一種帶內外缸夾層密封件的高中壓合缸機組的製作方法

2023-05-03 23:39:16

本實用新型涉及火力發電領域，具體涉及一種高中壓合缸機組汽輪機。

背景技術：

隨著火力發電機組容量的不斷增加，對做功蒸汽的壓力、溫度參數要求也大幅度提高，使得汽缸內外壁的壓力差增大了，相應的缸壁、法蘭、螺栓等部件要增厚、加粗，不利於機組運行中各部件溫度的均勻性。故大型汽輪機的高、中壓缸普遍採用雙層缸結構，這樣每層缸體承受的壓力差減小了，從而可以減薄內、外缸的壁厚，降低外缸的鋼材用料等級，並在機組啟停機時可加快汽缸的加熱和冷卻過程。

大型汽輪機一般分為高壓缸、中壓缸和低壓缸，其中高壓缸和中壓缸又分為高中壓合缸和高中壓分缸。

對於高中壓缸為合缸機型的大型汽輪機，內外缸之間設有夾層空間。機組運行時，壓力較高、溫度較低的高壓缸排汽會經夾層流向壓力較低、溫度較高的中壓缸排汽區。在高壓和中壓內缸外壁上各有一圈隔熱板（圓環形），隔熱板與高中壓外缸內壁對應位置的環形表面之間保留了適當的膨脹空隙；在夾層中部，外缸內壁上的定位環插置定位在內缸外壁的定位槽內，以此作為內缸軸向膨脹的相對死點。定位槽與定位環接觸面通過精加工緊密貼合，將夾層分隔成前後兩個區域。通過上述結構可有效減少夾層中高壓缸排汽流竄到中壓缸排汽區域，防止內缸的外壁被過分冷卻，維持內缸內外壁溫差在合理的範圍內。

夾層蒸汽的竄流造成的影響包括：內缸外壁的冷卻會增強，使得內缸內外壁溫差增加，造成內缸熱應力的增加而產生內張口，使內缸蒸汽發生洩漏，甚至影響汽缸壽命；溫度較低的夾層蒸汽與中壓缸三級抽汽混合，會使實際抽汽溫度下降；夾層蒸汽與中壓缸排汽混合，使中壓缸缸效虛高；降低機組經濟性。

實際運行中往往因上下缸溫差不同以及軸向推力的變化影響，這樣的夾層密封設計達不到密封的效果，冷態時接觸緊密的精加工面並不能保持整圈完全接觸，熱態運行時存在較大的漏汽，使內缸內外壁溫差過大。

有廠家在此基礎上做了改進，在定位槽與定位環之間的空間靠近高壓側安裝多道可退讓式汽封齒並增加軟密封盤根、以及在兩道隔熱板上各增加一圈可退讓式或鑲嵌式汽封齒，通過增加流動阻力和減少流動空間來減少夾層蒸汽流量。這樣的改進在短時間內比較有效，但隨著運行時間的增加，盤根會因破碎或移位、熱膨脹等原因，逐漸喪失阻流特性，夾層竄汽現象並無明顯改善。

技術實現要素：

為了解決現有技術的不足，本實用新型提供一種帶內外缸夾層密封件的高中壓合缸機組，通過在夾層間設置可退讓的密封組件來適應內缸和外缸因溫度變化產生的形變，確保各獨立腔室間始終保持相對密封。

本實用新型通過以下方式實現：一種帶內外缸夾層密封件的高中壓合缸機組，包括外缸以及設於外缸中的內缸，所述外缸和內缸間形成環狀夾層，所述夾層通過密封組件分割形成若干環狀獨立腔室，所述密封組件包括由若干密封件沿夾層周向圍合搭接形成的可退讓式密封環，所述密封組件通過鬆緊調節相鄰密封件間距實現密封環密封分割所述夾層。將夾層密封結構由原先通過填充裝配軟密封盤根的方式改進為裝配可退讓式密封環的結構，利用密封環可退讓特性來適應外缸和內缸因溫度變化而產生的變形，使得密封環各部始終與內缸、外缸上的預設貼合面密封貼合，確保各獨立腔室間互為密封。

