一种自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置的制作方法

本发明涉及一种自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置,属于火电厂设备中的回转式空气预热器领域。

背景技术：

空气预热器是火电厂锅炉系统的重要组成设备，用来吸收锅炉400℃以下烟气的余热，可以提高锅炉整体效率12-15％。大型火电机组多配置结构紧凑的大直径的回转式空气预热器，设备运行时，由于转子热端(一般在上端)温度可比冷端(一般在下端)高200-300℃，导致空预器转子从冷态的圆柱形变为上下端为外周下垂的蘑菇型，转子热端外周和固定在壳体密封区上的热端扇形板之间间隙从冷态时的接近零增加为热态的数十毫米，导致压力较高的空气流经扇形板和转子密封片间形成的近似三角形间隙(参见附图1)漏入压力较低的烟气中，大大增加了空预器的热端径向漏风。如附图1所示，传统空预器的热端径向密封由以下构件组成：热端扇形板1通过内吊杆3、外吊杆4固定在空预器热端壳体梁2下方，热端径向密封片5通过紧固件6固定在转子径向隔板7上，在热态运行时，扇形板和转子密封片间出现三角漏风区8。据评估，若对此处漏风通道不加处理，此处产生的空预器漏风可达总漏风量的一半甚至以上，并随空预器直径的增大而增加。漏风气流没有参与锅炉燃烧就排走了，增加了空气预热器内的气流阻力和风机的输送流量，增加了电厂的风机耗电量，降低了发电经济性。如对这股漏风不加管制，每年送、引风机多耗用的电量折算损失达数百万元。

目前减小空预器转子变形引起的热端三角漏风区大小的手段主要有两类：一类是设置热端扇形板自动调节装置，密封片预装为下凹形状以抵消转子变形影响，转子变形后变成直线；由传感器测量空预器变形后的转子位置，控制系统据此操纵热端扇形板外端提升机构，放下扇形板到接近转子密封片处从而消除三角漏风区，这个方法大型空预器使用较多，能保证扇形板和密封片不接触，没有运行磨损，可大幅降低漏风量。但该机构系统复杂，提升扇形板的机构在高温环境工作、电气系统复杂、测温、接触控制元器件和传感器损坏率较高，故障率较高，一旦损坏不能正常提起扇形板时存在卡停空预器风险，设备不能正常工作时，扇形板拉高后，产生的热端径向漏风率比不配备该设备的空预器还要大，运行维护工作量也较大。另一类是设置可动密封片，利用弹簧等零件将密封片弹起使之接触扇形板，从而减少漏风间隙，但这个方法存在运行磨损，低负荷时弹簧和扇形板接触压力大，密封片通过扇形板时存在冲击，导致扇形板磨穿、弹簧脱落、径向隔板撕裂，设备可靠性很低。使用的弹簧在高温时很快变软失效，寿命很短，维护工作量大，维修维护费用很高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是：现有空预器转子热变形的热端径向密封结构复杂、密封片与热端扇形板接触压力大引起密封效果差和维修成本高的问题。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是提供了一种自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置，其特征在于：包括设在转子径向隔板上的固定密封结构和动密封结构，所述固定密封结构为密封槽，所述密封槽沿转子径向设置并与转子径向隔板连接固定，密封槽的槽口方向朝向转子径向隔板上方的热端扇形板；所述动密封结构包括动密封片和补偿器，所述动密封片设在密封槽内，动密封片靠近转子中心的一端与密封槽活动连接，另一端与补偿器连接，补偿器与转子径向隔板连接固定；所述补偿器采用伸缩补偿结构，伸缩补偿方向与转子外周下垂方向相反，伸缩补偿量与转子外周下垂量一致，补偿器伸缩带动动密封片在密封槽内上下活动与热端扇形板之间形成动态密封，固定密封结构和动密封结构共同作用实现对三角漏风区的封堵。

优选地，所述补偿器为封闭伸缩结构，包括波纹管、底板和盖板，底板和盖板分别设在波纹管的两端，三者形成封闭腔体，腔体内充有气体，气体体积随温度变化，补偿器的盖板随之伸缩，所述底板与转子径向隔板连接固定，所述盖板外侧与动密封片连接固定，盖板内侧与导向装置连接，所述导向装置设在波纹管内形成伸缩导向轴线防止补偿器承载后波纹管出现歪斜。

