一种空气预热器热端用密封装置
技术领域
本实用新型涉及一种空气预热器热端用密封装置，属于密封装置领域。
背景技术
回转式空气预热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。空气预热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。
为减小上述三角漏风区域面积、降低空气预热器漏风率，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。
不难理解，这实际上体现了一个问题的两个方面：空气预热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气预热器供应商HOWDEN一直未在空气预热器上配套 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。
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，空气预热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气预热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％。
实用新型内容
本实用新型提供一种空气预热器热端用密封装置，在密封片上安装多块膨胀系数大于密封片的驱动夹板，通过驱动夹板受热膨胀驱使密封片的自由端向上翘曲变形，以抵消掉隔板向下耷拉的趋势，进而消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低了空气预热器漏风率。
为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案如下：
一种空气预热器热端用密封装置，包括密封片和驱动夹板；驱动夹板有两块以上、且分布在密封片上，驱动夹板的两端与密封片连接，驱动夹板的膨胀系数大于密封片的膨胀系数。
使用时，密封片的固定端安装在空气预热器热端径向隔板上，与空气预热器的热端扇形板组成密封副，密封片的长度方向均与空气预热器转子径向长度一致；受热后，由于驱动夹板的膨胀系数大于密封片的膨胀系数，会导致密封片的自由端向上翘曲变形，呈现出与转子隔板变形呈相反的趋势(转子隔板由于上下受热不均和受热后刚性减弱，隔板有往下耷拉的趋势，产生“蘑菇状”变形，而密封片在驱动夹板的膨胀驱使下会向翘曲)，进而消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率。
为了提高变形稳定性，上述空气预热器热端用密封装置，还包括滚珠，滚珠设在密封片和驱动夹板之间、且滚珠两侧分别超出密封片和驱动夹板。密封装置安装时，会在两侧设置缓冲板、压板等，滚珠的设置，将缓冲板、压板或径向隔板与密封装置之间的滑动摩擦改进为滚动摩擦，避免了因安装摩擦力过大而导致的变形稳定性变差的问题，工艺容易控制、能更好地保证密封效果。
为了提高装置受热变形的稳定性和重复性，同时进一步降低漏风率，与驱动夹板正对的密封片上均设有自底部起的膨胀缝隙。膨胀缝隙的设置加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长。
申请人经实践研究发现，驱动夹板的膨胀驱使、再加上与驱动夹板正对的密封片上自底部起的膨胀缝隙的设计，可用密封片的向上翘曲更好地抵消掉隔板的向下的耷拉，以更好地消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率。受热膨胀时，在驱动夹板的膨胀驱使下，会使膨胀缝隙加宽，进而保证密封片的向上翘曲量及受热变形稳定性和重复性。
为了节约成本，密封片长度方向上的一端为固定端、长度方向上的另一端为自由端，驱动夹板分布在固定端之外的密封片上。
为了更好地确保密封装置的向上翘曲量，同时减少驱动夹板的用量，降低成本，驱动夹板的底部两端与密封片固定连接。进一步优选，驱动夹板的底部两端与密封片底部固定连接。
为了确保密封片向上翘曲的稳定性，驱动夹板顶部中间位置与密封片固定连接。也即驱动夹板与密封片之间采取三点式固定，分别为驱动夹板的顶部中间、及驱动夹板底部两端。
