1 工況背景
在汽輪機中，由于轉子與靜子間存在間隙，使得高品質的蒸汽從間隙中泄漏出去，減小了蒸汽的做功能力，造成汽輪機效率降低。汽封就是用于限制高壓汽體泄漏的一種密封結構。作為汽輪機工作時的必要部件，汽封系統(tǒng)的作用主要包括：①防止蒸汽沿高、中壓軸端向外泄漏，甚至竄人軸承箱導致潤滑油進水；②防止空氣漏人汽缸而破壞機組的真空。有研究表明，高壓缸中葉頂泄漏損失和隔板泄漏損失分別占總損失的22%和7%，與靜葉和動葉的型線損失之和或二次流損失之和（約30%）大致相等。因此，改進汽封結構設計，降低蒸汽泄漏損失成為世界各國在汽輪機研發(fā)設計和使用維護過程中的一項重要研究課題。
為提高機組的效率，在汽輪機行業(yè)中嘗試應用了多種形式的汽封結構，如傳統(tǒng)迷宮式、接觸式、自調節(jié)式、刷式、蜂窩式等等。其中，利用自身曲折的齒狀通道使工作蒸汽產生節(jié)流與熱力學效應而達到密封效果的傳統(tǒng)迷宮式汽封，因為結構簡單而獲得廣泛采用。這種梳齒狀的汽封在圓周結構上通常被分割成六個弧段，每個汽封弧段背部均裝有兩片平板彈簧片，可將汽封弧段壓向汽輪機轉子，使得汽封齒與轉子軸徑向間隙保持最小值，從而能夠更有效地阻擋蒸汽泄漏。
2 問題描述
在傳統(tǒng)迷宮式汽封的實際運行當中，由于汽封弧段、彈簧片長期處于工況惡劣的高溫高壓蒸汽中，以及本身材質等一系列問題的存在，會出現(xiàn)汽封弧段被結垢卡死，彈簧片彈性不良等現(xiàn)象，造成汽封間隙發(fā)生變化。
在汽輪機啟停過程中，由于汽缸內外不均勻受熱而變形，或過臨界轉速時，轉子振幅較大等原因，均可能導致轉子與汽封齒發(fā)生局部摩擦，甚至使轉子發(fā)生瞬時彎曲現(xiàn)象而進一步加劇動靜摩擦。盡管傳統(tǒng)汽封圈背面裝有彈簧片，當承受一定徑向力時能夠退讓，但由于轉子的線速度很高，彈簧片絲毫不能減少和避免外形尖薄的汽封齒的磨損，極小的徑向力就可使汽封齒在瞬間被磨掉。這樣汽輪機啟動后，就不一定能保持汽封設計規(guī)定間隙或裝調間隙，導致蒸汽非正常泄漏損失，有的甚至高達汽道全部熱效率損失的80%。
過大的汽封間隙會造成汽輪機級間漏汽量大，降低汽輪機的效率；而汽封間隙太小，對機組安全性又很不利。一旦有些異常原因引起機組振動加大而啟動困難、汽輪機轉子摩擦加劇，造成轉子彎曲事故時有發(fā)生，檢修時不得已把汽封，特別是高壓軸封間隙調得過大。針對傳統(tǒng)汽封存在的上述問題，長期以來科研人員一直在生產實踐中努力探索更好的解決辦法，逐步創(chuàng)立了一些其它形式的汽封技術，但效果有限。研究人員依然期望能夠獲得更理想的密封節(jié)能效果，避免汽封對轉子軸或葉頂造成磨損，以及能夠自如地控制汽封系統(tǒng)，使其對轉子軸或葉頂?shù)钠谱龀雒艚蓓憫Ｒ虼耍芯扛倪M汽封結構，創(chuàng)新汽封密封形式仍然是一項重要而棘手的研究課題。
3 問題分解
在解決工程技術問題當中，應用好的創(chuàng)新平臺有助于將設計引向正確的發(fā)展方向，大大優(yōu)化研發(fā)進程。本文借助于TRIZ理論和億維訊(IWINT)開發(fā)的計算機輔助創(chuàng)新軟件Pro/Innovator5.0，充分利用其問題分解模塊的分析工具，對初始問題進行層層剖析，將作為汽封技術核心的間隙問題從成因方面分解為需要相應解決的三個相關問題：
3.1 間隙初始值的確定問題
汽封間隙是汽封系統(tǒng)設計當中一個非常重要的參數(shù)。任何汽封在設計之初都需要綜合汽封的類型、汽封系統(tǒng)復雜度、機組穩(wěn)定性、蒸汽狀態(tài)參數(shù)、制造與裝配精度、使用環(huán)境等多個方面的因素來確定設計間隙的初始值。因此，要確定出合理汽封間隙初始值也具一定的有難度，往往需要經驗的介入。
3.2 使用中的間隙調整問題
汽封在正常使用過程中，對間隙要求并非一成不變。在汽輪機的啟動階段易發(fā)生振動，要求徑向間隙能夠適當大一些；而一旦進入穩(wěn)定運行階段，為了盡可能減少能量損失，發(fā)揮汽封的作用，希望維持幾乎為零的最小間隙，至少能夠達到并保持既定的設計間隙。
