防止叶片断裂的蜂窝密封技术

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1、防止叶片断裂的蜂窝密封技术北京化工大学何立东背景n 密封装置直接影响着机组的效率和稳定性(振动), 是现代燃气轮机、汽轮机和压缩机等叶轮机械发展的一项关键技术。 蜂窝密封具有减振和增效的双重作用.蜂窝密封的阻尼特性n利用蜂窝密封较好的阻尼特性，可以抑制透平机械的振动。试验表明，蜂窝密封可以提供较高量级的阻尼（9.02E+4 N-S/M）。相比之下，梳齿密封的阻尼小的可以忽略不计（5.31E+2 N-S/M）蜂窝密封减振的工作原理蜂窝密封减振的工作原理n振荡耗散机理振荡耗散机理 n蜂窝密封表面是一个“多孔”的壁面，瞬态存在着流体径向流进、流出等复杂流动。n气流在蜂窝中的往复振荡是蜂窝密封的一种机

2、理.因为蜂窝中的气体可以简化成弹性气柱,类似于空气弹簧，形成弹簧振子。n大量蜂窝孔中的空气弹簧振子形成了一层气体弹性气膜，气流在蜂窝中的往复振荡会耗散气体的能量，振荡气膜对间隙泄漏气流也有阻碍作用，减少了气体的泄漏。航天飞机液氢、液氧涡轮泵的应用n美航天飞机主机高压涡轮输氧泵，其排氧压力为4.89 X 107 Pa，工作转速为30000rmin，试验时发生低频振动加剧了滚动轴承的磨损。n将级间梳齿密封换成蜂窝密封后低频振动消失，转子密封系统的刚性增强，阻尼增加，使转子的第二阶临界转速从32500rmin提高到 35200r min，距最大工作转速的裕度提高到 17.n蜂窝密封使转子系统的阻尼提

3、高了100多倍，使轴承负荷减小了 3540，延长了轴承寿命。舰用燃气轮机n我国导弹驱逐舰中的GT25000机组，约在26处应用了高性能蜂窝密封替代传统的梳齿密封，对保障机组高效、稳定运行，发挥了重要的作用。航空发动机 中国歼-8发动机应用蜂窝密封后,转子振动减轻60%. 地面试验人员说,发动机原来使用齿密封,地面台架试验时,振动使人的腿都发麻.改成蜂窝密封后,试验时已经感觉不感觉麻了. 目前,我国的歼-10，运-12,美国的U-2，F-16都大量应用了蜂窝密封.蜂窝密封的技术要点和指标技术要点和指标n蜂窝汽封可以提供较大的阻尼(100多倍)来抑制转子振动。n泄漏量是梳齿密封的一半，显著降低了汽

4、封的泄漏量，提高机组的效率。以一台300MW汽轮机发电机组为例，每年可以多发电约1.8亿度n由于蜂窝壁厚很薄，如果蜂窝密封与转子碰磨，首先磨损的是蜂窝密封，对转子没有伤害。从而保证蜂窝不会与转子产生磨擦而发生危险 。n叶顶对应的缸体上安装蜂窝汽封可以有效去湿，防止水刷，提高叶片的安全，提高叶片寿命一倍以上。n蜂窝密封有很强的耐高温能力，结构强度也很好，不易倒伏，可以承受很高的压力。离心压缩机n1995年，6台排气压力为312Bar的背对背式离心压缩机，将段间密封设计成带有喷射流的蜂窝密封。自投产以来，一直运行平稳。n同年，三台排气压力为500Bar的背对背式离心压缩机，段间密封为带有喷射流的蜂

5、窝密封，并应用了阻尼轴承。在全负荷实验中，没有发现明显的亚异步振动，而且一阶固有频率的振动也得到了很好的阻尼。 离心压缩机中的蜂窝密封 轴 汽轮机叶顶减振蜂窝汽封的原理汽轮机叶顶减振蜂窝汽封的原理n叶尖间隙区域存在泄漏涡和激波的相互作用等非常复杂的流动过程.有效控制其内部流动过程将有助于改善叶轮机的性能，扩大叶轮机的稳定工作范围n在蜂窝密封中，各个小蜂窝就像一间间彼此隔绝的小房间一样，气流在不贯通的蜂窝中被强烈地耗散，减低了流速，达到了减少振动和泄漏的目的.n导致叶片断裂的重要原因之一是叶片在很高的气流激振力作用下，产生疲劳裂纹，裂纹进一步发展导致叶片断裂。本技术通过分析激振力产生的原因，研制

6、了控制叶片激振力幅值和频率的减振环，通过改变气流的流场，显著控制叶片激振力幅值和频率，可以大大延长叶片的寿命，已经在多台新、旧汽轮机中得到了应用和验证。汽轮机叶顶去湿减振蜂窝汽封汽轮机叶顶去湿减振蜂窝汽封n在汽轮机中，低压末几级动叶片水蚀造成叶片寿命缩短是一个普遍存在的问题。n尽管采用镀铬、渗碳、表面淬硬、焊接硬质合金快等方法来提高动叶片表面的硬度，以抵抗水珠的冲蚀，动叶片水蚀问题仍没有从根本上得到解决，掉叶片事故时有发生。n湿蒸汽问题不仅造成汽轮机低压末几级动叶片严重水蚀，引起叶片的断裂破坏，而且使级的效率明显下降。 n在汽轮机叶顶对应的隔板上安装蜂窝汽封，是目前最新的去湿、密封技术，可以防