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TRT機(jī)組軸端密封及軸承油擋的應(yīng)用及改進(jìn)

2018-06-25

王亮亮　李強(qiáng)　張磊
（包鋼〈集團(tuán)〉公司燃?xì)鈴S，內(nèi)蒙古包頭，014010）

　　【摘　要】透平機(jī)的軸端煤氣泄漏和發(fā)電機(jī)的軸承油封泄漏為其實(shí)際運(yùn)作中常見(jiàn)故障之一，結(jié)合設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及密封形式，通過(guò)改進(jìn)完善，透平機(jī)軸端煤氣泄漏和發(fā)動(dòng)機(jī)軸承油封泄漏得到有效改善。
　　【關(guān)鍵詞】TRT透平機(jī)；碳環(huán)密封；軸承油擋；改進(jìn)
　　0　前言
　　TRT是高爐煤氣余壓回收透平發(fā)電裝置的簡(jiǎn)稱，是利用高爐煤氣壓力能及熱能，通過(guò)透平機(jī)膨脹做功驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的回收裝置^[1]。在正常運(yùn)行時(shí)，TRT機(jī)組能代替高爐減壓閥組，很好地調(diào)節(jié)、穩(wěn)定高爐壓力，對(duì)爐頂壓力控制靈敏，波動(dòng)幅度小，故對(duì)保證高爐的順利運(yùn)行及增產(chǎn)有良好的作用。

　　在實(shí)際運(yùn)行中，透平機(jī)的軸端煤氣泄漏和發(fā)電機(jī)的軸承油封泄漏為其故障的顯著表現(xiàn)之一。軸端煤氣泄漏和軸承油封泄漏浸泡發(fā)電機(jī)線圈不僅造成嚴(yán)重的環(huán)境污染及較大安全隱患，還影響TRT機(jī)組的效率和使用壽命。包鋼燃?xì)鈴S6套煤氣余壓透平發(fā)電機(jī)組上采用了梳齒密封和碳環(huán)密封技術(shù)，通過(guò)實(shí)際運(yùn)行中的改進(jìn)和完善，現(xiàn)透平機(jī)軸端煤氣泄漏和發(fā)動(dòng)機(jī)軸承油封泄漏得到有效改善。

　　1　梳齒迷宮式密封在透平機(jī)軸端密封的應(yīng)用
　　梳齒密封是旋轉(zhuǎn)機(jī)械密封裝置Z為常見(jiàn)的一種，由一組環(huán)狀的密封齒片組成，齒和軸之間形成一組節(jié)流間隙與膨脹空腔，通過(guò)節(jié)流膨脹產(chǎn)生壓力降和耗散能量來(lái)實(shí)現(xiàn)密封^[2]。因其結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，加工制造方便，維護(hù)簡(jiǎn)便，以及長(zhǎng)期使用而具有的可靠性等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于TRT透平機(jī)組軸端密封。

　　1.1充氮梳齒迷宮式密封
　　為防止軸端高爐煤氣泄漏，簡(jiǎn)單的迷宮式密封不能有效地隔離煤氣，充氮式梳齒迷宮密封（如圖1）其原理是通入比透平機(jī)內(nèi)高爐煤氣壓力高0.02-0.03MPa的氮?dú)?，氮?dú)庀蛲钙絻?nèi)流入的部分，有效地阻止了高爐煤氣的外漏，因4^#、6^#TRT透平機(jī)前后支撐軸瓦在機(jī)殼外側(cè)，大量的氮?dú)饪芍苯酉驂毫Ω偷拇髿庵行孤?，造成無(wú)效泄漏。

　　圖1 充氮梳齒迷宮式密封

　　2　梳齒迷宮式加充氮碳環(huán)密封
　　梳齒密封由密封齒片之間形成節(jié)流間隙與膨脹空腔實(shí)現(xiàn)密封，其梳齒一般由0.3-0.5mm左右的不銹鋼片鑲嵌在轉(zhuǎn)子及密封體內(nèi)，在機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行及檢修中，存在梳齒磨損、倒伏等現(xiàn)象，致使梳齒的配合間隙不合理，機(jī)組軸端煤氣泄漏加大的問(wèn)題。梳齒迷宮式加充氮碳環(huán)密封（如圖2）是通過(guò)轉(zhuǎn)子上鑲嵌的梳齒與碳環(huán)相配合形成節(jié)流間隙與膨脹空腔，碳環(huán)的使用避免了機(jī)械振動(dòng)引發(fā)的梳齒磨軸問(wèn)題，有效降低了梳齒的磨損，延長(zhǎng)了梳齒的使用周期。

　　圖2 梳齒迷宮式加充氮碳環(huán)密封

　　3　碳環(huán)密封在透平機(jī)軸端及發(fā)電機(jī)軸瓦密封油檔的應(yīng)用及改進(jìn)
　　碳環(huán)密封屬于浮動(dòng)環(huán)密封，依靠密封碳環(huán)與轉(zhuǎn)子形成密封，是一種密封性能優(yōu)異的高效密封技術(shù)。碳環(huán)密封的密封碳環(huán)以石墨基為主，浸漬樹(shù)脂、金屬等材料以增強(qiáng)密封碳環(huán)的強(qiáng)度、韌性、耐磨性和溫度適用性。碳環(huán)密封的結(jié)構(gòu)形式多樣，其結(jié)構(gòu)包括環(huán)形密封腔體和環(huán)形碳環(huán)，密封腔體內(nèi)有環(huán)形槽，槽內(nèi)裝有環(huán)形石墨密封環(huán)。

