贝连花
昭平县人民医院 广西 贺州 546800
摘要：分析了蜂窝密封技术的特性及优势，介绍了应用蜂窝密封技术的热力发电机组改造的主要内容，围绕汽轮机轴封、相关改造思路、油档等内容对改造技术方案进行了梳理，并对相关结果进行了总结，以供参考。
关键词：蜂窝密封技术；热力发电机组；汽轮机轴封；油档
引言：蜂窝密封是一个机械术语，相关技术是指以密封体和蜂窝带构成一个装置，目的在于阻止热力发电机组中的汽轮机、内燃机等流体机械高速运转轴系中的工作介质、润滑介质、冷却介质等内外泄漏，从而达到提高上述机械运转效率、节能减排、安全稳定运行的目的[1]。
1.蜂窝密封技术简析
蜂窝密封技术曾经主要应用于航天工业，是针对高温、高压差工况开发出的高级密封技术。如美国的阿波罗号系列航天飞船、航天飞机、U2隐型侦察机、F16战斗机等均应用了蜂窝汽封技术。近年来，我国的很多军用飞机及部分民用飞机的发动机设计环节也逐渐应用了该技术，相关设备的运转效率平均提高幅度超过10%。总体而言，蜂窝密封技术主要使用蜂窝带和满足各类需求的密封体，在特殊加工工艺的作用下，将上述物质与机械运转设备组成一个整体。由于蜂窝密封装置带由形似“小蜂窝”的六边形小孔组成而得名。相关测量结果显示，六边形蜂窝孔并不是等边六边形，对边边长及距离的浮动范围在0.8～6.0mm之间，且蜂窝深度可达1.6～6mm。有研究表明，蜂窝的尺寸与密封的动力特性系数之间存在关联性，随着蜂窝密封产生的阻尼和刚度的提升，密封的稳固程度也会随之提升。
2.蜂窝密封技术在热力发电机组中的应用流程
2.1蜂窝密封技术特性及应用优势分析
在蜂窝密封技术出现之前，各行各业针对相关设备采用的密封装置为“梳齿式密封”，效果相对有限。原因在于，用于密封的装置本身存在“间隙过量”的问题，导致汽轮机等设备在运行过程中损失的总能量超过总量的50%，浪费了大量的资源[2]。而使用蜂窝密封技术之后，可抑制气流在密封腔中的“周向流动”，即使在压差较高、间隙密封较小的状态下，仍然可以保证机组处于稳定运转状态，以达到提高机组效率、减少能量损耗的目的。与此同时，蜂窝的六边形网孔还具备吸附水滴的功能，进而可以有效吸收空气中的水分，使机械设备处于干燥的状态，达到保护叶片的目的。
2.2应用蜂窝密封技术的热力发电机组改造内容
某公司能源部的4#汽轮发电机组由杭州中能汽轮动力有限公司生产，功率为12MW，型号为C12-3.43/0.98，结构形式为：以整煅转子作为汽轮机转子，前轴封达到6级、后轴封达到4级。曾经使用的密封技术为梳齿式汽封，包含迷宫式和镶嵌齿片式。该热力发电机组现存的问题为：①前轴封的磨损情况十分严重，且一旦进入运行状态，会渗漏大量气体，危险程度极高。②轴封汽大量外泄造成的后果是，设备低压轴封出的轴封汽量长时间无法达到标准值，导致机组内部的真空平衡被严重破坏，排气缸的温度长时间处于较高水平，整体负荷极低。经过综合评估，决定改变密封方式，从原来的梳齿式汽封转变为蜂窝密封。
改造相关内容为：①主要部位：汽轮机轴封，从梳齿式密封转变为蜂窝密封。②油档改造，从传统的齿片式转变为新型密封油档（随动式）。改造预期目的为：彻底解决“油中进水”的问题，从根源上避免再次出现油质乳化问题。
改造的原则为：①保持汽轮机转子凹凸台不变，只在汽封环处进行改造（调整为蜂窝带）。②取下原本位于转子轴上方的高低齿，维持汽封体原本的形状以及退让弹簧原本处于的伸缩状态不变。
