王亮亮　李強　張磊
（包鋼〈集團〉公司燃氣廠，內蒙古包頭，014010）

　　【摘　要】透平機的軸端煤氣泄漏和發電機的軸承油封泄漏為其實際運作中常見故障之一，結合設備結構特點及密封形式，通過改進完善，透平機軸端煤氣泄漏和發動機軸承油封泄漏得到有效改善。
　　【關鍵詞】TRT透平機；碳環密封；軸承油擋；改進
　　0　前言
　　TRT是高爐煤氣余壓回收透平發電裝置的簡稱，是利用高爐煤氣壓力能及熱能，通過透平機膨脹做功驅動發電機的回收裝置^[1]。在正常運行時，TRT機組能代替高爐減壓閥組，很好地調節、穩定高爐壓力，對爐頂壓力控制靈敏，波動幅度小，故對保證高爐的順利運行及增產有良好的作用。

　　在實際運行中，透平機的軸端煤氣泄漏和發電機的軸承油封泄漏為其故障的顯著表現之一。軸端煤氣泄漏和軸承油封泄漏浸泡發電機線圈不僅造成嚴重的環境污染及較大安全隱患，還影響TRT機組的效率和使用壽命。包鋼燃氣廠6套煤氣余壓透平發電機組上采用了梳齒密封和碳環密封技術，通過實際運行中的改進和完善，現透平機軸端煤氣泄漏和發動機軸承油封泄漏得到有效改善。

　　1　梳齒迷宮式密封在透平機軸端密封的應用
　　梳齒密封是旋轉機械密封裝置Z為常見的一種，由一組環狀的密封齒片組成，齒和軸之間形成一組節流間隙與膨脹空腔，通過節流膨脹產生壓力降和耗散能量來實現密封^[2]。因其結構形式簡單，加工制造方便，維護簡便，以及長期使用而具有的可靠性等特點，被廣泛應用于TRT透平機組軸端密封。

　　1.1充氮梳齒迷宮式密封
　　為防止軸端高爐煤氣泄漏，簡單的迷宮式密封不能有效地隔離煤氣，充氮式梳齒迷宮密封（如圖1）其原理是通入比透平機內高爐煤氣壓力高0.02-0.03MPa的氮氣，氮氣向透平內流入的部分，有效地阻止了高爐煤氣的外漏，因4^#、6^#TRT透平機前后支撐軸瓦在機殼外側，大量的氮氣可直接向壓力更低的大氣中泄漏，造成無效泄漏。

　　圖1 充氮梳齒迷宮式密封

　　2　梳齒迷宮式加充氮碳環密封
　　梳齒密封由密封齒片之間形成節流間隙與膨脹空腔實現密封，其梳齒一般由0.3-0.5mm左右的不銹鋼片鑲嵌在轉子及密封體內，在機組長期運行及檢修中，存在梳齒磨損、倒伏等現象，致使梳齒的配合間隙不合理，機組軸端煤氣泄漏加大的問題。梳齒迷宮式加充氮碳環密封（如圖2）是通過轉子上鑲嵌的梳齒與碳環相配合形成節流間隙與膨脹空腔，碳環的使用避免了機械振動引發的梳齒磨軸問題，有效降低了梳齒的磨損，延長了梳齒的使用周期。

　　圖2 梳齒迷宮式加充氮碳環密封

　　3　碳環密封在透平機軸端及發電機軸瓦密封油檔的應用及改進
　　碳環密封屬于浮動環密封，依靠密封碳環與轉子形成密封，是一種密封性能優異的高效密封技術。碳環密封的密封碳環以石墨基為主，浸漬樹脂、金屬等材料以增強密封碳環的強度、韌性、耐磨性和溫度適用性。碳環密封的結構形式多樣，其結構包括環形密封腔體和環形碳環，密封腔體內有環形槽，槽內裝有環形石墨密封環。

　　3.1充氮式碳環密封
　　因充氮式梳齒迷宮密封不能有效封堵煤氣泄漏，根據其結構特點，在透平機前后支撐軸瓦外側安裝充氮式碳環密封裝置（如圖3）。通過碳環后部的彈簧將分瓣的碳環箍緊成整圈，彈簧可以使密封碳環具有徑向收縮功能，隨著密封碳環的磨損，在彈簧的預緊力作用下減小碳環與轉子的密封間隙，實現了密封間隙的自動調節。

　　圖3 充氮式碳環密封

　　3.2碳環密封油檔
　　TRT發電機前后軸瓦油封一般采用浮動式油檔，隨著油檔運行的磨損，常出現密封油滲漏現象。目前多數發電機組前后軸瓦油封采用復合高分子聚四氟乙烯浮動式油檔與梳齒密封相配合，在實際運行中，常出現潤滑油向軸瓦端蓋泄漏現象，使軸瓦周邊地面及設備表面油漬污染，清掃繁瑣且困難。

　　2012年由于包鋼燃氣廠1^#TRT機組潤滑油排污風機故障，潤滑油回油不暢，發電機軸瓦潤滑油泄漏量增加，部分泄漏潤滑油滲入至發電機機殼內。有幸點巡檢發現及時，打開發電機邊蓋檢查發現線圈上有微量的潤滑油，避免了抽發電機轉子及清理機殼的檢修時間。一旦泄漏油浸泡線圈導致電機燒毀，其維修周期長，直接經濟損失就將高達百萬元。在之后的檢修中，將復合高分子聚四氟乙烯油檔改為碳環密封油檔，其結構與充氮式碳環密封基本相同，不同之處在于沒有密封氮氣接口（如圖4）。經安裝使用至現在，運行狀態良好，未出現密封油泄漏的現象，密封碳環也未進行更換。

　　圖4 碳環密封油檔

　　3.3充氮式碳環密封及碳環密封油檔的改進
　　透平機組Z早采用碳環密封及密封油擋為“2瓣直口”式結構，隨著機組的運行，轉子與密封碳環不斷的碰磨，使密封間隙不斷增大，煤氣及潤滑油泄漏量逐步加大。為改進備件使用狀態，配合廠家技術人員檢查后發現碳環斷面切口為直口形式使得上瓣碳環在開口處卡滯，無法徑向縮小補償磨損而不斷增大的間隙。通過實踐應用的改進和完善，由原來的“2瓣直口”形式改進為“4瓣Z字”形式（如圖5），瓣數的增加有效的加大了密封間隙的調節量，“Z字”形式結合面的改進使得碳環可以徑向自由收縮，改善了因碳環磨損密封間隙變大導致的失效，大大提高了碳環的使用周期。

　　圖5

　　4　結束語

　　透平機的軸端密封和軸承油封泄漏為現場設備實際運行常見故障，通過包鋼TRT機組碳環密封的實際應用、改進及完善，發現碳環密封技術在處理軸端密封和軸承油封滲漏現象有很好的效果，因此可以考慮在其它未采用碳環密封及碳環密封油檔的設備上應用。并加強碳環材質選型、碳環與環形槽的配合間隙及裝配精度等問題上的研究。

　　【參考文獻】
　　[1]劉希琳.TRT裝置高爐爐頂壓力控制系統研究與設計[D].杭州：浙江大學，2008.
　　[2]任曉善.化工機械維修手冊[M].化學工業出版社，2003.

來源：《山東工業技術》