朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

余熱透平發(fā)電機低壓發(fā)電側(cè)密封改造

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

主要介紹余熱透平發(fā)電機的主要結(jié)構(gòu)和工藝流程，根據(jù)余熱透平發(fā)電機在實際過程中的運行情況，發(fā)現(xiàn)碳環(huán)密封容易損傷低壓發(fā)電側(cè)的軸頸，故將低壓發(fā)電側(cè)的碳環(huán)密封更換為機械密封的形式，對比兩種密封形式的效果，提高余熱透平發(fā)電機的工作效率。

透平發(fā)電機；工藝流程；低壓側(cè)；碳環(huán)密封；機械密封

1 引言

江銅集團貴溪冶煉廠新系統(tǒng)動力車間2#蒸汽透平發(fā)電機是德國西門子公司（原3K公司）制造，AFA系列蒸汽透平為一個單級透平，葉輪為帶軸流單排葉片式。

發(fā)電機有二個軸端：一端由AFA 4 G6a型（高壓側(cè)）透平機驅(qū)動， 在AFA 4 G6a透平機內(nèi)，高壓蒸汽從絕壓44.5bar干飽和蒸汽膨脹到排出壓力絕壓11bar。另一端由AFA 6 G6b 型（低壓側(cè)）透平機驅(qū)動，在AFA 6 G6b透平機內(nèi)，其余蒸汽膨脹到絕壓0.3bar排出。

采用了Woodward 505速度調(diào)節(jié)器，通過控制進口閥和噴嘴組閥借以達到控制恒定速度和輸出功率的目的。發(fā)電機磁極為凸極式結(jié)構(gòu)，勵磁機與發(fā)電機同軸，勵磁電流通過旋轉(zhuǎn)二極管整流后［1］，對發(fā)電機轉(zhuǎn)子勵磁，發(fā)電機現(xiàn)在功率為7400kVA。

余熱透平發(fā)電機的主要性能參數(shù)如表1所示：

表1 余熱透平發(fā)電機主要性能參數(shù)

2 透平發(fā)電機的工藝流程

如圖1所示，來自閃速爐和轉(zhuǎn)爐鍋爐的高壓飽和蒸汽驅(qū)動高壓側(cè)端使發(fā)電機做功，高壓側(cè)的排出低壓蒸汽和來自硫酸和陽極爐鍋爐的低壓蒸汽進入低壓蒸汽分汽箱，經(jīng)過低壓蒸汽箱的低壓蒸汽一部分驅(qū)動低壓側(cè)端使發(fā)電機做工，一部分低壓蒸汽供給其他低壓蒸汽用戶，低壓側(cè)的排出蒸汽經(jīng)過冷凝器，一部分蒸汽被射汽抽氣器抽出，一部分被冷凝器液化成水，液化的水經(jīng)過復水泵的進入除氧器，然后供給閃速爐鍋爐給水泵和硫酸陽極爐鍋爐給水泵。

圖1 余熱透平發(fā)電機的工藝流程圖

3 低壓側(cè)端的原密封碳環(huán)密封工作原理

如圖2所示碳環(huán)密封多為屬于浮環(huán)密封氣體節(jié)流式非接觸密封。它的密封原理是靠密封氣體在浮環(huán)與軸套之間形成氣膜，產(chǎn)生節(jié)流降壓，阻止高壓側(cè)氣體流向低壓側(cè)。在工作時，浮環(huán)受力情況與軸承相似，所不同的是：對軸承而言，軸浮動而軸瓦固定不動，軸轉(zhuǎn)動油膜產(chǎn)生油膜浮力將軸抬起；而對浮環(huán)來說，由于浮環(huán)重量很小，軸轉(zhuǎn)動時而在浮環(huán)與軸間隙中產(chǎn)生的氣膜可將浮環(huán)抬起，軸是相對固定的。根據(jù)軸承油膜原理可知，如浮環(huán)與軸完全同心，則不會產(chǎn)生氣膜浮力，如浮環(huán)與軸偏心，則軸轉(zhuǎn)動時將會產(chǎn)生氣膜浮力，浮力使浮環(huán)浮起而使偏心減小。當減小到一定程度時產(chǎn)生的浮力正好與浮環(huán)重量相等，達到了動態(tài)平衡。由于浮環(huán)很輕，因此動態(tài)平衡的偏心是很小的，即浮環(huán)會自動與軸基本保持同心，這是浮環(huán)密封的優(yōu)點。正常工作情況下，浮環(huán)與軸（或軸套）基本處于非接觸狀態(tài)，同時在每道碳環(huán)內(nèi)面開有環(huán)形小槽，氣體經(jīng)過小槽時在此形成氣體渦流隔斷介質(zhì)氣體，達到密封目的，所以浮環(huán)密封可用在較高參數(shù)下的旋轉(zhuǎn)軸密封上［2］。