作為優選，所述夾層通過三組沿合缸機組軸向分布的密封組件分割形成若四段獨立腔室，四段環狀獨立腔室包括依次沿合缸機組軸線分布的中壓排汽段、中壓夾層段、高壓夾層段以及高壓排汽段。通過三組密封組件在夾層中分割形成中壓夾層段、高壓夾層段，並以此確保內缸各區段內外壁間溫差精確控制，通過限制內缸熱應力來控制內缸形變，進而防止漏汽情況發生。

作為優選，所述中壓排汽段與中壓夾層段間、高壓夾層段與高壓排汽段間的內缸外壁區段上設有環狀隔熱環，所述隔熱環通過設於其外緣面上的密封環密封牴觸在所述外缸的內壁上。隔熱環上設有平衡孔，用於平衡中壓排汽段與中壓夾層段間、高壓夾層段與高壓排汽段間的汽壓。隔熱環外緣面靠近外缸內壁設置，具有阻隔熱量傳遞的作用，密封組件設置在隔熱環上，由於隔熱環與外缸間距較小，使得需要密封環封堵的面積也較小，有效提高密封性能。

作為優選，所述中壓夾層段與高壓夾層段間的外缸內壁區段上設有環狀定位環，所述內缸外壁上設有供所述定位環插接卡置的定位槽，所述定位槽通過設於其底面上的密封環密封牴觸在所述定位環的內緣面上。定位環沿外缸內壁周向設置，定位槽沿內缸外壁周向設置，定位環插置定位在定位槽內，防止內缸和外缸間發生軸向相對移動；密封組件設置在定位槽內，既利用定位槽底面與定位環內緣面間間距較小的優勢，有效減小密封環封堵的面積，還能利用定位槽與定位環間彎折貼合面，提高密封性能。

作為優選，所述密封組件包括設於其安裝工位上的引導環槽以及安置在所述引導環槽內的彈簧，所述密封環內緣部插置連接在所述引導環槽內，並通過所述彈簧密封牴觸在外缸內壁上。引導環槽既限制密封件沿內缸軸向移動，還起到引導密封件沿內缸徑向移動的作用。當內缸或外缸因溫度變化產生形變時，各密封件在對應彈簧的驅動下確保密封件外緣面始終與外缸內壁貼合。

作為優選，所述引導環槽槽口一側設有限位凸條，所述密封環內緣通過一設於其側部的卡位凸條可升降地卡置在所述引導環槽的槽腔內。引導環槽的槽口由於設置了限位凸條而形成口小腔大狀，密封件厚度與引導環槽槽口寬度一致，確保密封件可升降地插接在引導環槽內，密封件內緣通過卡位凸條卡置限位在引導環槽的槽腔內。

作為優選，所述密封環外緣與對應牴觸的外缸內壁、限位凸條外露側壁與對應牴觸的密封環側壁均為可密封貼合的精加工面。精加工面具有較好的貼合度，使得相互貼合的精加工面在相互貼合滑動時仍舊具有較好的密封性，確保密封環根據夾層空間變化時始終保持預設密封性能。通過在上述位置設置精加工面，來確保密封環分別與外缸、內缸貼合密封，進而保證各獨立腔室間密封。在密封件沿引導環槽升降活動時，限位凸條外露側壁能沿密封環側壁貼合滑動，在相鄰密封環錯位分離時，密封環外緣始終沿外缸內壁貼合滑動。

作為優選，所述引導槽底面開設容置彈簧的容置腔，所述密封件至少配置兩個分散布置的彈簧。容置腔用於安裝彈簧，起到限制彈簧形變的作用，確保彈簧的彈性回復力能沿預設施力方向施加作用力。

作為優選，所述密封件呈圓弧狀，包括分別設於其兩端的第一端和第二端，所述第一端上包括一豎置擋板以及一橫置擋板，所述密封件通過其上的第一端可伸縮地連接在相鄰密封件的第二端上，所述密封件首尾搭接形成環狀密封環。當相鄰密封件上相互連接的第一端和第二端錯位分離時，豎置擋板和橫置擋板起到封堵相鄰密封件端面間間隙的作用，確保相鄰密封件銜接處的密封性能。

