利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置的制作方法

1.本发明涉及一种利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置，属于密封装置领域。


背景技术：

2.回转式空预器是一种应用于大型燃煤电站锅炉的热交换设备，它利用锅炉烟气的热量来加热燃烧所需的空气，以此来提高锅炉的效率。空预器转子由冷态到热态，由于上、下两端面温度不同以及钢材受热后刚性的减弱，产生“蘑菇状”变形，传统刚性密封片通过螺栓分段固定在转子隔板上，随着转子隔板的变形，漏风间隙也随之改变。基于转子“蘑菇状”变形的机理，轴向及冷端径向位置预留合适的冷态间隙，热态时动静配合间隙便趋于零；热端径向位置虽然冷态预留间隙很小，但热态时会形成较大的三角漏风区域。
3.为减小上述三角漏风区域面积、降低空预器漏风率，目前工程上一般采取两种技术路线：一是国内三大主机厂家(东锅、哈锅和上锅)所配备的扇形板自动跟踪系统(简称lcs)；二是近些年发展起来的柔性密封技术。
4.不难理解，这实际上体现了一个问题的两个方面：空预器密封问题是密封片与扇形板的配合问题，密封片自动贴紧扇形板和扇形板自动跟踪密封片均可实现减少漏风的目的。但这两种方案在工程应用中又都存在如下问题：受恶劣工况(高温、粉尘等)、检修质量、管理水平等多种因素的影响，绝大多数电厂lcs系统都不能正常投运或者投运效果不理想。全球领先的回转式空预器供应商howden一直未在空预器上配套lcs，也从侧面说明此技术还需要进一步完善。而传统柔性密封技术更是暴露出磨损过快、结构不可靠、间隙补偿量不足等问题，根本无法满足工程要求。
5.总之，热端径向三角漏风区域的漏风问题一直未得到彻底解决，而且随着机组向大容量方向发展，空预器转子直径不断增大，若不采取措施，热端径向三角漏风区域的漏风份额越来越大。如采用传统刚性密封片且热端扇形板不可调时，300mw机组热端径向最外缘间隙超10mm，600mw机组超25mm，1000mw机组间隙在50mm左右。600mw及以上机组所配备的空预器热端径向三角漏风占总漏风量的50％以上，往烟气侧的绝对漏风量也超3％，一次风漏风率则可能超过30％。


