一种空预器转子变形自适应调整密封系统

技术领域

本发明属于回转式空气预热器技术领域，尤其涉及一种空预器转子变形自适应调整密封系统。

背景技术

空预器是大型火力发电锅炉系统的必备设备，通过吸收烟气热量加热进入炉膛的空气达到节能环保的目的，通过提高空预器的换热效率可以有效提升锅炉的发电效率，而提高空预器效率的重要工作之一就是降低漏风率。可靠的计算表明，空预器漏风率每增加1％，将导致供电煤耗增加0.06-0.08g/kwh，空预器的漏风不但导致了电厂供电煤耗的增加，也加大了厂用电的消耗。在浪费大量的能源的同时，也导致空预器内部出现磨损、设备寿命降低等等弊病。

回转式换热器的漏风是这类设备的固有问题。漏风通常由携带漏风和直接漏风组成。携带漏风为转子内部传热元件间空腔(占转子容积80-85％)中的空气随转子转动而带入烟气的漏风，通常携带漏风率在1.5-2％左右，目前除适当降低转速减少以外尚无好的经济手段。直接漏风为空气在空气-烟气压力差的驱动下,通过转子密封片和壳体之间的间隙而产生的漏风。其中，直接漏风一般为空预器泄漏的主要部分。

在控制预热器直接漏风时，面临的最棘手的问题是如何适应转子上下温度差导致的转子变形问题。预热器转子受热后呈蘑菇形变形，轴向和冷端径向密封可以通过利用转子变形做预留设置，热态转子发生变形后，使预热器轴向和冷端密封间隙得到有效消除。而热端径向密封间隙难以简单消除，目前业内通常采用配置自动漏风控制系统或弹簧柔性密封来控制热端密封间隙。自动漏风控制系统一定程度上改善了空预器的漏风情况，但也带来了系统热态卡涩、传感器损坏频繁、提升杆漏灰、电控装置失灵等等运行维护问题，导致设备的总体投运比率不高。而弹簧柔性密封结构复杂，寿命短，成套更换费用高昂，经济性差，通过减少漏风所带来的经济收益难以弥补设备的投入。

发明内容

本发明提供一种空预器转子变形自适应调整密封系统，目的在于降低空预器热端径向的直接漏风率。

本发明的技术方案为：

一种空预器转子变形自适应调整密封系统，设于转子的热端，包括：

密封片组件，沿转子径向设置，所述密封片组件的内侧与转子转动连接，外侧与转子活动连接，实现所述密封片组件可绕其内侧与转子的转动轴线旋转；

热变形推杆，其长度随温度的变化而改变；所述热变形推杆沿转子的径向设置，所述热变形推杆的内侧与转子转动连接，外侧与配合板连接，所述配合板分别与所述密封片组件的外侧和转子活动连接；

所述热变形推杆因温度升高而伸长时，通过配合板驱动所述密封片组件相对转子转动，以使所述密封片组件的外侧相对转子抬升。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，所述密封片组件包括密封片和抗弯加强板，所述密封片、所述抗弯加强板和转子并排设置，且所述抗弯加强板设于所述密封片和转子之间。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，还包括弹性密封压板，所述弹性密封压板和转子并排间隔设置且固定连接；所述弹性密封压板和转子的间隔区间为容置区间，所述密封片组件设于所述容置区间内并于所述容置区间内相对转子转动。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，还包括内侧连接部，所述内侧连接部包括：

内侧衬套，轴向两端分别与所述弹性密封压板和转子抵接，所述密封片和所述抗弯加强板均套设于所述内侧衬套并可绕所述内侧衬套转动；

内侧紧固件，依次穿设所述弹性密封压板、所述内侧衬套和转子后将它们压紧。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，还包括外侧连接部，所述外侧连接部包括垫片、外侧衬套和外侧紧固件，所述外侧衬套的侧壁呈三段阶梯式，包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、设于所述第一侧壁和所述第二侧壁间且朝向转子设置的第一阶梯面、设于所述第二侧壁和所述第三侧壁间且朝向转子设置的第二阶梯面；

所述垫片、所述配合板、所述弹性密封压板、所述密封片、所述抗弯加强板和转子依次并排设置；

转子套设于所述第一侧壁且所述转子朝向所述密封片组件的一侧表面与所述第一台阶面抵接，所述抗弯加强板、所述密封片和所述弹性密封压板套设于所述第二侧壁，所述配合板套设于所述第三侧壁，所述垫片与所述外侧衬套远离转子一端的端面抵接；所述外侧紧固件依次穿设所述垫片、所述外侧衬套和转子后将它们压紧；