　　3.1充氮式碳環(huán)密封
　　因充氮式梳齒迷宮密封不能有效封堵煤氣泄漏，根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在透平機(jī)前后支撐軸瓦外側(cè)安裝充氮式碳環(huán)密封裝置（如圖3）。通過(guò)碳環(huán)后部的彈簧將分瓣的碳環(huán)箍緊成整圈，彈簧可以使密封碳環(huán)具有徑向收縮功能，隨著密封碳環(huán)的磨損，在彈簧的預(yù)緊力作用下減小碳環(huán)與轉(zhuǎn)子的密封間隙，實(shí)現(xiàn)了密封間隙的自動(dòng)調(diào)節(jié)。

　　圖3 充氮式碳環(huán)密封

　　3.2碳環(huán)密封油檔
　　TRT發(fā)電機(jī)前后軸瓦油封一般采用浮動(dòng)式油檔，隨著油檔運(yùn)行的磨損，常出現(xiàn)密封油滲漏現(xiàn)象。目前多數(shù)發(fā)電機(jī)組前后軸瓦油封采用復(fù)合高分子聚四氟乙烯浮動(dòng)式油檔與梳齒密封相配合，在實(shí)際運(yùn)行中，常出現(xiàn)潤(rùn)滑油向軸瓦端蓋泄漏現(xiàn)象，使軸瓦周邊地面及設(shè)備表面油漬污染，清掃繁瑣且困難。

　　2012年由于包鋼燃?xì)鈴S1^#TRT機(jī)組潤(rùn)滑油排污風(fēng)機(jī)故障，潤(rùn)滑油回油不暢，發(fā)電機(jī)軸瓦潤(rùn)滑油泄漏量增加，部分泄漏潤(rùn)滑油滲入至發(fā)電機(jī)機(jī)殼內(nèi)。有幸點(diǎn)巡檢發(fā)現(xiàn)及時(shí)，打開(kāi)發(fā)電機(jī)邊蓋檢查發(fā)現(xiàn)線圈上有微量的潤(rùn)滑油，避免了抽發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子及清理機(jī)殼的檢修時(shí)間。一旦泄漏油浸泡線圈導(dǎo)致電機(jī)燒毀，其維修周期長(zhǎng)，直接經(jīng)濟(jì)損失就將高達(dá)百萬(wàn)元。在之后的檢修中，將復(fù)合高分子聚四氟乙烯油檔改為碳環(huán)密封油檔，其結(jié)構(gòu)與充氮式碳環(huán)密封基本相同，不同之處在于沒(méi)有密封氮?dú)饨涌冢ㄈ鐖D4）。經(jīng)安裝使用至現(xiàn)在，運(yùn)行狀態(tài)良好，未出現(xiàn)密封油泄漏的現(xiàn)象，密封碳環(huán)也未進(jìn)行更換。

　　圖4 碳環(huán)密封油檔

　　3.3充氮式碳環(huán)密封及碳環(huán)密封油檔的改進(jìn)
　　透平機(jī)組Z早采用碳環(huán)密封及密封油擋為“2瓣直口”式結(jié)構(gòu)，隨著機(jī)組的運(yùn)行，轉(zhuǎn)子與密封碳環(huán)不斷的碰磨，使密封間隙不斷增大，煤氣及潤(rùn)滑油泄漏量逐步加大。為改進(jìn)備件使用狀態(tài)，配合廠家技術(shù)人員檢查后發(fā)現(xiàn)碳環(huán)斷面切口為直口形式使得上瓣碳環(huán)在開(kāi)口處卡滯，無(wú)法徑向縮小補(bǔ)償磨損而不斷增大的間隙。通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用的改進(jìn)和完善，由原來(lái)的“2瓣直口”形式改進(jìn)為“4瓣Z字”形式（如圖5），瓣數(shù)的增加有效的加大了密封間隙的調(diào)節(jié)量，“Z字”形式結(jié)合面的改進(jìn)使得碳環(huán)可以徑向自由收縮，改善了因碳環(huán)磨損密封間隙變大導(dǎo)致的失效，大大提高了碳環(huán)的使用周期。

　　圖5

　　4　結(jié)束語(yǔ)

　　透平機(jī)的軸端密封和軸承油封泄漏為現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)際運(yùn)行常見(jiàn)故障，通過(guò)包鋼TRT機(jī)組碳環(huán)密封的實(shí)際應(yīng)用、改進(jìn)及完善，發(fā)現(xiàn)碳環(huán)密封技術(shù)在處理軸端密封和軸承油封滲漏現(xiàn)象有很好的效果，因此可以考慮在其它未采用碳環(huán)密封及碳環(huán)密封油檔的設(shè)備上應(yīng)用。并加強(qiáng)碳環(huán)材質(zhì)選型、碳環(huán)與環(huán)形槽的配合間隙及裝配精度等問(wèn)題上的研究。

　　【參考文獻(xiàn)】
　　[1]劉希琳.TRT裝置高爐爐頂壓力控制系統(tǒng)研究與設(shè)計(jì)[D].杭州：浙江大學(xué)，2008.
　　[2]任曉善.化工機(jī)械維修手冊(cè)[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

來(lái)源：《山東工業(yè)技術(shù)》