技术实现要素：

6.本发明提供一种利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置，安装在空预器转子的热端径向隔板上，用于消除空预器因受热而产生的三角漏风区域，显著降低空预器漏风率。
7.为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
8.利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置，安装在空预器转子的热端径向隔板上，一端靠近转子中心筒、另一端靠近转子外缘角钢，至少包括沿厚度方向依次设置的固定板、密封片和压板，密封片上设有沿长度方向分布的密封片安装孔，固定板上
设有沿长度方向分布的固定板安装孔，密封片的线性膨胀系数大于固定板的线性膨胀系数；固定板沿密封片的长度方向设置、并通过同时穿过密封片安装孔和固定板安装孔的装夹螺栓相对固定；靠近转子中心筒的一端为膨胀起始端，膨胀起始端的装夹螺栓拧紧固定、其余的装夹螺栓非完全拧紧，使得密封片和固定板受热后分别向靠近转子外缘角钢的另一端自由膨胀；膨胀起始端下游的密封片和固定板之间设置至少一组二维导向机构。
9.密封片的长度方向与空预器转子径向一致；将空预器转子径向上，从转子中心筒到转子外缘角钢的方向定义为从上游到下游的方向。
10.申请人经研究发现，密封片沿着空预器转子径向的膨胀量大于固定板的膨胀量，通过二维导向机构使水平径向相对位移转变为垂直轴向向上的位移、同时形成错位位移，可有效补偿空预器热端三角漏风区域。上述密封装置变形与空预器蘑菇状变形均受热驱使，两者变形方向相反且同步，从而保持空预器热端径向间隙始终维持在较小水平。
11.本技术通过二维导向机构的设置，在膨胀或收缩时，使得密封片和固定板按照特定的路径滑动，既能确保运行的稳定性，又能准确控制位移量，进而准确控制补偿量，避免出现补偿过大或过小的问题，在有效降低空预器漏风率的同时，确保了空预器的安全稳定运行。
12.为了防止上述密封片变形异常导致与空预器扇形板恶性碰磨，优选，密封片上边沿、靠近转子外缘角钢的一端，安装至少一组滚轮机构，滚轮的顶点不低于密封片上边沿，一旦密封片与扇形板发生碰磨，由滚轮首先与扇形板接触，从而保证密封片不受严重破坏。
13.密封片从上到下的方向与密封片的长度方向垂直。
14.为了获取合适且稳定的密封装置变形特性，优选，二维导向机构包括导轨和导向块，导轨行程为直线或曲线，导轨行程或导轨行程的切线与水平面夹角不小于10
°
。该角度越大，水平位移转换为垂直位置的量越大，根据空预器三角漏风区的具体大小来确定导轨行程的角度，以实现三角漏风区的最大补偿，最大程度地降低漏风率，同时，避免补偿过大导致碰磨，以确保安全性。另外，当为导轨行程为直线时，水平方向膨胀量按固定比例转化为垂直方向补偿量，而为非直行程时，水平方向膨胀量转化为垂直方向补偿量时也为非线性，具体按空预器温度变化特性选择导轨行程为直线或曲线，冷热端温差与热端温度之间线性关系良好时选择直线，当明显呈非线性关系时选择曲线。
15.为了安装方便，二维导向机构的导轨设在密封片上，导向块设在固定板上。
16.二维导向机构可设置为各种结构，为了方便制造，在密封片上设置斜面结构的导轨，在固定板上设置与导轨匹配的导向块，导向块与导轨滑动配合；或者，在密封片下边沿设置开口向下、倾斜设置的凹槽作为导轨，导向块与凹槽的形状相适应，导向块滑动配合在凹槽内、并可相对凹槽上下滑动，导向块一侧连接在固定板上；或者，在密封片上开设平行四边形空腔，导轨即为平行等长的两侧边，导向块也为平行四边形，导向块安装在平行四边形空腔内侧，导向块的两侧边分别与导轨的两侧边滑动配合，导向块的高度小于平行四边形空腔的高度，且导向块一侧连接在固定板上，这样导向块可在平行四边形空腔内沿其侧边滑动。
17.当在密封片上开设平行四边形空腔时，平行四边形空腔包括平行的上底和下底、及平行的两侧边，优选，平行四边形空腔的上底和下底与水平面平行，平行四边形空腔的两侧边与水平面夹角不小于10
°
。对应的导向块的上底和下底与水平面平行，导向块的两侧边
与平行四边形空腔的两侧边、平行且对应。
18.为了保证上述密封装置变形的稳定性，优选，密封片与固定板之间设置不少于2组二维导向机构。
19.为了获取足够的热补偿量，优选，密封片的线性膨胀系数比固定板的线性膨胀系数大30％以上。
20.为了减小静摩擦对上述密封装置变形的影响，优选，在密封片上，非完全拧紧的装夹螺栓所在的密封片安装孔周围装设两个以上滚珠。
21.为了保证上述密封装置的强度以及稳定性，密封片和固定板的厚度均不小于3mm，且密封片的上边沿高于固定板的上边沿。
22.为了保证密封片和固定板相对膨胀顺畅，以及变形特性稳定，密封片安装孔为倒角矩形，水平方向宽度不小于相应位置密封片与固定板之间胀差和装夹螺栓直径之和；固定板安装孔为圆孔或水平方向的腰孔，固定板安装孔在竖直方向的尺寸比装夹螺栓直径大0.2
‑
5mm。
23.固定板与热端径向隔板可一体也可分体设置，为了安装维护方便，优选，固定板与热端径向隔板分体设置，固定板位于热端径向隔板和密封片之间。
24.对于每一径向隔板，上述空预器热端密封装置均为一整体，沿转子径向不允许分段，但为了加工和搬运方便，允许分段结构现场焊接后重新成为一个整体。
25.本发明未特别限定的技术均为现有技术。
26.本发明利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置，密封片的线性膨胀系数大于固定板的线性膨胀系数，二者在受热时形成不同程度的膨胀，同时结合二维导向机构的设置，使水平径向相对位移转变为垂直轴向向上的位移，最大化地补偿了空预器热端三角漏风区域，显著降低了空预器漏风率，确保了运行的稳定性；密封装置变形与空预器蘑菇状变形均受热驱使，两者变形方向相反且同步，从而保持空预器热端径向间隙始终维持在较小水平；进一步，提高了稳定性，避免了恶性碰磨，延长了密封片的使用寿命。
附图说明
27.图1为本发明实施例1中利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置的主视图；