基于上述思路进行改造后，预期获得的效果为：汽轮机的汽封环宽度维持原来的标准不变，且可保持相对位置也不会出现明显变化。此外，蜂窝式密封设计的整体结构处于可微调状态，有助于同时提高汽轮机运转效率和间隙调整的精确程度。
2.3改造技术方案
2.3.1汽轮机轴封的改造
蜂窝式密封与梳齿式密封技术相比，最大的优势在于，具备气流阻尼作用的“齿”的数量更多。不仅如此，由于蜂窝带、汽封体等能够形成蜂窝腔室，当漏轴向漏气进入密封的腔室之后，首先会集中在蜂窝带中的六边形小孔中。随着渗透而来的气体量的增大，由于空间有限，气体不会移动至其他区域，而是逐渐“堵塞”，继而对后续移动至此的气体产生逐渐增大的阻滞作用，进而达到密封的状态。上述改造方式主要应用于汽轮机轴封的改造，原则上能够较好地克服梳齿式汽封使用一段时间后密封效果逐渐减退的劣势。改造的具体过程为：第一，将蜂窝带与之前的梳齿式密封的相邻两个高齿之间的中心位置进行“钎焊”作业，且保证尺寸宽度。第二，处于轴封上方的“凸台”自始至终都应对准蜂窝带，避免发生“从台上掉落”的情况。第三，精确控制密封的简析。执行此项操作的原理为：汽轮机轴封原本便具备极大的耐磨性，运行寿命极长，能够在相当长的时间内维持密封间隙参数不变，意味着能够在相应长的时间内维持良好的密封效果。如前文所述，汽轮机设备运转期间，大量蒸汽移动至蜂窝孔之后，受到阻滞便会立刻“反冲”。但与之前的“横冲直撞”移动方式存在明显的不同，“反冲”的蒸汽会呈现处涡流状特性，能够大幅度提高对后续移动至此的蒸汽的阻滞效果。不仅如此，蒸汽具备一定的黏稠性，与处于高速运转的轴接触时，会在表面形成具备一定刚度的“蒸汽膜”，可有效加强轴的振动阻尼，以达到抵消气流激振作用的目的。
2.3.2改造思路简析
上述改造方式看似具备复杂性，实际改造的内容却很简单，即将梳齿式密封转变为蜂窝式汽封即可，无需调整其他结构。
2.3.3油档改造
油档的改造也是蜂窝密封技术的重点改造目标，改造的原则为：由新型的随动式密封有待替代原有的固定式齿片油档。此种调整的优势为：①内环材料的耐热性大幅度提高（可达400℃）；②内环与轴之间处于“相对静止”的状态，即内环会随着轴的转动而转动，使得密封间隙几乎永远能够维持在固定参数范围内。如此一来，在内环与轴的相对位置不变的情况下，密封油膜的形成速度会远远超过之前，有助于提高密封效果。③新型内环材料除了耐高温之外，还具备一定的“自润滑”特性，故随轴运转的过程中，无论是轴还是内环，受到的磨损程度均较低，故使用寿命较长（还有助于提高轴的使用寿命）。④内环的下方还会设置一个防磨弹簧，能够在很大程度上（几乎100%）抵消内环的重量，进一步保证密封间隙值的稳定。而此种改造还具备一个优势，即原有的固定齿片式油档相对汽轮机固定，相对轴高速运转。基于此，转子的振动幅度一旦提升，则轴与内环之间必定出现磨损。长此以往，密封间隙会明显增大，密封效果几乎肉眼可见般降低，磨损严重时甚至有漏油的危险。而经过改造后，上述问题不复存在，机组设备运转效率提升的同时，作业安全性也能得到保证。
结语：蜂窝密封技术应用于热力发电机组设备后，可在无需大规模调整机组设备密封结构的情况下，显著提升设备密封性能，有助于设备以更高效率运转的同时，保证安全性，值得广泛应用。
参考文献：
[1]王胜利,何立东,亢嘉妮,等.蜂窝密封技术在空分增压机级间密封上的应用[J].北京化工大学学报(自然科学版),2021,48(01):87-94.
[2]李蕴华.蜂窝密封技术在热力发电机组中的实践应用[J].河北冶金,2019(S1):82-84.