4.3 依據矛盾所對應的創(chuàng)新原理分析問題并尋求解決方案
首先，我們需要從兩組矛盾各自所對應的創(chuàng)新原理當中，選擇對解決本問題有啟發(fā)性的創(chuàng)新原理。考慮到汽輪機不同運行階段對汽封間隙存在不同需求，其中的時間分離原理對于問題的解決顯然有啟發(fā)性；考慮到實現不同時間段對汽封汽封間隙的不同需求，應使汽封具備彈性可退讓機制。因此，在本問題技術矛盾所對應的創(chuàng)新原理當中，可考慮應用反饋原理和動態(tài)特性原理。
其次，回顧問題分解過程中，通過運用Pro/lnnovation5.O中基于TRIZ的軟件分析工具和方法，針對間隙問題深入剖析了其中隱藏著的一系列內在原因和根本問題，在此基礎上對問題求解的可用資源做進一步分析，從物質、能量、組件、流程等不同層面找到了一系列可用資源。結合上述創(chuàng)新原理，可以考慮運用蒸汽及其流向、氣壓變化及其壓差、汽輪機運轉的不同階段、汽封本身結構及其材料特性、系統(tǒng)溫度及其變化、間隙設定值及其變化等解題資源。
最后，根據創(chuàng)新原理所指明的思考方向并綜合運用分析中所找到的資源，構思出用于汽封間隙問題創(chuàng)新求解的概念設計方案。如圖2所示，該方案的核心是使密封齒浮動可調，以接通主通道與背壓通道，引導蒸汽壓力流與主通道泄露的蒸汽對沖，促進紊流的形成，并滿足汽輪機不同運行階段對汽封間隙的不同要求。
方案工作原理如下：汽輪機的啟動階段易發(fā)生振動，因此，考慮加大徑向間隙，使其大于轉子的可能振動間隙，避免徑向碰摩的發(fā)生。而對于相對較小的軸向碰摩，則考慮將密封齒做成軸向浮動式的，以彈簧力保持啟動階段有較大的軸向間隙。在啟動階段以后，蒸汽壓力逐漸增大，形成優(yōu)勢背壓，使密封齒向轉子的環(huán)形凸臺軸向移動，從而減小密封間隙。當移動至間隙一定小，背壓通道打開，與間隙通道的壓力接通，防止碰摩凸臺，并維持幾乎為零的最小間隙，即，高壓工作過程中，汽封套的環(huán)形凸臺與浮動密封環(huán)之間將始終動態(tài)維持非接觸性薄隙浮摩狀態(tài)。
圖2 初步方案
4.4 方案分析與完善
上述基于TRIZ理論所構思的氣封系統(tǒng)創(chuàng)新方案，要求實現密封齒軸向浮動可調，而在壓力達到由彈簧壓力和滑動摩擦阻力所決定的可調設定值時，要求主通道與背壓通道可以接通，引導蒸汽壓力流與產生泄露的蒸汽對沖，形成紊亂汽流，消耗主通道的蒸汽泄露壓力，減小蒸汽泄露量，利于密封。其中，彈簧可根據使用狀況通過調壓螺釘進行壓力調整或更換，操作十分方便。在整個高壓工作過程中，軸向密封部位將始終動態(tài)處于較為理想的非接觸性薄隙浮摩狀態(tài)，避免了滑動部位結垢。為了進一步提高密封效果，可以借鑒普通齒側汽封的設計結構，增加容易形成渦流的凹凸結構。如圖3所示，沿蒸汽主通道，在轉子汽封套和密封齒上增加凹凸環(huán)槽這樣的簡單結構，可使汽流的流通路徑曲折復雜化，產生更多更強的阻力氣旋，強化密封效果。另外，從制造角度來看，方案的工藝性也較好。
圖3 創(chuàng)新設計方案
5 結論
通過應用TRIZ理論和計算機輔助創(chuàng)新軟件Pro/Innovator5.0，對汽輪機汽封系統(tǒng)目前存在的問題進行了因果分析和資源分析，提取了問題中存在物理矛盾和技術矛盾，找到了適用的創(chuàng)新原理，再結合對技術系統(tǒng)自身資源的挖掘利用，創(chuàng)新性地構思出利用蒸汽壓力調整浮動密封齒的齒側密封概念設計方案。該方案及其創(chuàng)新設計過程對汽輪機汽封乃至其它類似機械產品的創(chuàng)新設計具有一定的借鑒作用。