作為優選，所述第一端截面呈L形，所述第二端截面呈方形，所述密封件通過其第一端的內凹面可滑動地包裹相鄰密封件的第二端。豎置擋板和橫置擋板拼合形成L形的第一端，方形的第二端插置搭接在第一端的內凹面上，使得第二端側壁分別與豎置擋板和橫置擋板牴觸，豎置擋板上緣與密封件外緣平滑過渡，確保相鄰密封件錯位分離時，豎置擋板上緣始終能緊密貼合在外缸內壁上。

本實用新型的突出有益效果：將夾層密封結構由原先通過填充裝配軟密封盤根的方式改進為裝配可退讓式密封環的結構，利用密封環可退讓特性來適應外缸和內缸因溫度變化而產生的變形，使得密封環各部始終與內缸、外缸上的預設貼合面密封貼合，確保各獨立腔室間互為密封，並防止各獨立腔室間因蒸汽竄流而造成內缸產生內張口、蒸汽洩漏等情況發生，確保氣缸使用壽命，提高機組運行經濟性。

附圖說明

圖1 為本實用新型剖視結構示意圖；

圖2 為定位環處密封組件剖視結構示意圖；

圖3 為相鄰密封件端面貼合時的剖視結構示意圖；

圖4 為相鄰密封件端面分離時的剖視結構示意圖；

圖5 為隔熱環處密封組件剖視結構示意圖；

圖中：1、外缸，2、內缸，3、密封件，4、中壓排汽段，5、中壓夾層段，6、高壓夾層段，7、高壓排汽段，8、隔熱環，9、定位環，10、定位槽，11、引導環槽，12、彈簧，13、豎置擋板，14、橫置擋板，15、第二端，16、限位凸條，17、卡位凸條。

具體實施方式

下面結合說明書附圖和具體實施方式對本實用新型的實質性特點作進一步的說明。

如圖1所示的一種帶內外缸夾層密封件的高中壓合缸機組，由外缸1以及設於外缸1中的內缸2組成，所述外缸1和內缸2間形成環狀夾層，所述夾層通過密封組件分割形成若干環狀獨立腔室，所述密封組件包括由若干密封件3沿夾層周向圍合搭接形成的可退讓式密封環，所述密封組件通過鬆緊調節相鄰密封件3間距實現密封環密封分割所述夾層。夾層截面呈環狀，當內缸2和外缸1因溫度變化發生形變時，夾層的截面輪廓也會相應變化，此時，封堵夾層截面的密封環會利用相鄰密封件3間移動的特點來適應夾層截面輪廓變化，確保各獨立腔室間相對密封。

如圖3、4所示，所述密封件3呈圓弧狀，包括分別設於其兩端的第一端和第二端15，所述第一端上包括一豎置擋板13以及一橫置擋板14，所述密封件3通過其上的第一端可伸縮地連接在相鄰密封件3的第二端15上，所述密封件3首尾搭接形成環狀密封環。密封件3第一端的端面上向外延伸形成所述豎置擋板13和橫置擋板14，且豎置擋板13覆蓋所述第一端端面的豎向區間，橫置擋板14覆蓋第一端端面的橫向區間。

在實際操作中，當密封件3上的第一端完整插接在相鄰密封件3的第二端15上時，第一端端面匹配牴觸在第二端15端面上，橫置擋板14和豎置擋板13分別完整地貼合在第二端15部側壁上，此時，密封環內緣直徑最小，彈簧12壓縮形變最大；當夾層截面輪廓寬度內缸2和外缸1形變而變大時，密封件3在彈簧12彈性回復力作用下沿引導環槽11豎向升起，確保密封件3外緣始終密封貼合外缸1內壁，此過程中，由於各密封件3均沿內缸2徑向向外移動，使得相鄰密封件3間的第一端端面和第二端15端面間脫離，導致橫置擋板14和豎置擋板13與對應的第二端部側壁間發生偏移，但第二端部側壁仍舊有部分側壁密封貼合在橫置擋板14或豎置擋板13上，橫置擋板14和豎置擋板13起到封堵第一端端面與第二端15端面間間隙的作用，確保相鄰獨立腔室間氣流不會發生竄流。豎置擋板13和橫置擋板14的外延長度應該大於密封件3外擴移動時第一端端面與第二端15端面間間隙尺寸的要求，使得密封件3在進行適應性形變時始終保持密封功能。

