范軼韜

摘 要：宣鋼動(dòng)力廠1#TRT機(jī)組通過(guò)進(jìn)行密封方式的改造，使得各種密封拆裝方便，可大大縮短檢修時(shí)間，提高TRT的可開(kāi)動(dòng)率。通過(guò)數(shù)值模擬分析，驗(yàn)證了蜂窩密封在減少泄漏量方面的有效性。該文針對(duì)這一改造實(shí)例進(jìn)行了細(xì)致的梳理總結(jié)。

關(guān)鍵詞：機(jī)組密封 蜂窩式密封 數(shù)值模擬 改造實(shí)例

中圖分類號(hào)：TF083.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）02（c）-0077-01

TRT-高爐煤氣余壓透平發(fā)電裝置（Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，以下簡(jiǎn)稱TRT），宣鋼動(dòng)力廠1#TRT是由陜鼓生產(chǎn)的，型號(hào)為：MPG14.8-244.1/17。目前機(jī)組運(yùn)行中存在的弊端主要有：較多情況機(jī)組振動(dòng)時(shí)有發(fā)生；煤氣泄漏超標(biāo)以及因碳環(huán)密封卡澀造成起機(jī)困難。

1 機(jī)組密封現(xiàn)狀及存在隱患分析

1.1 機(jī)組密封現(xiàn)狀

目前機(jī)組采用的密封方式為：內(nèi)部（里側(cè)）為拉別令汽封（J形齒密封-梳齒密封的一種），外部（外側(cè)）為碳環(huán)密封。

1.2 存在隱患分析

（1）密封件。拉別令密封此種密封方式有著自身的缺陷。包括密封性差；齒易磨損從而導(dǎo)致密封失效以及易引起氣流激振。

（2）密封氣系統(tǒng)。密封氣系統(tǒng)，是在拉別令密封中間和碳環(huán)密封中間引入略大于介質(zhì)壓力的氮?dú)膺M(jìn)行強(qiáng)制密封。但由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)和氣體的粘性，密封處轉(zhuǎn)子的表面有強(qiáng)旋氣流，該處壓力實(shí)際上大于介質(zhì)壓力并呈紊流狀態(tài)。在局部仍有大于密封氣壓的煤氣和氮?dú)饣旌蠚庑孤┯谕狻Ｇ矣捎诶瓌e令密封密封效果差，密封氮?dú)馊菀资?，失去?qiáng)行堵塞的作用，煤氣容易泄漏出來(lái)。

（3）碳環(huán)密封。原碳環(huán)密封對(duì)安裝要求嚴(yán)格，容易出現(xiàn)碳環(huán)碎裂及拉簧卡在碳環(huán)槽內(nèi)的情況，易引起機(jī)組振動(dòng)及密封失效。因碳環(huán)后面拉簧的作用，碳環(huán)始終與轉(zhuǎn)子接觸，對(duì)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一定的作用力。在此力的作用下，使得轉(zhuǎn)子容易產(chǎn)生渦動(dòng)，對(duì)機(jī)組的起動(dòng)及安全運(yùn)行有潛在的威脅。

2 蜂窩式密封

2.1 蜂窩式密封簡(jiǎn)介

蜂窩式密封是一種非接觸密封，這種汽封是由0.10mm厚的鎳基耐高溫合金防銹金屬薄板制成像蜂巢一樣的正六棱形孔狀結(jié)構(gòu)，并采用真空釬焊技術(shù)將蜂窩帶焊在汽封環(huán)母體上而形成蜂窩式密封并在此過(guò)程中提高了蜂窩帶的整體剛度。

2.2 蜂窩式密封的特點(diǎn)