为了便于安装，同时确保完整性、密封性和稳定性，空气预热器热端用密封装置还包括包裹片和固定夹板；包裹片沿密封片的长度方向设置；
密封片和包裹片宽度方向的一端齐端设置作为膨胀端、宽度方向的另一端密封片超出包裹片作为密封端，膨胀端也即密封片和包裹片的底部，密封端也即密封片和包裹片的顶部；
密封片和包裹片长度方向上的一端为固定端、长度方向上的另一端为自由端，固定夹板安装在密封片和包裹片的固定端之间，驱动夹板安装在固定端之外的密封片和包裹片之间，驱动夹板底部两端与密封片和包裹片均固定连接，与驱动夹板正对的密封片和包裹片上均设有自底部起的膨胀缝隙，驱动夹板的膨胀系数大于密封片和包裹片的膨胀系数。
进一步优选，驱动夹板底部两端与密封片底部和包裹片底部均固定连接。
受热膨胀时，在驱动夹板的膨胀驱使下，会使密封片和包裹片膨胀缝隙加宽，密封片和包裹片会向上翘曲，受热变形稳定性好和重复性强。
为了便于安装和控制，驱动夹板和固定夹板厚度相等。也即设在密封片和包裹片之间、位于固定端和自由端的固定夹板和驱动夹板是等厚度的。
为了提高装置的热变形稳定性，固定夹板、密封片和包裹片的膨胀系数相同。进一步优选，驱动夹板的膨胀系数比固定夹板、密封片或包裹片的膨胀系数大10～60％。
为了确保密封装置向上翘曲的稳定性，驱动夹板顶部中间位置与密封片固定连接和包裹片均固定连接。也即驱动夹板与密封片和包裹片均采取三点式固定，分别为驱动夹板的顶部中间、及驱动夹板底部两端。
为了提高安装稳定性，空气预热器热端用密封装置，还包括滚珠，密封片和包裹片沿长度方向均设有两个以上的腰型孔，密封片和包裹片上腰型孔数量相等、位置相对，滚珠设在密封片和包裹片之间、且沿不设固定夹板的腰型孔周边安装，滚珠两侧分别超出密封片和包裹片。密封装置安装时，会在两侧设置缓冲板、压板等，滚珠的设置，将缓冲板、压板或径向隔板与密封装置之间的滑动摩擦改进为滚动摩擦，避免了因安装摩擦力过大而导致的变形稳定性变差的问题，工艺容易控制、能更好地保证密封效果。
为了便于安装和控制，每块驱动夹板正对密封片上的一个腰型孔，每块驱动夹板正对的密封片和包裹片上的膨胀缝隙均自底部起、且与腰型孔底部贯通；与腰型孔正对的驱动夹板上设有不小于腰型孔的通孔，不影响安装。
不设固定夹板的密封片和包裹片上，密封片的每个腰型孔上均对应安装有一块驱动夹板，或者间隔性地在密封片的腰型孔上安装驱动夹板，具体可根据产品型号和工况需求来决定，只要密封装置向上翘曲变形量可以抵消掉隔板向下耷拉的量即可，当腰型孔上设有驱动夹板时，滚珠穿过驱动夹板、且两侧分别超出密封片和包裹片。
为了提高密封性，当不设固定夹板的密封片和包裹片上，间隔性地在腰型孔上安装驱动夹板时，不设安装驱动夹板的腰型孔周边可设置与密封片相同膨胀系数的补位板，当然为了不影响安装，与腰型孔正对的补位板上也需有不小于腰型孔的通孔。
为了确保装置的稳定性，不设固定夹板的每个腰型孔周围布置至少3颗滚珠，滚珠两侧分别超出密封片和包裹片至少0.5mm。进一步优选，不设固定夹板的每个腰型孔周围布置4颗滚珠，滚珠的直径为8-10mm。
为了进一步提高受热变形的稳定性和重复性，不设固定夹板的密封片和包裹片的腰型孔顶部和底部均设有与腰型孔贯通的膨胀缝隙，密封片和包裹片上的膨胀缝隙均低于包裹片的顶部；密封片和包裹片上的膨胀缝隙位置相对、且密封片和包裹片上的膨胀缝隙均与密封片和包裹片的长度方向垂直。
本申请密封片可以是直片，折弯片或者波纹片。优选，密封片为折弯片。为了避免碰磨，进一步优选，密封片的顶部呈20～30°折弯。也即密封片的顶部设有偏离了密封片宽度方向20～30°的折边。
为进一步提高密封间隙控制的稳定性，避免设计和安装过程中误差导致密封装置受热后与扇形板碰磨，安装时保证上述热补偿密封装置的上端面与空气预热器热端扇形板之间预留1-15mm间隙。
对于每一径向隔板，上述空气预热器热端热补偿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。
本申请中上下、左右、顶端、底端等方位词均指装置正常使用状态下的相对位置。
本实用新型未特别限定的技术均为现有技术。