在實際操作中，所述第一端截面呈L形，所述第二端15截面呈方形，所述密封件3通過其第一端的內凹面可滑動地包裹相鄰密封件3的第二端15，使得第二端15端部能搭接在L形第一端的內凹面上。所述豎置擋板13和橫置擋板14均為平板狀，方便與第二端15部匹配插拔。此外，所述第一端截面還可以為多種形狀，且能與匹配的第二端15部配合插接，均應視為本實用新型的具體實施例。例如十字形，亦或是豎置擋板13垂直設置在橫置擋板14中部任一位置的結構。當然，所述第一端上可以具有多個豎置擋板13和橫置擋板14，形成方框形等，也應視為本實用新型的具體實施例。優選方案，所述橫置擋板14與所述限位凸條16等高設置，所述豎置擋板13頂面為精加工面，且與密封件3外緣的精加工面匹配設置。

在實際操作中，所述夾層通過三組沿合缸機組軸向分布的密封組件分割形成若四段獨立腔室，四段環狀獨立腔室包括依次沿合缸機組軸線分布的中壓排汽段4、中壓夾層段5、高壓夾層段6以及高壓排汽段7。由於內缸2中壓段和高壓段內溫度和壓力均不相同，使得中壓夾層段5、高壓夾層段6需要具有獨立調節溫度和壓力的功能，所以優選採用三組密封組件，確保中壓夾層段5、高壓夾層段6相對密封獨立。所述密封組件以及獨立腔室數量可以根據需要進行調整，有效防止內缸2因形變過度而發生張口、洩漏的情況，均應視為本實用新型的具體實施例。

在實際操作中，所述中壓排汽段4與中壓夾層段5間、高壓夾層段6與高壓排汽段7間的內缸2外壁區段上設有環狀隔熱環8，所述隔熱環8通過設於其外緣面上的密封環密封牴觸在所述外缸1的內壁上。所述中壓夾層段5與高壓夾層段6間的外缸1內壁區段上設有環狀定位環9，所述內缸2外壁上設有供所述定位環9插接卡置的定位槽10，所述定位槽10通過設於其底面上的密封環密封牴觸在所述定位環9的內緣面上（如圖2所示）。內缸2設置在外缸1內部，隔熱環8以及定位槽10均周向設置在內缸2的外壁上，引導環槽11均設置在內缸2外壁上，在密封環徑向移動時始終確保與內缸2外壁間密封（如圖5所示）。

在實際操作中，所述密封組件包括設於其安裝工位上的引導環槽11以及安置在所述引導環槽11內的彈簧12，所述密封環內緣部插置連接在所述引導環槽11內，並通過所述彈簧12密封牴觸在外缸1內壁上。密封組件安裝後，彈簧12始終處於被壓縮狀態，確保密封件3上緣始終密封貼合在外缸1內壁上。

在實際操作中，所述引導環槽11槽口一側設有限位凸條16，所述密封環內緣通過一設於其側部的卡位凸條17可升降地卡置在所述引導環槽11的槽腔內。限位凸條16從引導環槽11槽口一側側壁橫向延伸，使得槽口一側被封堵，限位凸條16與引導環槽11底面間形成供卡位凸條17移動的空間，通過卡位凸條17來防止密封件3脫離引導環槽11，所述空間高度應大於夾層截面形變量，確保密封件3移動量能滿足夾層形變後對密封性能的要求。

在實際操作中，所述密封環外緣與對應牴觸的外缸1內壁、限位凸條16外露側壁與對應牴觸的密封環側壁均為可密封貼合的精加工面。位於外缸1內壁上的精加工面為周向布置，確保密封件3相對外缸1內壁進行軸向或周向滑動時，位於密封環外緣上的精加工面始終能與外缸1內壁上的精加工面密封貼合。密封環朝向限位凸條16的側壁為精加工面，且上述精加工面的高度應滿足密封件3移動時始終與限位凸條16密封貼合的要求，為了使得限位凸條16外露側壁與對應牴觸的密封環側壁密封貼合，所述引導環槽11槽口在設置限位凸條16後留下的槽口寬度應該與密封件3厚度匹配，繼而實現兩者密封貼合。

在實際操作中，所述密封件3數量至少為兩個，且首尾搭接形成環狀密封環，所述引導槽底面開設容置彈簧12的容置腔，所述密封件3至少配置兩個分散布置的彈簧12。