优选地，所述导向装置包括导向筒、顶头和顶杆，所述顶杆的一端与底板连接固定，另一端与顶头连接固定，所述顶头为圆柱形，所述导向筒套在顶头上，导向筒的一端与盖板连接，顶头和导向筒内壁形成导向轴线。.如权利要求所述的一种自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置，其特征在于：所述导向筒的另一端向导向筒内侧凸出形成用于限制补偿器最大伸缩补偿量的限位环。

优选地，所述固定密封结构包括夹板密封片和垫板，所述垫板设在两片夹板密封片之间形成密封槽。

优选地，所述动密封片由1～5片薄板叠制而成。

优选地，所述动密封片靠近热端扇形板的一端设有引导折边。

优选地，所述波纹管的外侧设有护套防止磨损。

优选地，所述盖板上设有连接杆，所述盖板和动密封片之间通过连接杆连接固定。

优选地，所述底板通过连接板与转子径向隔板连接固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明将密封片分成和转子固定部分和可动部分,补偿器提供和转子变形量匹配良好的补偿量，使动密封片贴近扇形板密封面并保持一定的安全间隙，运行时热端扇形板无需上下调节，动密封片也能始终不接触扇形板，能自动适应不同负荷时的转子变形量，从而消除因转子变形而形成的热端三角形漏风区，大幅度降低空预器漏风率。

补偿器高度可控制到小于热端扇形板和传热元件之间的距离，可以方便的实现对现有空预器热端径向密封进行更新升级改造，可利用现有扇形板，无需抬高扇形板高度位置，能完全替代热端扇形板自动调整系统、弹簧式密封等热端径向密封结构并克服其弊端。

所有零件均为易拆除结构，夹板密封片和补偿器和转子径向隔板的连接均采用螺栓连接，在安装、拆除传热元件包时可方便卸下，也便于快速恢复，具有结构简单、无运行磨损、投入省、施工快、维护少、可靠性高的优点。

附图说明

图1为转子热态变形后产生的热端三角漏风区示意图；

图2为本发明自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置在冷态状态时结构示意图；

图3为本发明自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置在热态状态时结构示意图；

图4为图3沿a-a向的剖视图；

图5为补偿器内部基本结构图。

图6为转子外周下垂变形量和补偿量关系图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。

如图4所示，本发明一种自适应空预器转子热变形的热端径向密封装置，将密封片分成和转子固定部分以及可动部分，包括固定密封结构和动密封结构,固定密封结构包括夹板密封片9和垫板10，夹板密封片9设置有两层，两层夹板密封片9间垫有垫板10，垫板10的高度低于夹板密封片9与夹板密封片9形成密封槽，夹板密封片9和垫板10通过紧固件11固定在径向隔板7近上端位置，密封槽的槽口方向朝向转子径向隔板7上方的热端扇形板1。两夹板密封片9之间上部留出等于垫板10厚度的间隙用于插入安装动密封片12。

动密封结构包括动密封片12和补偿器14，动密封片12由1～5片薄片叠制成，本实施例中采用两片，动密封片12总厚度小于垫板10，动密封片12靠近热端扇形板1密封面的一侧加工引导折边(加工引导折边为非必要要求)，动密封片12和夹板密封片9在靠近转子中心的内端通过销13相连，动密封片12可绕该销13转动；动密封片12的外端和补偿器14相连，补偿器14用螺栓15固定在转子径向隔板7近上端处。空预器处于热态工作状态时，动密封片12外端受补偿器14伸缩带动而绕内端销13转动，和密封槽间出现滑动，二者的相对位置由图2变为图3所示，此时动密封片12和夹板密封片9共同作用，封堵住因转子变形而生成的三角漏风区8。

如图5所示，补偿器14为封闭可伸缩结构，由波纹管14-1、底板14-2、盖板14-3三者焊接成一体形成封闭腔体，腔体内充有气体，气体体积随温度变化，补偿器14随之伸缩，伸缩量和周边温度(即空预器热端温度)接近正比关系，由于转子外周下垂量和空预热热端温度也基本成正比关系，通过控制补偿器14随温度的补偿量，即可使动密封片12外端始终保持在靠近热端扇形板1密封面的位置且保持有较小的间隙，不接触热端扇形板1产生磨损，且能自动适应空预器的启停过程和运行负荷变化。