本实用新型空气预热器热端用密封装置，在密封片的自由端安装膨胀系数大于密封片的驱动夹板，通过驱动夹板受热膨胀驱使密封片的自由端向上翘曲变形，以抵消掉隔板向下耷拉的趋势，进而消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率；具有成本低、可靠性高、密封性能好、使用寿命长等综合优势；进一步，通过膨胀缝隙的设置，加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长；通过包裹片和固定夹板的设置，进一步提高了装置的稳定性和可控性；通过滚珠的设置，提高了密封装置在夹紧状态下的形变稳定性。
附图说明
图1为本实用新型密封片结构示意图；
图2为本实用新型驱动夹板结构示意图；
图3为本实用新型包裹片结构示意图；
图4为本实用新型空气预热器热端用密封装置结构示意图；
图5为图4中E处放大图；
图6为本实用新型空气预热器热端用密封装置安装示意图；
图中，1-密封片；12-密封片膨胀缝隙；13-密封片腰型孔；14-密封片滚珠安装孔；15-密封片折弯线；2-驱动夹板；21-驱动夹板滚珠安装孔；22-驱动夹板腰型孔；3-包裹片；32-包裹片膨胀缝；33-包裹片腰型孔；34-包裹片滚珠安装孔；4-滚珠；5-安装压板；6- 径向隔板；7-扇形板；8-安装紧固件。
具体实施方式
为了更好地理解本实用新型，下面结合实施例进一步阐明本实用新型的内容，但本实用新型的内容不仅仅局限于下面的实施例。
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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
实施例1
一种空气预热器热端用密封装置，包括密封片和驱动夹板；驱动夹板有两块以上、且分布在密封片上，驱动夹板的两端与密封片连接，驱动夹板的膨胀系数大于密封片的膨胀系数。
使用时，密封片的固定端安装在空气预热器热端径向隔板上，与空气预热器的热端扇形板组成密封副，密封片的长度方向均与空气预热器转子径向长度一致；受热后，由于驱动夹板的膨胀系数大于密封片的膨胀系数，会导致密封片的自由端向上翘曲变形，呈现出与转子隔板变形呈相反的趋势(转子隔板由于上下受热不均和受热后刚性减弱，隔板有往下耷拉的趋势，产生“蘑菇状”变形，而密封片在驱动夹板的膨胀驱使下会向翘曲)，进而消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率。
实施例2
在实施例1的基础上，进一步作了如下改进：为了提高变形稳定性，上述空气预热器热端用密封装置，还包括滚珠，滚珠设在密封片和驱动夹板之间、且滚珠两侧分别超出密封片和驱动夹板。密封装置安装时，会在两侧设置缓冲板、压板等，滚珠的设置，将缓冲板、压板或径向隔板与密封装置之间的滑动摩擦改进为滚动摩擦，避免了因安装摩擦力过大而导致的变形稳定性变差的问题，工艺容易控制、能更好地保证密封效果。
实施例3
在实施例2的基础上，进一步作了如下改进：为了提高装置受热变形的稳定性和重复性，同时进一步降低漏风率，与驱动夹板正对的密封片上均设有自底部起的膨胀缝隙。膨胀缝隙的设置加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长。
经实践验证，驱动夹板的膨胀驱使、再加上与驱动夹板正对的密封片上自底部起的膨胀缝隙的设计，可用密封片的向上翘曲更好地抵消掉隔板的向下的耷拉，以更好地消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率。受热膨胀时，在驱动夹板的膨胀驱使下，会使膨胀缝隙加宽，进而保证密封片的向上翘曲量及受热变形稳定性和重复性。
实施例4
在实施例5的基础上，进一步作了如下改进：密封片长度方向上的一端为固定端、长度方向上的另一端为自由端，驱动夹板分布在固定端之外的密封片上，也即固定端端部不设置驱动夹板。为了更好地确保密封装置的向上翘曲量，同时减少驱动夹板的用量，驱动夹板的底部两端与密封片底部固定连接。
实施例5
在实施例4的基础上，进一步作了如下改进：为了确保密封片向上翘曲的稳定性，驱动夹板顶部中间位置与密封片固定连接。也即驱动夹板与密封片之间采取三点式固定，分别为驱动夹板的顶部中间、及驱动夹板底部两端。