其中，所述抗弯加强板和所述密封片上用于所述外侧衬套穿设的通孔为长孔，以实现所述密封片组件绕其内侧与转子的转动轴线旋转。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，所述密封片的热端一侧向转子转动方向的逆方向弯折；所述密封片组件包括多道所述密封片，不同所述密封片的弯折角度不同且弯折角度的大小顺序排列。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，所述弹性密封压板的冷端一侧弯折，且弯折后抵接转子，与转子形成线密封。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，所述配合板上设有第一长孔滑槽和第二长孔滑槽，分别用于与所述密封片组件和转子活动连接，且所述第一长孔滑槽设于所述第二长孔滑槽的外侧；

连接于所述密封片组件上的滑轴滑动连接于所述第一长孔滑槽内，连接于转子的滑轴滑动连接于所述第二长孔滑槽内。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，所述第一长孔滑槽和所述第二长孔滑槽均倾斜设置，所述第一长孔滑槽向外侧逐渐降低设置，所述第二长孔滑槽向外侧逐渐升高设置。

某一实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，所述热变形推杆的膨胀系数大于转子，且所述热变形推杆的热膨胀系数随温度变化趋势比转子的热膨胀系数随温度变化趋势小。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明提供的空预器转子变形自适应调整密封系统，当温度升高时，热变形推杆会伸长，从而通过配合板驱动密封片组件相对转子转动，进而使密封片组件的外侧相对转子抬升。即，密封片组件能够随转子温度变化而自适应调整，从而维持热端径向密封间隙维持在较小的范围内，从而降低热端径向的直接漏风率。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。

图1为空预器转子变形自适应调整密封系统的总体布置示意图；

图2为空预器转子变形自适应调整密封系统的立体安装示意图；

图3为空预器转子变形自适应调整密封系统的安装剖视示意图；

图4为空预器转子变形自适应调整密封系统的工程安装示意图；

图5为密封片组件内侧与转子转动连接处的剖视示意图；

图6为热变形推杆内侧与转子转动连接处的结构示意图；

图7为密封片组件外侧与转子活动连接处的剖视示意图；

图8为密封片组件外侧与配合板活动连接处的剖视示意图；

图9为配合板处的结构示意图；

图10为空预器转子变形自适应调整密封系统在热态投用时热变形推杆变形后某一时刻的示意图；

图11为采用多道密封片时密封片组件内侧与转子转动连接处的剖视示意图；

图12为密封片和抗弯加强板的焊接示意图；

图13为转子蘑菇状变形前后的密封片组件外侧与转子活动连接处的变化对比图。

附图标记说明：

1：转子；2：空预器转子变形自适应调整密封系统/系统；3：扇形板；4：密封片组件；5：铰接座；6：热变形推杆；7：补偿板；8：弹性密封压板；9：密封片；10：抗弯加强板；11：内侧衬套；12：配合板；13：外侧衬套；14：(设于第一长孔滑槽内的)滑轴；15：第一长孔滑槽；16：第二长孔滑槽；17：内侧连接部。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

为使图面简洁，各图中只示意性地表示出了与本发明相关的部分，它们并不代表其作为产品的实际结构。另外，以使图面简洁便于理解，在有些图中具有相同结构或功能的部件，仅示意性地绘示了其中的一个，或仅标出了其中的一个。在本文中，“一个”不仅表示“仅此一个”，也可以表示“多于一个”的情形。

在本文中，沿转子1径向，靠近转子1回转中心的一侧为内侧，相对的另一侧为外侧。

参看图1至图13，本实施例提供一种空预器转子变形自适应调整密封系统2，设于转子1的热端径向，包括密封片组件4、热变形推杆6和配合板12。密封片组件4沿转子1径向设置，密封片组件4的内侧与转子1转动连接，外侧与转子1活动连接，实现密封片组件4可绕其内侧与转子1的转动轴线旋转。热变形推杆6的长度随温度的变化而改变；热变形推杆6沿转子1的径向设置，热变形推杆6的内侧与转子1转动连接，外侧与配合板12连接，配合板12分别与密封片组件4的外侧和转子1活动连接。热变形推杆6因温度升高而伸长时，通过配合板12驱动密封片组件4相对转子1转动，以使密封片组件4的外侧相对转子1抬升。即，密封片组件4能够随转子1温度变化而自适应调整，从而维持热端径向密封间隙维持在较小的范围内，从而降低热端径向的直接漏风率。

具体，密封片组件4包括密封片9和抗弯加强板10，密封片9、抗弯加强板10和转子1并排设置，且抗弯加强板10设于密封片9和转子1之间。其中，密封片9可以包括单道或多道，密封片9与抗弯加强板10、(当具有多道密封片时)密封片9与密封片9之间可以通过若干处焊接连接，如图12所示。

密封片9的热端一侧可向转子1转动方向的逆方向弯折。优选的，密封片组件4包括多道密封片9，如图11所示，不同密封片9的弯折角度不同且弯折角度的大小顺序排列，从而形成迷宫密封效果，提升系统2整体的密封效果。

