TRT端部密封改造實例分析

范軼韜

摘 要：宣鋼動力廠1#TRT機組通過進行密封方式的改造，使得各種密封拆裝方便，可大大縮短檢修時間，提高TRT的可開動率。通過數(shù)值模擬分析，驗證了蜂窩密封在減少泄漏量方面的有效性。該文針對這一改造實例進行了細致的梳理總結(jié)。

關(guān)鍵詞：機組密封 蜂窩式密封 數(shù)值模擬 改造實例

中圖分類號：TF083.2 文獻標識碼：A 文章編號：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，以下簡稱TRT），宣鋼動力廠1#TRT是由陜鼓生產(chǎn)的，型號為：MPG14.8-244.1/17。目前機組運行中存在的弊端主要有：較多情況機組振動時有發(fā)生；煤氣泄漏超標以及因碳環(huán)密封卡澀造成起機困難。

1 機組密封現(xiàn)狀及存在隱患分析

1.1 機組密封現(xiàn)狀

目前機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)壓力的氮氣進行強制密封。但由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)和氣體的粘性，密封處轉(zhuǎn)子的表面有強旋氣流，該處壓力實際上大于介質(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氣混合氣泄漏于外。且由于拉別令密封密封效果差，密封氮氣容易失壓，失去強行堵塞的作用，煤氣容易泄漏出來。

（3）碳環(huán)密封。原碳環(huán)密封對安裝要求嚴格，容易出現(xiàn)碳環(huán)碎裂及拉簧卡在碳環(huán)槽內(nèi)的情況，易引起機組振動及密封失效。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，對機組的起動及安全運行有潛在的威脅。

2 蜂窩式密封

2.1 蜂窩式密封簡介

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程中提高了蜂窩帶的整體剛度。

2.2 蜂窩式密封的特點

（1）具有對軸保護作用。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計間隙的下限，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%。提高了機組效率，具有顯著的經(jīng)濟效益。（4）壽命長。蜂窩式密封的蜂窩帶本身非常耐磨，運行壽命長，能夠長期保持密封間隙，密封效果有長久性。（5）消除轉(zhuǎn)子渦振。介質(zhì)進入蜂窩后，可以在軸的表面形成一層具有一定剛度的氣墊，增強了軸的振動阻尼，削弱軸的振動。

2.3 蜂窩式密封的數(shù)值模擬

采用商業(yè)CFD軟件Fluent對蜂窩式密封的密封效果進行數(shù)值模擬。選取規(guī)格為對邊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，密封長度為6個蜂窩單元。設定進口總壓分別為0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，出口壓力為0.1MPa。

通過數(shù)值模擬對蜂窩式密封與梳齒式密封的密封效果進行比較。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)速與進出口壓力也與相應的蜂窩密封相同。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問題的蜂窩密封進行優(yōu)化設計，其泄漏量可進一步減小。

3 改造實例

3.1 改造方案

將原來整體式汽封套結(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。安裝時方便、快捷，可以保持一個較小的間隙并防止碳環(huán)碎裂及彈簧卡澀。

3.2 效果驗證

從改造后的MPG14.8-244.1/170透平膨脹機各項運行指標，可得出效果驗證：（1）透平膨脹機改造密封方式后，端部密封效果良好，機組的運行安全可靠性大大提高。（2）通過透平改造前后的氮氣耗量對比，機組改造后氮氣耗量降低了60Nm3/h，具有一定的經(jīng)濟效益。（3）蜂窩密封的氣流激振比較小，對柔性轉(zhuǎn)子組機組的日常運行、開機過程有幫助；從改后的機組開機來看，機組沖臨界轉(zhuǎn)速比較容易，機組振動也有所降低。

4 結(jié)論

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

參考文獻

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[3] 葉小強，何立東，霍耿磊.蜂窩密封流場和泄漏特性的實驗研究[J].潤滑與密封，2006（11）：77-90.