TRT设备密封系统改造与应用

DOI：10.16660/ki.1674-098X.2018.35.071
TRT设备密封系统改造与应用①
秦治国
(河钢集团宣钢公司设备能源部 河北张家口 075100)
摘 要：蜂窝密封技术是一种新型密封技术，它是一种采用真空钎焊技术将像“蜂巢”式的蜂窝带焊在汽封环母体上而形成蜂窝式密封。

本文通过对传统密封与新型密封技术的利弊分析、探讨，利用机会采用新型蜂窝密封技术对宣钢设备能源部现有TRT机组轴封泄漏问题进行改造，改造应用后有效的消除了系统泄漏问题，减轻了环境污染，保障了职工的安全，保障设备稳定、经济、可靠运行，符合当前节能减排的形势。

关键词：密封 泄露 改造 效益
中图分类号：TH45 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2018)12(b)-0071-02
1 设备简介
1#TRT发电机组（MPG19-310/50）是利用宣钢1#高炉产生的高炉煤气的压力能进入透平机做功，带动发电机发电，从而减少了减压阀组减压损失，达到了资源再利用的目的。

2 现状分析
目前机组本身自带密封为：外部（外侧）为碳环密封，内部（里侧）为拉别令汽封（J型齿密封）。

密封氮气从①②以稍大于被密封煤气0.02~0.03MPa压力进行封堵。

由于自身弊端原因，机组存在密封短期失效和泄漏煤气的情况，给设备的安全稳定运行带来隐患。

2.1 密封件
J型拉别令密封，是通过节流膨胀方式的产生的原始密封结构，由于它价格低廉、工艺制作简单，故应用的较多，但这种密封方式有着自身的缺陷。

2.1.1 引起气流激振
设备运行时，J型拉别令密封密封齿间存在环形腔室，由于转子的运行轨迹为椭圆形，转子在密封腔中偏置导致密封产生周向存在不均匀压力分布，由于密封流体激振力原因，腔室内形成强旋气流。

由于密封腔中的气流旋转，使转子和密封腔之间的间隙变化与周向压力分布的变化不能完全对应，最高压力点滞后密封腔最小间隙一定角度。

由此造成流体作用在转子上的力被分解，分解成与偏置方向相垂直的切向力将激励转子产生涡动。

当转子圆周各处受强旋气流的切向力变化差异增大时，引起的气流激振导致设备振动增高。

2.1.2 密封性差
由于节流膨胀次数少，当量齿数相对少，泄漏严重。

同时当量齿不可退让，极易发生磨损导致密封失效。

机组发生异常振动及过临界转速时，振动振幅较大，轴上轴套与J型齿之间会发生碰磨，J型拉别令密封齿过薄，当产生碰磨时，J型齿磨损很快，造成密封间隙增大，导致煤气发生泄漏。

2.1.3 检修繁琐
TRT设备上所装的拉别令密封一旦损坏，重新镶制需时间大约为两天。

由于转子重量大、长度长、回转直径大，因受现场环境因素影响，只能进行外委施工，费用高，工期长，与现有生产形式不符。

2.2 密封气系统
原始密封气系统，是在碳环密封中间和J型拉别令密封中间引入略大于介质压力的氮气进行强制密封。

该处压力实际上远大于介质压力、呈紊流状态，但由于轴的高速旋转和气体的粘性，密封处轴的表面有强旋气流。

由于J 型拉别令汽封密封效果差，密封氮气失压，强行堵塞的方式，只要局部有漏洞弱点存在，就会有煤气和氮气混合气泄漏于外。

2.3 碳环密封
碳环密封因背后弹簧片的作用，使得碳环始终与转子接触，对高速旋转转子产生轻微作用力，在高速旋转碰磨的作用下，弹簧片弹性力逐步减低直至归零，随着时间的延长，最终碳环与转子之间形成间隙，造成密封不严，煤气泄漏。

密封间隙增大还因转子圆周压力不均，导致产生涡流，给设备的启动及安全稳定运行带来隐患。

碳环密封属进口加工件，费用高，采购周期长，造成部采购成本增加。

3 蜂窝密封技术的优点
蜂窝密封技术中蜂窝带是由0.10mm厚的镍基耐高温合金防锈金属薄板制成像“蜂巢”一样的正六棱形孔状结构。

由于制作蜂窝的金属薄板质地较软，蜂窝带的整体刚度适中，对所接触的轴径表面起到良好的保护作用。

有着其他汽封无法比拟的优点。

蜂窝式汽封如图1所示。

（1）蜂窝式密封的蜂窝带对应的轴上凸台处，转子直径最大，由于蜂窝带的这种特殊结构模式和质地软的特性，蜂窝式密封的安装间隙取原标准间隙的下限，密封效果佳，同时即便发生碰擦也不会造成大轴弯曲变形，安全性能更佳。