空预器转子变形自适应调整密封系统2还包括弹性密封压板8，弹性密封压板8并排间隔设置且固定连接；弹性密封压板8和转子1的间隔区间为容置区间，密封片组件4设于容置区间内并于容置区间内相对转子1转动。

具体，在密封片组件4的内侧通过内侧连接部17与转子1转动连接，内侧连接部17包括内侧衬套11和内侧紧固件。如图5所示，在内侧的连接处，弹性密封压板8、密封片9、抗弯加强板10和转子1依次并排设置。内侧衬套11的轴向两端分别与弹性密封压板8和转子1抵接，密封片9和抗弯加强板10均套设于内侧衬套11并可绕内侧衬套11转动。内侧紧固件依次穿设弹性密封压板8、内侧衬套11和转子1后将它们压紧。

在密封片组件4的外侧通过外侧连接部与转子1转动连接，外侧连接部包括垫片、外侧衬套13和外侧紧固件。如图7所示，在外侧的连接处，垫片、配合板12、弹性密封压板8、密封片9、抗弯加强板10和转子1依次并排设置。外侧衬套13的侧壁呈三段阶梯式，包括第一侧壁、第二侧壁、第三侧壁、设于第一侧壁和第二侧壁间且朝向转子1设置的第一阶梯面、设于第二侧壁和第三侧壁间且朝向转子1设置的第二阶梯面。转子1套设于第一侧壁且转子1朝向密封片组件4的一侧表面与第一台阶面抵接，抗弯加强板10、密封片9和弹性密封压板8套设于第二侧壁，配合板12套设于第三侧壁，垫片与外侧衬套13远离转子1一端的端面抵接。外侧紧固件依次穿设垫片、外侧衬套13和转子1后将它们压紧。其中，抗弯加强板10和密封片9上用于外侧衬套13穿设的通孔为长孔，从而使得密封片组件4能够绕其内侧与转子1的转动轴线旋转。

弹性密封压板8和转子1间的容置区间的宽度，也就是弹性密封压板8和转子1之间的间距略大于密封片组件4的厚度，从而使密封片组件4能够较为稳定的安装在容置区间内，同时能够在容置区间内转动(绕密封片组件4内侧与转子1的转动轴线)。

较优的，弹性密封压板8的冷端一侧弯折，且弯折后抵接转子1，与转子1形成线密封。具体为，弹性密封压板8的弯折部分在安装后会产生微量的弹性形变，对转子1施加一预紧力，从而在此处形成一道线密封副，防止漏风的产生。

密封片组件4能够以内侧与转子1的转动轴线为回转中心小范围的转动，从而起到外侧密封片9抬升的动作效果。如图4所示，在密封片组件4靠近转子1回转中心的最内侧和最外侧都设置有补偿板7，两侧补偿板7的位置位于其与转子1的两个连接处的两侧，在设置补偿板7的位置处，不设置弹性密封压板8，补偿板7与密封片9紧贴形成面密封副，用于补偿该处因密封片组件4动作而产生的漏风间隙；补隙板与转子1焊接固定。

请主要参看图9，配合板12上设有第一长孔滑槽15和第二长孔滑槽16，分别用于与密封片组件4和转子1活动连接，且第一长孔滑槽15设于第二长孔滑槽16的外侧。连接于转子1的滑轴滑动连接于第二长孔滑槽16内且可于第二长孔滑槽16内转动，从而将热变形推杆6的长度变化转为热变形推杆6外侧和配合板12的整体的转动运动(此处转动运动的转动轴线为热变形推杆6内侧和转子1的转动轴线)。连接于密封片组件4上的滑轴14滑动连接于第一长孔滑槽15内且可于第一长孔滑槽15内转动，从而上述转动运动转化为密封片组件4的转动运动(此处转动运动的转动轴线为密封片组件4内侧和转子1的转动轴线)。从而最终控制最外侧密封片9抬升，补偿因转子1蘑菇状变形产生的额外漏风间隙，起到自适应密封调整的功能。

具体在本实施例中，如图9所示，第一长孔滑槽15和第二长孔滑槽16均倾斜设置，第一长孔滑槽15向外侧逐渐降低设置，第二长孔滑槽16向外侧逐渐升高设置。如图10所示，为避开连接于密封片组件4且滑动连接于第一长孔滑槽15的滑轴14，弹性密封压板8可设计成两段式，在该滑轴14处断开。

