余熱透平發電機低壓發電側密封改造

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

余熱透平發電機低壓發電側密封改造

朱忠翔，姚 鵬

（江西銅業集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

主要介紹余熱透平發電機的主要結構和工藝流程，根據余熱透平發電機在實際過程中的運行情況，發現碳環密封容易損傷低壓發電側的軸頸，故將低壓發電側的碳環密封更換為機械密封的形式，對比兩種密封形式的效果，提高余熱透平發電機的工作效率。

透平發電機；工藝流程；低壓側；碳環密封；機械密封

1 引言

江銅集團貴溪冶煉廠新系統動力車間2#蒸汽透平發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。

發電機有二個軸端：一端由AFA 4 G6a型（高壓側）透平機驅動， 在AFA 4 G6a透平機內，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）透平機驅動，在AFA 6 G6b透平機內，其余蒸汽膨脹到絕壓0.3bar排出。

采用了Woodward 505速度調節器，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。發電機磁極為凸極式結構，勵磁機與發電機同軸，勵磁電流通過旋轉二極管整流后［1］，對發電機轉子勵磁，發電機現在功率為7400kVA。

余熱透平發電機的主要性能參數如表1所示：

表1 余熱透平發電機主要性能參數

2 透平發電機的工藝流程

如圖1所示，來自閃速爐和轉爐鍋爐的高壓飽和蒸汽驅動高壓側端使發電機做功，高壓側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，經過低壓蒸汽箱的低壓蒸汽一部分驅動低壓側端使發電機做工，一部分低壓蒸汽供給其他低壓蒸汽用戶，低壓側的排出蒸汽經過冷凝器，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 余熱透平發電機的工藝流程圖

3 低壓側端的原密封碳環密封工作原理

如圖2所示碳環密封多為屬于浮環密封氣體節流式非接觸密封。它的密封原理是靠密封氣體在浮環與軸套之間形成氣膜，產生節流降壓，阻止高壓側氣體流向低壓側。在工作時，浮環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，軸轉動油膜產生油膜浮力將軸抬起；而對浮環來說，由于浮環重量很小，軸轉動時而在浮環與軸間隙中產生的氣膜可將浮環抬起，軸是相對固定的。根據軸承油膜原理可知，如浮環與軸完全同心，則不會產生氣膜浮力，如浮環與軸偏心，則軸轉動時將會產生氣膜浮力，浮力使浮環浮起而使偏心減小。當減小到一定程度時產生的浮力正好與浮環重量相等，達到了動態平衡。由于浮環很輕，因此動態平衡的偏心是很小的，即浮環會自動與軸基本保持同心，這是浮環密封的優點。正常工作情況下，浮環與軸（或軸套）基本處于非接觸狀態，同時在每道碳環內面開有環形小槽，氣體經過小槽時在此形成氣體渦流隔斷介質氣體，達到密封目的，所以浮環密封可用在較高參數下的旋轉軸密封上［2］。

圖2 碳環密封結構示意圖

4 機械密封工作原理以及安裝重要參數

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對垂直于軸作相對滑動的端面在流體壓力和補償機構的彈力（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。機械密封結構如圖3所示。由靜止環（靜環）、旋轉環（動環）、彈性元件、彈簧座、緊定螺釘、旋轉環輔助密封圈和靜止環輔助密封圈等元件組成，防轉銷固定在壓蓋上以防止靜止環轉動。旋轉環和靜止環往往還可根據它們是否具有軸向補償能力而稱為補償環或非補償還［3］。

圖3 機械密封結構示意圖

4.2 安裝時注意的幾個重要數據

（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；

（3）在汽缸座內安裝好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。

5 改造前后的密封效果對比

動力2#透平發電機低壓側透平原裝軸封形式為碳環密封，經運行兩年實際情況證明，原碳環密封形式不適應低壓側蒸汽工況（相對于高壓側透平含水量較大，碳環易損傷軸頸），在2010年年修期間由德方專家將低壓側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偏差而導致機械密封安裝前，需要將機封法蘭內側面作切削處理。

碳環密封的優點：主要構造不復雜，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氣體的零泄漏，相對端面密封和干氣密封產品成本和維修成本低［4］。

碳環密封的缺點：適用于低壓環境，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電機低壓發電側蒸汽工況，碳環易損傷軸頸。

機械密封的優點：在余熱透平發電機長時間安全平穩運行的過程中，密封狀態比較穩定，泄露量小；使用壽命比碳環密封時間長；摩擦功率小［5］，對比低壓發電側的碳環密封不容易使軸頸受磨損，減少維修工作量；抗震性性能好，能適用于不同轉速和各種介質的密封。

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

機械密封的使用，能減少對低壓發電側軸頸的損傷，減少余熱透平發電機因密封原因導致的停機故障，提高余熱透平發電機的連續發電時間和工作效率。

6 結語

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

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

［2］鄭立佳. 廢氣回收風機碳環密封的應用［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.

［4］胡濤， 林艷斐， 謝楷. 碳環密封應用在工藝螺桿壓縮機上的常見問題分析［J］. 壓縮機技術， 2015（6）：35-38+43.

［5］劉曦澤. 淺談密封裝置在石化行業的應用［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