

（4）可沿用传统齿式汽封方式安装调试，检修安装人员无需经过技术培训。

由于侧齿汽封内部流动的复杂性，数值计算成为了研究侧齿汽封内部流动、涡系结构的一种有效方式。近年来国内高等院校和科研院所都对侧齿汽封进行了数值计算分析，得到了一些结论。由于各计算中讨论的齿式汽封、侧齿汽封的结构不同，结果有所不同。文献对某平齿及高低齿结构的侧齿汽封相应进行了两维及三维的数值计算研究。研究认为，对平齿汽封，采用左侧、右侧或左右两侧的侧齿设计，相对漏汽量均减少约5%。对高低齿汽封，采用2mm高及3mm高的侧齿，在低齿的左侧、右侧或左右两侧布置，计算结果表明侧齿汽封的漏汽量均高于原高低齿汽封（增大3～10%）。

参考文献对300MW汽轮机的轴封改用侧齿汽封进行了数值计算研究，提出了该型轴封漏汽量的计算公式，计算得出该带有侧齿的曲径轴封，可有效减少汽轮机漏汽量20%以上。

根据上述文献， 能得到对齿式汽封采用侧齿可明显减少漏汽量约20%左右;但也有增大漏汽量的计算结果。由于各文献中计算条件的交代不是十分完整，很难对数据的正确性进行评价。 但总的说，侧齿汽封在一定程度上能减小漏汽量，合理的设置侧齿是减小漏气量的关键。

受侧齿汽封的专利所有权厂家华鸿工业技术有限公司的委托，上海发电设备成套设计研究院对高低齿汽封和侧齿汽封进行了漏汽量的数值计算研究。网格划分及数值求解在fluent中完成，在壁面附近及汽封齿周围对网格进行了加密，其它区域网格相对较粗，受到总体网格数量的限制，仅对30º的汽封弧段进行了计算，汽封弧段的两个断面设置为周期边界， 网格划分在gambit中完成,采用非结构化的网格,对壁面附近、齿封与台阶的间隙等部位进行了适当的网格加密，保证了较好的网格质量和网格数量。高低齿汽封的总网格数为120万，侧齿汽封方案的总网格数约为360万。并对网格无关性进行了探讨，保证了计算结果的可靠性。进口边界给定入口汽流的总压、总温，分别为50.5ata，375℃，出口给定静压，为41.5ata， 高低齿汽封的设计径向间隙为0.5mm。

表1为计算得到的汽封漏汽量结果。侧齿汽封的漏汽量明显低于高低齿。相比高低齿汽封，采取综合措施的优化侧齿汽封方案漏汽量减少了28.39%。这主要是通过合理的侧齿结构、侧齿对涡流的分割等共同作用，使得漏汽量明显减少。若侧齿汽封安装间隙能进一步减少，侧齿汽封方案漏汽量可减少。

表1 汽封漏汽量计算结果

由于侧齿汽封良好的阻汽特性和减振特性，大连华鸿工业技术有限公司[专利号：ZL 03 2 11345.5]制造的侧齿汽封已经在旧机改造和新机制造中获得了一定程度的应用。通过侧齿汽封应用于轴端汽封的改造，明显提高了汽轮机缸效率，减少了热耗，并改善了汽轮机真空。侧齿汽封现较多的用于旧机改造的轴端（或平衡活塞）汽封和隔板汽封，参考文献中提出了侧齿汽封在机组改造中的一些建议，认为侧齿汽封在隔板汽封改造中也有广泛的应用前景。

（1）侧齿汽封在迷宫汽封腔室中增加侧齿及顶齿，增大了汽封的热力学效应和摩阻效应。侧齿汽封由于其良好的阻汽特性和减振效果，以及在结构、安装方面的优势，在机组改造和新机组的使用上有广泛的应用前景。

（2）高低齿汽封及侧齿汽封的数值计算表明，相比高低齿汽封，采用综合改进措施的侧齿汽封漏汽量可减少28.39%，侧齿汽封阻汽效果明显。必须指出，相比高低齿汽封，侧齿汽封漏汽量的减少与齿隙变化、齿宽变化、腔室结构、侧齿汽封等多个因素相关。 要获得良好的效果，选择专业的侧齿汽封设计生产商尤为重要。

（3）侧齿汽封是在齿式汽封的基础上变化而来，它与原齿式汽封的特性和阻汽特性密切相关。应进一步加强系统的齿式汽封及侧齿汽封的研究，特别是阻气特性的试验研究。

参考文献：

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