（2）寿命长。

蜂窝式密封的蜂窝带材质本身非常耐磨，由于背后弹簧作用，能够长期保持一定的密封间隙，运行寿命更长，密封效果更具长久性。

（3）密封性能好。

由于它是将迷宫汽封的环形腔室改成一个个蜂窝，由于在蜂窝孔内回旋热能耗散和节流膨胀作用影响，使得涡流阻尼效果增强，大大降低介质的泄露流速；同时进入蜂窝孔的阻隔介质，充满后反冲形成的
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①作者简介：秦治国（1985—），男，河北遵化人，本科，工程师，从事机械技术管理工作。

施加过盈配合紧量的过程，第二个载荷步计算施加载荷的初始状态，第三个载荷步计算载荷变化后的最终状态，最大综合应力计算结果见下表。

2 联轴器的疲劳寿命分析
该鼠笼式电动机在使用寿命为30年，30年内上述交变载荷的疲劳次数设计值为6.13e5次为高周疲劳，计算方法上应选择S
-N曲线即应力-疲劳曲线进行分析，疲
图2 载荷步1时主轴最大综合应力
劳分析采用专业的疲劳分析软件NCODE进行分析，首先在软件里Design Life模块下将FEinput、SNAnalysis、FEdisplay、Hotspot这4个小模块放进工作区并连接好，然后将ABAQUS分析结果文件.ODB导入到FEinput里，在SNAnalysis为每个零部件设置相应的材料，在载荷谱设置里将应力分析的第2、3个载荷谱导入，平均应力修正按保守计算选择Goodman修正，计算出联轴器的最小疲劳次数为6.87e11次，该联轴器完全满足疲劳寿命要求。

3 结语
综上所述，鼠笼式电动机的设计过程中，在负载变化复杂的情况下，联轴器等部件的疲劳寿命仿真分析为设计使用寿命提供理论依据和优化依据，分析过程应着重考虑负载的变化过程对零部件的影响。

参考文献
[1] 曹金凤，石亦平.ABAQUS有限元分析常见问题解答[M].第1版.北京：机械工业出版社,2009.
[2] HBM United Kingdom Limited.GlyphWorks Fatigue Theory Guide[M].第1版.London :HBM United Kingdom Limited, 2017.
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涡流，对泄漏的介质产生强大的阻滞力，因此密封性能更佳。

有试验数据表明，在相同压力和间隙的条件下，蜂窝式密封较梳齿式汽封平均减小泄漏损失50%～70%，对提高设备效率具有显著影响。

（4）蜂窝式密封的蜂窝带钎焊在原梳齿迷宫式汽封相邻高齿中间部位，轴上凸台始终正对蜂窝带，尺寸较宽，在保持良好的密封间隙的同时，不会出现“掉台”的现象。

（5）消除转子涡振。

封堵用的介质进入蜂窝后，形成漩流涡状汽流又反冲回来有利阻滞泄漏的汽流，在轴的表面形成一层具有一定刚度的汽垫，增强了轴的振动阻尼，削弱轴的振动，对缓冲异常振动及临界转速时的振动具有重要意义。

综上所述，从传统结构密封的缺陷和FW蜂窝式密封的特点和优点可以看出，将传统的梳齿密封结构模式的密封技术改造成新型蜂窝蜂蜜结构模式的密封技术是十分必要的。

这将给旋转机械防泄漏、安全稳定运行带来巨大的帮助。

4 具体改造方法
转子上原有的汽封片车掉，成为带槽的光轴。

汽封套外形尺寸及基本结构保持不变，只是将原有部分凹凸台改造成汽封滑道槽。

蜂窝密封结构变为滑道式汽封套和蜂窝汽封、镶齿汽封三部分。

蜂窝汽封及镶齿汽封后部有弹簧，能够实现退让。

此种结构的蜂窝密封及梳齿密封均做成可调式密封，通过加减垫片调整密封的径向间隙，调整方法灵活方便。

当轴异
常振动超标后，轴与蜂窝密封及梳齿密封接触碰磨，由于弹簧力的退让作用，对轴的径向力降低，使得密封的磨损量减少，不会加剧轴的异常振动状态。

通过以上改进后，TRT内部煤气得到较强的密封并能长期保持。

即使有微量渗透到轴的端部，也会由氮气进行二次密封，不会产生煤气泄漏，使人身及设备的安全得到保证。

5 效益分析
改造费用：约60万元（含汽封套加工及运输费用）。

按改造前每年停机解决轴封泄漏3次计算，每次需停机约48h，损失为15000kW ×48h×3×0.571元/KWh （外购电费）＝123万元。

每次检修需更换碳环密封，费用为15万元×3=45万元。

则年可增收为123+45-60=108万元，经济效益显著。

同时，大大减少了煤气泄漏，既减轻了环境污染，又降低氮气耗量，保障了职工的安全，符合当前节能减排的形势。

参考文献
[1] 何立东,叶小强,刘锦南.蜂窝密封及其应用[J].中国机械工程，2005,16（20）：1855-1857.
[2] 爱迪电力技术集团.新型汽轮机密封装置——FW系列蜂窝式密封[EB/OL].
[3] 李军,邓清华,丰镇平.蜂窝汽封和迷宫式汽封流动性能比较的数值研究[J].中国电机工程学报，2005,25（16）：108-111.
图1 蜂窝式汽封示意图。