实施例6
在实施例5的基础上，进一步作了如下改进：为了便于安装，同时确保密封性和稳定性，空气预热器热端用密封装置还包括包裹片和固定夹板；包裹片沿密封片的长度方向设置；驱动夹板和固定夹板厚度相等；固定夹板、密封片和包裹片的膨胀系数相同；
密封片和包裹片宽度方向的一端齐端设置作为膨胀端、宽度方向的另一端密封片超出包裹片作为密封端，膨胀端也即密封片和包裹片的底部，密封端也即密封片和包裹片的顶部；
密封片和包裹片长度方向上的一端为固定端、长度方向上的另一端为自由端，固定夹板安装在密封片和包裹片的固定端之间，驱动夹板安装在固定端之外的密封片和包裹片之间，驱动夹板底部两端与密封片底部和包裹片底部均固定连接，驱动夹板顶部中间位置与密封片固定连接和包裹片均固定连接，与驱动夹板正对的密封片和包裹片上均设有自底部起的膨胀缝隙，驱动夹板的膨胀系数大于密封片的膨胀系数20％(经实践，也可以是15％， 30％或40％等)。
受热膨胀时，在驱动夹板的膨胀驱使下，会使密封片和包裹片膨胀缝隙加宽，密封片和包裹片会向上翘曲，受热变形稳定性好和重复性强。
实施例7
在实施例6的基础上，进一步作了如下改进：如图4-5所示，为了提高安装稳定性，空气预热器热端用密封装置，还包括滚珠，密封片和包裹片沿长度方向均设有两个以上的腰型孔，密封片和包裹片上腰型孔数量相等、位置相对，滚珠设在密封片和包裹片之间、且沿不设固定夹板的腰型孔周边安装，滚珠两侧分别超出密封片和包裹片。密封装置安装时，会在密封片和包裹片两侧设置缓冲板、压板等，滚珠的设置，将缓冲板、压板或径向隔板与密封装置之间的滑动摩擦改进为滚动摩擦，工艺容易控制、能更好地保证实施效果。
为了便于安装和控制，每块驱动夹板正对密封片上的一个腰型孔，每块驱动夹板正对的密封片和包裹片上的膨胀缝隙均自底部起、且与腰型孔底部贯通；与腰型孔正对的驱动夹板上设有不小于腰型孔的通孔，不影响安装。
实施例8
在实施例7的基础上，进一步作了如下改进：如图1和3所示，不设固定夹板的密封片和包裹片上：密封片的每个腰型孔上均对应安装有一块如图2所示的驱动夹板，每个腰型孔周围布置4颗直径为9mm的滚珠，滚珠穿过驱动夹板、且两侧分别超出密封片和包裹片，滚珠两侧分别超出密封片和包裹片至少0.5mm。
实施例9
在实施例8的基础上，进一步作了如下改进：如图1和3所示，为了进一步提高受热变形的稳定性和重复性，不设固定夹板的密封片和包裹片的腰型孔顶部和底部均设有与腰型孔贯通的膨胀缝隙，密封片和包裹片上的膨胀缝隙均低于包裹片的顶部；密封片和包裹片上的膨胀缝隙位置相对、且密封片和包裹片上的膨胀缝隙均与密封片和包裹片的长度方向垂直。密封片可以是直片，折弯片或者波纹片。实施例中以折弯片为例，密封片的顶部呈30°折弯。
如图6所示，按照径向隔板、密封片、驱动夹板、包裹片、安装压板和垫片的顺序，利用安装紧固件固定，超出密封片和包裹片的滚珠与径向隔板和安装压板直接接触，不会因安装摩擦力过大而导致的变形稳定性变差，变形稳定性好，密封效果能得到保障，安装时保证上述热补偿密封装置的上端面与空气预热器热端扇形板之间预留1-15mm间隙。
经实践验证，上述各例的空气预热器热端用密封装置，在密封片的自由端安装膨胀系数大于密封片的驱动夹板，通过驱动夹板受热膨胀驱使密封片的自由端向上翘曲变形，以抵消掉隔板向下耷拉的趋势，进而消除空气预热器传统的三角漏风区域，显著降低空气预热器漏风率；具有成本低、可靠性高、密封性能好、使用寿命长等综合优势；进一步，通过膨胀缝隙的设置，加大了密封装置受热时的变形量，增强了弹性变形性，冷热交替的重复性增强，形变更稳定，使用寿命更长；通过包裹片和固定夹板的设置，进一步提高了装置的稳定性和可控性；通过滚珠的设置，提高了密封装置在夹紧状态下的形变稳定性。
经实践，上述各例的热补偿密封装置，热变形补偿量大，达60mm以上，满足各种容量等级燃煤发电机组上配置的大型空预器应用要求；因密封片和驱动夹板之间设置滚珠，滚动摩擦力小，且合理设计膨胀缝隙，热变形非常稳定，重复性强，即使经过1000 次以上冷态与热态交变(每次启停机过程为一次冷态与热态交变过程)，初始设计热变形量偏差也不超过±5％。