波纹管14-1波形节外设置护套14-4用于防止波纹管14-1磨损，底板14-2一侧和连接板14-5焊接相连，连接板14-5用螺栓15和转子径向隔板7相连将补偿器14固定在转子上。盖板14-3下方和导向筒14-6相连(焊接)，导向筒14-6内装有顶头14-7和顶杆14-8，顶杆14-8的一端与底板14-2连接固定，另一端与顶头14-7连接固定，顶头14-7为圆柱形，导向筒14-6套在顶头14-7上，导向筒14-6的一端与盖板14-3连接，另一端向导向筒14-6内侧凸出形成用于限制补偿器14最大伸缩补偿量的限位环14-10。顶头14-7和导向筒14-6内壁形成导向轴线，在补偿器14承载后防止出现波纹管14-1歪斜。补偿器14上方设有连接杆14-9，用来和动密封片12相连接。冷态时，盖板14-3和顶头14-7接触，到达一定工作温度后，盖板14-3和顶头14-7脱离，补偿器14向上伸长，带动动密封片12外端产生位移。

如图4所示，补偿器14可以在转子径向隔板7单侧布置，也可在转子径向隔板7两侧各布置一个，这样可以减小单个补偿器14的尺寸。当动密封片12过长时，可在其内外端间适当位置增加布置补偿量和该处转子下垂变形量匹配的补偿器14，增加动密封片12的稳定性。

补偿器14材料需采用耐400℃以上工作温度的抗氧化材质制造，内充气体需保证对波纹管14-1材料无侵蚀作用。需核算补偿器14最大可能内压力，并需做工作温度下的耐压和气密性测试。

补偿器14的补偿量和空预器转子外周下垂变形量间关系如图6所示(该图为直径10米的空预器典型数据)，在所有空预器运行负荷，补偿器14均能很好的消除转子外周下垂变形，并留有一定的安全运行间隙。由于补偿器14补偿量完全取决于运行温度，无需外界干预，基本没有维护要求。

补偿器14采用封闭气体作为工作介质，对温度敏感，气体体积变化和温度呈接近线性关系，350℃时补偿器14壳体膨胀幅度比内部气体小两个数量级，壳体自身膨胀的影响很小。补偿器14内容积很小，金属壳体热交换良好，因而内外温度接近速度快，对工作温度反应有足够的灵敏度。补偿器14通过调节波纹管14-1轴向刚度(调整厚度)、内容积，即可实现符合要求的补偿数值，补偿器14的体积小，遮挡传热元件的面积比率小(直径10米左右的转子，在所有48道热端径向隔板都安装时，补偿器14遮挡面积也不到传热元件安转区的1.8％，仅为弹簧密封片对传热元件遮挡面积的1/5)，对空预器换热影响可忽略。对补偿量要求大导致补偿器14尺寸较大时，也可并列放置数个小直径的补偿器14，以降低补偿器14对传热元件的遮挡面积。

动密封片12和夹板密封片9之间虽留有间隙，但二者构成迷宫密封，且通过密封区时烟空气压差使得动密封片12贴紧低压气流一侧的夹板密封片9，大大减小了可能通过此间隙的漏风量，因此，本发明密封结构不会产生过多的额外漏风。

动密封片12一般由数片薄密封片叠制成，以保证足够的刚度，当动密封片12较长时，可在夹板密封片9和动密封片12间设置一些松连接点，避免动密封片12工作时为烟气意外带入的一些异物拉出。

补偿器14总高度可控制到小于热端扇形板1和传热元件之间的距离，因此，本发明可以方便的对现有空预器热端径向密封进行更新改造，可利用现有的热端扇形板1，且无需调节热端扇形板1的高度位置，起到替代热端扇形板1自动调整系统、弹簧式密封片等传统密封结构，消除其弊端。具有结构简单、无运行磨损、投入省、施工快、维护少、可靠性高的优点。