圖2 碳環(huán)密封結(jié)構(gòu)示意圖

4 機械密封工作原理以及安裝重要參數(shù)

該機械密封為德國進口伯格曼機械密封，部件號為4-180140-006，型號為BURGMANN 09/2854，TDGS1/113-E1-R-A1，透平右旋。

4.1 機械密封的工作原理

機械密封工作原理：機械密封是靠一對或數(shù)對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構(gòu)的彈力（或磁力）作用下保持貼合并配以輔助密封而達到阻漏的軸封裝置。機械密封結(jié)構(gòu)如圖3所示。由靜止環(huán)（靜環(huán)）、旋轉(zhuǎn)環(huán)（動環(huán)）、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉(zhuǎn)環(huán)輔助密封圈和靜止環(huán)輔助密封圈等元件組成，防轉(zhuǎn)銷固定在壓蓋上以防止靜止環(huán)轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)環(huán)和靜止環(huán)往往還可根據(jù)它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環(huán)或非補償還［3］。

圖3 機械密封結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 安裝時注意的幾個重要數(shù)據(jù)

（1）拆除葉輪鎖緊螺母（專用液壓工具），拆除前應架好“長腳”百分表，表針頂在中間高強度螺桿端面，在緩慢液壓施力下，油壓升至1175Bar時，用小棒桿插入螺母的洞眼，反時針用力可松動螺母，注意觀察百分表上螺桿長度的回縮量應在0.35cm左右；

（2）用游標卡尺測量機封法蘭厚度，標準值在16.5±0.2mm內(nèi)；

（3）在汽缸座內(nèi)安裝好4根專用導向桿，順導向桿將機械密封專用密封墊片A放置于機械密封安裝區(qū)域（注意讓墊片A封堵住原密封蒸汽排汽孔），在專用導向桿引導下，注意讓機械密封的鋼印標記向上，將機封向內(nèi)慢慢推進，直至觸到墊片A（安裝前嚴禁松動機封上任何一個螺栓） ；

（4）對角取下兩根導向桿，旋上兩個機封專用緊固螺栓（需涂抹樂泰76732）并稍微帶緊，然后，再取下另外兩根導向桿，安裝上其他兩個機封專用緊固螺栓（需涂抹螺栓抗咬合劑樂泰76732）并稍微帶緊，再用專用扭矩扳手（扭矩先調(diào)至60Nm），對角交替均勻緊固4個緊固螺栓，此時，若檢查到4個定位螺釘（圖3中14所示）圓錐部分不能100%落入新鉆孔中，則最大可用扭矩80Nm，再緊固4個法蘭螺栓；

（5）取下機封端面上4個定位壓塊，此時，必須要非常小心地一個一個緊固1.8（圖3中所示）的螺栓，一共12個。用游標卡尺測量中間套上4個內(nèi)孔深度，直到4個測量孔上的控制測量點在32mm±0.1至0.3mm；

