TRT机组轴端密封及轴承油挡的应用及改进

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【摘 要】透平机的轴端煤气泄漏和发电机的轴承油封泄漏为其实际运作中常见故障之一，结合设备结构特点及密封形式，通过改进完善，透平机轴端煤气泄漏和发动机轴承油封泄漏得到有效改善。

【关键词】trt透平机；碳环密封；轴承油挡；改进

【Abstract】Bearing seal the shaft gas turbine generator leaks and leaks as one of its common faults actual operation， combined with the structural characteristics of the device and sealed form， through improved， the shaft gas turbine engine bearings and seals leaks leakage has been effectively improved.

【Key words】TRT turbine；Carbon ring seal；Bearing oil block；Improvements

0 前言

TRT 是高炉煤气余压回收透平发电装置的简称，是利用高炉煤气压力能及热能，通过透平机膨胀做功驱动发电机的回收装置[1]。在正常运行时，TRT机组能代替高炉减压阀组，很好地调节、稳定高炉压力，对炉顶压力控制灵敏，波动幅度小，故对保证高炉的顺利运行及增产有良好的作用。

在实际运行中，透平机的轴端煤气泄漏和发电机的轴承油封泄漏为其故障的显著表现之一。轴端煤气泄漏和轴承油封泄漏浸泡发电机线圈不仅造成严重的环境污染及较大安全隐患，还影响TRT机组的效率和使用寿命。包钢燃气厂6套煤气余压透平发电机组上采用了梳齿密封和碳环密封技术，通过实际运行中的改进和完善，现透平机轴端煤气泄漏和发动机轴承油封泄漏得到有效改善。

1 梳齿迷宫式密封在透平机轴端密封的应用

梳齿密封是旋转机械密封装置最为常见的一种，由一组环状的密封齿片组成，齿和轴之间形成一组节流间隙与膨胀空腔，通过节流膨胀产生压力降和耗散能量来实现密封[2]。因其结构形式简单，加工制造方便，维护简便，以及长期使用而具有的可靠性等特点，被广泛应用于TRT透平机组轴端密封。

1.1 充氮梳齿迷宫式密封

为防止轴端高炉煤气泄漏，简单的迷宫式密封不能有效地隔离煤气，充氮式梳齿迷宫密封（如图1）其原理是通入比透平机内高炉煤气压力高0.02-0.03MPa的氮气，氮气向透平内流入的部分，有效地阻止了高炉煤气的外漏，因4#、6#TRT透平机前后支撑轴瓦在机壳外侧，大量的氮气可直接向压力更低的大气中泄漏，造成无效泄漏。

图1 充氮梳齿迷宫式密封

2 梳齿迷宫式加充氮碳环密封

梳齿密封由密封齿片之间形成节流间隙与膨胀空腔实现密封，其梳齿一般由0.3-0.5mm左右的不锈钢片镶嵌在转子及密封体内，在机组长期运行及检修中，存在梳齿磨损、倒伏等现象，致使梳齿的配合间隙不合理，机组轴端煤气泄漏加大的问题。梳齿迷宫式加充氮碳环密封（如图2）是通过转子上镶嵌的梳齿与碳环相配合形成节流间隙与膨胀空腔，碳环的使用避免了机械振动引发的梳齿磨轴问题，有效降低了梳齿的磨损，延长了梳齿的使用周期。

图2 梳齿迷宫式加充氮碳环密封

3 碳环密封在透平机轴端及发电机轴瓦密封油档的应用及改进

碳环密封属于浮动环密封，依靠密封碳环与转子形成密封，是一种密封性能优异的高效密封技术。碳环密封的密封碳环以石墨基为主，浸渍树脂、金属等材料以增强密封碳环的强度、韧性、耐磨性和温度适用性。碳环密封的结构形式多样，其结构包括环形密封腔体和环形碳环，密封腔体内有环形槽，槽内装有环形石墨密封环。

3.1 充氮式碳环密封

因充氮式梳齿迷宫密封不能有效封堵煤气泄漏，根据其结构特点，在透平机前后支撑轴瓦外侧安装充氮式碳环密封装置（如图3）。通过碳环后部的弹簧将分瓣的碳环箍紧成整圈，弹簧可以使密封碳环具有径向收缩功能，随着密封碳环的磨损，在弹簧的预紧力作用下减小碳环与转子的密封间隙，实现了密封间隙的自动调节。

图3 充氮式碳环密封

3.2 碳环密封油档

TRT发电机前后轴瓦油封一般采用浮动式油档，随着油档运行的磨损，常出现密封油渗漏现象。目前多数发电机组前后轴瓦油封采用复合高分子聚四氟乙烯浮动式油档与梳齿密封相配合，在实际运行中，常出现油向轴瓦端盖泄漏现象，使轴瓦周边地面及设备表面油渍污染，清扫繁琐且困难。

2012年由于包钢燃气厂1#TRT机组油排污风机故障，油回油不畅，发电机轴瓦油泄漏量增加，部分泄漏油渗入至发电机机壳内。有幸点巡检发现及时，打开发电机边盖检查发现线圈上有微量的油，避免了抽发电机转子及清理机壳的检修时间。一旦泄漏油浸泡线圈导致电机烧毁，其维修周期长，直接经济损失就将高达百万元。在之后的检修中，将复合高分子聚四氟乙烯油档改为碳环密封油档，其结构与充氮式碳环密封基本相同，不同之处在于没有密封氮气接口（如图4）。经安装使用至现在，运行状态良好，未出现密封油泄漏的现象，密封碳环也未进行更换。

图4 碳环密封油档

3.3 充氮式碳环密封及碳环密封油档的改进

透平机组最早采用碳环密封及密封油挡为“2瓣直口”式结构，随着机组的运行，转子与密封碳环不断的碰磨，使密封间隙不断增大，煤气及油泄漏量逐步加大。为改进备件使用状态，配合厂家技术人员检查后发现碳环断面切口为直口形式使得上瓣碳环在开口处卡滞，无法径向缩小补偿磨损而不断增大的间隙。通过实践应用的改进和完善，由原来的“2瓣直口”形式改进为“4瓣Z字”形式（如图5），瓣数的增加有效的加大了密封间隙的调节量，“Z字”形式结合面的改进使得碳环可以径向自由收缩，改善了因碳环磨损密封间隙变大导致的失效，大大提高了碳环的使用周期。

（a）2瓣直口形 （b）4瓣Z字形

图5

4 结束语

透平机的轴端密封和轴承油封泄漏为现场设备实际运行常见故障，通过包钢TRT机组碳环密封的实际应用、改进及完善，发现碳环密封技术在处理轴端密封和轴承油封渗漏现象有很好的效果，因此可以考虑在其它未采用碳环密封及碳环密封油档的设备上应用。并加强碳环材质选型、碳环与环形槽的配合间隙及装配精度等问题上的研究。

【参考文献】

[1]刘希琳.TRT装置高炉炉顶压力控制系统研究与设计[D].杭州：浙江大学，2008.

[2]任晓善.化工机械维修手册[M].化学工业出版社，2003.