从19世纪后期的原始工业设计开始，小型蒸汽轮机已经采用了衬套式单件和/或分段式多层碳压盖嵌件(图1，顶部)来限制或节流蒸汽逸出。
最初，在蒸汽压盖和相邻轴承之间安装了简单的偏转板或挡板，以期减少沿轴的蒸汽泄漏。然而，涡轮轴是由钢制成的，钢的热膨胀系数与碳的热膨胀系数不同。
因此，即使采用紧密配合的分段碳环，也从未实现真正的防泄漏。当少量蒸汽以声速穿过间隙时，一种被称为“蒸汽切割”的磨蚀作用不断侵蚀或扩大间隙。如图2所示，物理、热力学和水力学的相互作用过程共同导致蒸汽泄漏。
通过优化蒸汽封隔器的选择来限制蒸汽出口的需求变得显而易见，两种设计元素——蒸汽封隔器和轴承座保护器(隔离器)密封——有助于保护小型涡轮机中的轴承。总之，它们极大地提高了蒸汽压盖效率(节省蒸汽)和轴承保护。
首先讨论了分段碳压盖嵌件的缺陷。众所周知，小型蒸汽轮机(通用蒸汽轮机)经常在驱动端和调速器端密封壳体处发生蒸汽泄漏。每当这些壳体或腺体结合图1所示的节段碳环时，这些节段碳环由于上述原因容易泄漏。
通过延长磨合时间，以及采用定时的启停冷却循环(与连续循环中达到的温度相关联)，可以减少泄漏。基础科学与热膨胀有关;碳段和钢轴以不同的速度膨胀。
除非在通常持续8小时的磨合周期中观察到定时的启动-停止-冷却循环，否则泄漏间隙将因渐进侵蚀而增大。只要设备所有者花时间监测和实施适当的磨合，分段碳环就可以很好地为他们服务。
然而，如果设施不遵守程序或决定将维护任务委托给无视这些要求的工人，维修频率和维护费用将会增加。顺便说一句，请记住，升级如图3所示的蒸汽轮机将包括用一个更现代的平衡版本替换两个不平衡的，恒定液位的润滑器。
图3和图4中的两个轴承座中的每一个都位于两个蒸汽腺中的一个附近;图3所示的含有四个碳环。每当分段碳环开始磨损时，高压和高速泄漏蒸汽就会进入相邻的轴承座。
传统的迷宫密封在许多情况下都被证明是无效的，只有采用干气密封(DGS)或先进的高温机械密封技术的密封腺才能成功地阻止泄漏蒸汽的通过。但是，对于使用DGS技术的密封面，蒸汽必须是干燥和清洁的。
如果没有纯蒸汽，则优先使用先进的机械密封技术组合密封面，而不是从DGS经验中获得的密封面技术。在小型汽轮机中使用波纹管密封代替分段碳嵌件的可行性和成本效益在1985年首次被建立和报道1并且早于DGS的经验。今天，DGS或波纹管式机械密封安装在如图5所示的弹药筒内部。
回到轴承座保护密封的主题，请注意，一流的(BiC)设施早就认识到廉价的基本设计和先进设计之间的区别。
先进的轴承保护密封经过精心设计，可以减少甚至防止污染物进入和漏油。尽管价格低廉，但当与相对的锋利边缘固定密封槽接触时，飞行o形圈可能会发生表面退化，弹性唇密封可能不再是密封轴承座的最佳选择。
对于唇密封，已确定无泄漏操作通常持续约2000小时，大约3个月。此外，当唇密封太紧时，会导致轴磨损。在某些情况下，唇密封和o形圈退化会导致润滑油变色，称为黑油。
一旦唇密封磨损，不能再密封紧密，蒸汽，空气，油和其他液体就会泄漏。
美国石油学会(API) 610工艺泵标准承认了唇形密封的缺陷。BETVICTOR体育官网这一被广泛接受的指导文件禁止唇密封，要求采用旋转迷宫式或接触面密封。
回到图6中的轴承座保护器密封，这种配置是专门为汽轮机设计的。2材料的选择遵循所有适用的工程原则。随着现代蒸汽腺作为防止蒸汽逸出的主要屏蔽，轴承壳保护密封可以被视为第二道防线。
这种密封的早期版本包括一个小的和一个大直径的动态o形环。Image 6中非常成功的原始保护密封组件中的静态和旋转组件都被证明是稳定的;旋转部件不太可能在轴上摆动，整个密封是可现场修复的。
在正常的轴转速下，较小的旋转(动态)o形环被甩向外，远离较大的o形环。然后，大截面o形环可以自由地轴向移动，并打开一个微间隙。
当涡轮停止时，图6中两个动态o形圈的外部会移回静止位置。在静止状态下，外部o形环收缩并推动截面较大的o形环。在这种有目的的设计中，更大的截面o形环接触了一个相对较大的轮廓区域。因为接触压力等于单位面积上的力，一个好的设计应该以低压力为目标。在这种保护器密封设计中，压力较低，因为有一个大的、轮廓良好的密封区域。
应该再次注意到，今天可用的设计不同于过时的配置，其中与o形环槽的锋利边缘接触有可能导致损坏。
重申一下:这种原始设计的最新单o形环版本与原始设计差别不大;单o形环变体既具有成本效益，又占用更少空间。在最初的设计中，一旦涡轮转子达到其运行速度，o形环就对角线向外移动。这将在o形环和轮廓阀座表面之间打开一个微间隙，o形环将在静止状态下与阀座表面接触。
在处理粉状物质的工厂中，保持空气中的灰尘远离轴承的需求是相当大的。虽然外部空气供应通常不需要，粉末加工和许多其他应用受益于设计的空气引气变体。
清洁和干燥的仪器级空气引入(引入)到轴承座保护密封的一个小室，使空气引气变体有效地延长润滑剂和轴承寿命。
总结:截至2017年左右，许多一流的设施已经停止使用分段碳环。图4所示的老式蒸汽封隔器(注意每个涡轮轮毂旁边都有一个蒸汽封隔器)将被图5所示的机械阀座式蒸汽封隔器筒所取代。
图7和图8显示了该蒸汽压盖筒的不同视图。增加最先进的轴承壳保护密封有助于这些升级。
参考文献
1.布洛赫、海因茨P.和赫尔·艾略特;“中压蒸汽轮机的机械密封”，1985年5月在拉斯维加斯举行的ASLE第40届年会上提出，1985年11月在润滑工程上重印
2.Bloch, Heinz P.，“流体机械:泵、气体压缩机和驱动器的寿命延长;”(2020)，DeGruyBETVICTOR体育官网ter出版社，柏林，德国，ISBN 978-3-11-067413-2