28.图2为本发明实施例1中利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置的侧视图；
29.图3为本发明实施例2中利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置的主视图；
30.图4为本发明实施例2中利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置的侧视图；
31.图5为本发明实施例3中利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置的侧视图；
32.图6为本发明实施例4中二维导向机构的示意图；
33.图7为本发明实施例5中二维导向机构的示意图；
34.图8为本发明实施例7中二维导向机构的示意图；
35.图中，1为密封片，2为固定板，3为压板，4为装夹螺栓，5为热端径向隔板，6为密封片安装孔，7为固定板安装孔，8为二维导向机构，9为膨胀起始端，10为导轨，11为导向块，12为滚珠，13为滚轮机构。
具体实施方式
36.为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
37.下述“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
38.实施例1
39.如图1
‑
2所示，利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置，安装在空预器转子的热端径向隔板上，一端靠近转子中心筒、另一端靠近转子外缘角钢，至少包括沿厚度方向依次设置的固定板、密封片和压板，密封片上设有沿长度方向分布的密封片安装孔，固定板上设有沿长度方向分布的固定板安装孔，密封片安装孔和固定板安装孔的数量相等、且一一对应；密封片的线性膨胀系数大于固定板的线性膨胀系数；固定板与热端径向隔板分体设置，固定板位于热端径向隔板和密封片之间，固定板沿密封片的长度方向设置、并通过依次穿过热端径向隔板、固定板安装孔、密封片安装孔和压板的装夹螺栓相对固定，每对密封片安装孔和固定板安装孔都对应一个装夹螺栓；靠近转子中心筒的一端为膨胀起始端，膨胀起始端的第一个装夹螺栓拧紧固定、其余的装夹螺栓均非完全拧紧，使得密封片和固定板受热后分别向靠近转子外缘角钢的另一端自由膨胀；膨胀起始端下游的密封片和固定板之间设置3组二维导向机构，二维导向机构包括导轨和导向块，导轨行程为直线，导轨设在密封片上，导向块设在固定板上。
40.经工程实践验证，密封片沿着空预器转子径向的膨胀量大于固定板的膨胀量，通过二维导向机构使水平径向相对位移转变为垂直轴向向上的位移、同时形成错位位移，可有效补偿空预器热端三角漏风区域；且上述密封装置变形与空预器蘑菇状变形均受热驱使，两者变形方向相反且同步，从而保持空预器热端径向间隙始终维持在较小水平。
41.实施例2
42.在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：如图3
‑
4所示，为了防止上述密封片变形异常导致与空预器扇形板恶性碰磨，密封片上边沿、靠近转子外缘角钢的一端，安装至少一组滚轮机构，滚轮的顶点不低于密封片上边沿；一旦密封片与扇形板发生碰磨，由滚轮首先与扇形板接触，从而保证密封片不受严重破坏。为了减小静摩擦对上述密封装置变形的影响，在密封片上，非完全拧紧的装夹螺栓所在的密封片安装孔周围装设两个以上滚珠。
43.实施例3
44.在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：如图5所示，固定板与热端径向隔板为一体设置。
45.实施例4
46.在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：如图6所示，导轨行程为曲线，曲线的
切线与水平面夹角为45～60
°
；导轨设在密封片下边沿，导向块设在固定板下边沿。
47.实施例5
48.在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：为了获取足够的热补偿量，密封片的线性膨胀系数比固定板的线性膨胀系数大30％以上；为了保证上述密封装置的强度以及稳定性，密封片和固定板的厚度均不小于3mm，且密封片的上边沿高于固定板的上边沿。二维导向机构如图7所示，导轨设在密封片下边沿、为开口斜向下、倾斜设置的凹槽结构，导向块的一侧焊接在固定板上，导向块滑动连接在凹槽内，导向块沿凹槽的深度方向滑动，导轨行程也即凹槽的深度方向，导轨行程与水平面夹角为60
°
左右，这样可将10mm的水平位移转换为17.32mm的垂直向上位移，密封片在膨胀和收缩时，二维导向机构均起导向作用。
49.实施例6
50.在实施例5的基础上，进一步作了如下改进：为了保证密封片和固定板相对膨胀顺畅，以及变形特性稳定，密封片安装孔为倒角矩形，水平方向宽度不小于相应位置密封片与固定板之间胀差和装夹螺栓直径之和；固定板安装孔为圆孔或水平方向的腰孔，固定板安装孔在竖直方向的尺寸比装夹螺栓直径大0.2
‑
5mm。
51.实施例7
52.在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：如图8所示，在密封片上开设平行四边形空腔，导轨即为平行等长的两侧边；在平行四边形空腔内部安置导向块，导向块也为平行四边形，且导向块焊接在固定板上，导向块的两侧边分别与导轨的两侧边滑动配合，导向块的高度小于平行四边形空腔的高度，导向块的左右两边分别起到热胀导向和冷缩导向的作用，导向块只能在平行四边形空腔内沿侧边上下滑动，平行四边形空腔的上底边和下底边起到下限位和上限位的作用。
53.经实践，上述各例的利用密封片与固定板之间胀差补偿的空预器热端密封装置，密封片的线性膨胀系数大于固定板的线性膨胀系数，二者在受热时形成不同程度的膨胀，同时结合二维导向机构的设置，使水平径向相对位移转变为垂直轴向向上的位移，最大化地补偿了空预器热端三角漏风区域，显著降低了空预器漏风率；密封装置变形与空预器蘑菇状变形均受热驱使，两者变形方向相反且同步，从而保持空预器热端径向间隙始终维持在较小水平；进一步，提高了稳定性，避免了恶性碰磨，延长了密封片的使用寿命。