热变形推杆6设于密封片组件4和弹性密封压板8等结构远离转子1的一侧，其内侧经由铰接座5铰接在转子1上，外侧与配合板12固定连接。请主要参看图6，热变形推杆6的内侧设有铰接孔，与铰接座5转动铰接。铰接座5和转子1上分别设有安装孔，紧固件分别穿设铰接座5和转子1上的安装孔后实现两者的紧固连接；其中，铰接座5上的安装孔略微大于转子1上的安装孔，从而使得可以进行微调，从而使得热变形推杆6的内侧能够安装至转子1的合适位置。请主要参看图9，配合板12上固定连接有套筒，热变形推杆6伸入所述套筒；热变形推杆6的外侧设有外螺纹，分别螺纹连接有两个螺母，且两个螺母分别位于套筒的两侧将套筒夹紧，从而实现热变形推杆6和配合板12的固定连接。通过调节套筒两侧的两个螺母的位置，能够调整热变形推杆6和配合板12的相对位置关系，从而起到调节密封片组件4径向外侧初始位置的功能。

热变形推杆6的膨胀系数大于转子1，且热变形推杆6的热膨胀系数随温度变化趋势比转子1的热膨胀系数随温度变化趋势小。具体，热变形推杆6包括内部芯杆和外层轴套，内部芯杆由拥有高膨胀系数的材料组成，外层轴套使用耐磨材料，并在外层轴套上设置若干个透气孔，防止因外层轴套的设置而阻隔了热传导。外层轴套于热变形推杆6的中部断开，断开后在其靠近中部处与内部芯杆焊接，从而拼成整体。热变形推杆6内侧与铰接座5铰接的铰接孔使用耐磨材料制作，具体如何实现不做限制，例如可以是内部芯杆的内侧设置通孔，通孔由耐磨材料制成的耐磨层，该耐磨层形成铰接孔等。其中，内部芯杆和外层轴套均可以采用金属制成。

空预器热态运转时，转子1热端温度升高，转子1产生下垂蘑菇状变形，变形量与空预器热端温度呈线性关系。当空预器热态投用时，处在空预器热端的热变形推杆6会随环境温度的变化而产生长度方向上的伸缩，膨胀量取决于热变形推杆6的内部芯杆材料的热膨胀系数。综合考虑空预器的经济性和安全性，选取的芯杆材料热膨胀系数随温度变化趋势比转子1材料热膨胀系数随温度变化趋势小，同时通过改变配合板12上设置的两个长孔滑槽(第一长孔滑槽15及第二长孔滑槽16)间的相对角度、距离，能够调整系统2在不同温度下的密封片9抬升高度，使空预器转子变形自适应调整密封系统2适应不同大小、型号的空预器。

密封片组件4在动作时会如图4、图10及图13变化所示，绕密封片组件4内侧与转子1的转动轴线转动，能够补偿因转子1蘑菇状变形产生的额外漏风间隙，起到自适应密封调整的功能。考虑到机组运行的安全性，选择合适的芯杆材料，使其随着温度的升高，热变形推杆6的热膨胀趋势会适当降低，从而防止系统2与扇形板3刮蹭影响机组运行，起到保护机组安全运行的效果。

本实施例提供的空预器转子变形自适应调整密封系统2，至少具有以下优点：

(1)系统2简单，无需设置电气控制设备，即可做到自动适应调整空预器热端径向漏风间隙的大小，降低漏风率，漏风控制效果接近传统自动漏风控制系统。

(2)日常维护工作量较小。由于系统2无电气控制设备，不需要人工控制操作，工作时随着锅炉负荷的升高能设置漏风间隙随之适当放大，密封片9不会因摩擦扇形板3而加大空预器运行阻力，提升整体系统2安全可靠性。

(3)系统2响应速度快。由于系统2利用材料的膨胀特性进行系统动作控制，膨胀量只与材料所处环境温度有关，膨胀与转子1蘑菇状变形同步进行，动作实时响应。

(4)经济性好，结构精简，易加工，生产成本低，系统2投资回收期短。

(5)紧凑型一体化设计，占用空间小，适应性强，装拆方便。密封片组件4采用一体化设计，省去了传统密封片的分段式安装需现场拆装的烦恼、维护更方便，同时密封片组件4、热变形推杆6、配合板12都采用紧凑型设计，系统2所占用空间更小，设备适应性更强，无需现场改动即可灵活安装。

(6)调节灵活。当机组需要改变运行工况时，可以通过调节热变形推杆6与配合板12的相对位置、更换配合板12等措施来适应机组的参数更改。

(7)设备使用寿命长。因系统2无电气控制部件，仅铰接部位(或者说转动部位)存在损耗可能，计算寿命能够超过3个大修周期。

(8)系统2适用范围大。密封片组件4能够采用各种密封形式，适配不同空预器型号需求。

(9)系统2适应性好。配合板12可根据不同机组设计相应调整，改变放大系数(即第一长孔滑槽15和第二长孔滑槽16之间的相对角度和距离)。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。