（6）確認尺寸均在標準值范圍內(nèi)后，在確認機封尺寸，用游標卡尺測量機封中間套外端面與機封下凹端面距離，標準值在14±0.2mm內(nèi)。

5 改造前后的密封效果對比

動力2#透平發(fā)電機低壓側(cè)透平原裝軸封形式為碳環(huán)密封，經(jīng)運行兩年實際情況證明，原碳環(huán)密封形式不適應低壓側(cè)蒸汽工況（相對于高壓側(cè)透平含水量較大，碳環(huán)易損傷軸頸），在2010年年修期間由德方專家將低壓側(cè)透平軸封形式改造更換為機械密封形式，但由于當時改造需在軸頭表面（手工用手槍鉆）鉆定位孔，德方專家因定位出現(xiàn)偏差而導致機械密封安裝前，需要將機封法蘭內(nèi)側(cè)面作切削處理。

碳環(huán)密封的優(yōu)點：主要構(gòu)造不復雜，方便維修，用途廣，在有隔離氣體阻抗的前提下可以達到介質(zhì)氣體的零泄漏，相對端面密封和干氣密封產(chǎn)品成本和維修成本低［4］。

碳環(huán)密封的缺點：適用于低壓環(huán)境，沒有氣體阻抗時并存在一定的泄漏量。但不適應該蒸汽透平發(fā)電機低壓發(fā)電側(cè)蒸汽工況，碳環(huán)易損傷軸頸。

機械密封的優(yōu)點：在余熱透平發(fā)電機長時間安全平穩(wěn)運行的過程中，密封狀態(tài)比較穩(wěn)定，泄露量小；使用壽命比碳環(huán)密封時間長；摩擦功率?。?］，對比低壓發(fā)電側(cè)的碳環(huán)密封不容易使軸頸受磨損，減少維修工作量；抗震性性能好，能適用于不同轉(zhuǎn)速和各種介質(zhì)的密封。

機械密封的缺點：制造成本和制造精度要求高，構(gòu)造復雜［6］，機械密封的安裝和拆卸較碳環(huán)密封復雜。

機械密封的使用，能減少對低壓發(fā)電側(cè)軸頸的損傷，減少余熱透平發(fā)電機因密封原因?qū)е碌耐C故障，提高余熱透平發(fā)電機的連續(xù)發(fā)電時間和工作效率。

6 結(jié)語

通過對低壓側(cè)密封形式的改造，進一步提升余熱透平發(fā)電機的工作效率，降低低壓側(cè)軸頸的損壞率，縮短余熱透平發(fā)電機的停機時間，最大化的利用余熱透平發(fā)電機工作時間，提高透平發(fā)電機的發(fā)電效率，為工廠的綠色環(huán)保作出貢獻。

［1］令狐進生. 余熱發(fā)電機組主油泵損壞故障的分析與處理［J］. 有色冶金節(jié)能， 2016（1）：41-43.

［2］鄭立佳. 廢氣回收風機碳環(huán)密封的應用［J］. 人造纖維， 2014（4）：26-27+17.

［3］沈琳， 陳璟， 胡德忠. 化工機械密封故障原因及對策研究［J］. 化工管理， 2016（1）：192.

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［5］劉曦澤. 淺談密封裝置在石化行業(yè)的應用［J］. 廣州化工， 2015（1）：29-30+45.

［6］李鳳成， 丁思云， 沈宗沼， 等. 機械密封安裝問題的分析研究［J］. 液壓氣動與密封， 2015（5）：67-69.

Low Voltage Power Generation Side Seal Modification of Waste Heat Turbine Generator

ZHU Zhong-xiang， YAO Peng
（Guixi smelter， Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

this paper mainly introduces the main structure and technological process of waste heat turbine generator， according to the waste heat turbine generator in the process of actual operation situation， found that the carbon ring seal is easy to damage the low voltage power generation side of the journal， so the low voltage power to the carbon ring seal replacement for the form of mechanical seal，compared to two kinds of sealing effect， improve the work efficiency of waste heat turbine generator.

turbine generator；process flow；low Voltage side；carbon ring seal；mechanical seal

TM31

B

1009-3842（2016）05-0085-04

2016-06-16

朱忠翔（1990-），男，江西鄱陽人，主要從事機械設備的維修工作。E-mail： 420371851@qq.com