（1）具有對(duì)軸保護(hù)作用。由于蜂窩式密封的特殊結(jié)構(gòu)模式和質(zhì)地軟的特性，蜂窩式密封不會(huì)傷及所接觸的軸徑表面。（2）密封效果佳。由于蜂窩帶的較軟特性，蜂窩式密封的安裝間隙可以取設(shè)計(jì)間隙的下限，密封間隙小。（3）密封性能好。在相同間隙和壓力的條件下，蜂窩式密封比原梳齒式汽封平均減小泄漏損失50%～70%。提高了機(jī)組效率，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。（4）壽命長(zhǎng)。蜂窩式密封的蜂窩帶本身非常耐磨，運(yùn)行壽命長(zhǎng)，能夠長(zhǎng)期保持密封間隙，密封效果有長(zhǎng)久性。（5）消除轉(zhuǎn)子渦振。介質(zhì)進(jìn)入蜂窩后，可以在軸的表面形成一層具有一定剛度的氣墊，增強(qiáng)了軸的振動(dòng)阻尼，削弱軸的振動(dòng)。

2.3 蜂窩式密封的數(shù)值模擬

采用商業(yè)CFD軟件Fluent對(duì)蜂窩式密封的密封效果進(jìn)行數(shù)值模擬。選取規(guī)格為對(duì)邊3.2mm，高度3.2mm的蜂窩式密封，其中軸直徑為170mm，轉(zhuǎn)速為3000r/min，密封與軸間距為0.3mm，密封長(zhǎng)度為6個(gè)蜂窩單元。設(shè)定進(jìn)口總壓分別為0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，出口壓力為0.1MPa。

通過(guò)數(shù)值模擬對(duì)蜂窩式密封與梳齒式密封的密封效果進(jìn)行比較。其中，所選取的梳齒密封與蜂窩密封具有相同的結(jié)構(gòu)尺寸，其轉(zhuǎn)速與進(jìn)出口壓力也與相應(yīng)的蜂窩密封相同。性能比較如表1所示。

從表1中可以看出，在相同的結(jié)構(gòu)尺寸與氣動(dòng)參數(shù)下，蜂窩式密封的密封效果明顯好于傳統(tǒng)的梳齒式密封，其泄漏量最高能減少16%以上。如果能夠?qū)唧w問(wèn)題的蜂窩密封進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，其泄漏量可進(jìn)一步減小。

3 改造實(shí)例

3.1 改造方案

將原來(lái)整體式汽封套結(jié)構(gòu)改為滑道式汽封套和蜂窩汽封、鑲齒汽封三部分，蜂窩汽封及鑲齒汽封后部有彈簧，能夠?qū)崿F(xiàn)退讓；蜂窩密封及梳齒密封均做成可調(diào)式，通過(guò)加減墊片調(diào)整徑向間隙，調(diào)整方便靈活；碳環(huán)密封方式不變，但改變結(jié)構(gòu)方式。安裝時(shí)方便、快捷，可以保持一個(gè)較小的間隙并防止碳環(huán)碎裂及彈簧卡澀。

3.2 效果驗(yàn)證

從改造后的MPG14.8-244.1/170透平膨脹機(jī)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)，可得出效果驗(yàn)證：（1）透平膨脹機(jī)改造密封方式后，端部密封效果良好，機(jī)組的運(yùn)行安全可靠性大大提高。（2）通過(guò)透平改造前后的氮?dú)夂牧繉?duì)比，機(jī)組改造后氮?dú)夂牧拷档土?0Nm3/h，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益。（3）蜂窩密封的氣流激振比較小，對(duì)柔性轉(zhuǎn)子組機(jī)組的日常運(yùn)行、開(kāi)機(jī)過(guò)程有幫助；從改后的機(jī)組開(kāi)機(jī)來(lái)看，機(jī)組沖臨界轉(zhuǎn)速比較容易，機(jī)組振動(dòng)也有所降低。

4 結(jié)論

TRT進(jìn)行密封改造后，解決了原拉別令密封存在的弊端。實(shí)踐證明在MPG14.8-244.1/170透平膨脹機(jī)中進(jìn)行密封改造是可行的、必要的，改造是成功的。

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