余热透平发电机低压发电侧密封改造

朱忠翔，姚 鹏

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

余热透平发电机低压发电侧密封改造

朱忠翔，姚 鹏

（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

主要介绍余热透平发电机的主要结构和工艺流程，根据余热透平发电机在实际过程中的运行情况，发现碳环密封容易损伤低压发电侧的轴颈，故将低压发电侧的碳环密封更换为机械密封的形式，对比两种密封形式的效果，提高余热透平发电机的工作效率。

透平发电机；工艺流程；低压侧；碳环密封；机械密封

1 引言

江铜集团贵溪冶炼厂新系统动力车间2#蒸汽透平发电机是德国西门子公司（原3K公司）制造，AFA系列蒸汽透平为一个单级透平，叶轮为带轴流单排叶片式。

发电机有二个轴端：一端由AFA 4 G6a型（高压侧）透平机驱动， 在AFA 4 G6a透平机内，高压蒸汽从绝压44.5bar干饱和蒸汽膨胀到排出压力绝压11bar。另一端由AFA 6 G6b 型（低压侧）透平机驱动，在AFA 6 G6b透平机内，其余蒸汽膨胀到绝压0.3bar排出。

采用了Woodward 505速度调节器，通过控制进口阀和喷嘴组阀借以达到控制恒定速度和输出功率的目的。发电机磁极为凸极式结构，励磁机与发电机同轴，励磁电流通过旋转二极管整流后［1］，对发电机转子励磁，发电机现在功率为7400kVA。

余热透平发电机的主要性能参数如表1所示：

表1 余热透平发电机主要性能参数

2 透平发电机的工艺流程

如图1所示，来自闪速炉和转炉锅炉的高压饱和蒸汽驱动高压侧端使发电机做功，高压侧的排出低压蒸汽和来自硫酸和阳极炉锅炉的低压蒸汽进入低压蒸汽分汽箱，经过低压蒸汽箱的低压蒸汽一部分驱动低压侧端使发电机做工，一部分低压蒸汽供给其他低压蒸汽用户，低压侧的排出蒸汽经过冷凝器，一部分蒸汽被射汽抽气器抽出，一部分被冷凝器液化成水，液化的水经过复水泵的进入除氧器，然后供给闪速炉锅炉给水泵和硫酸阳极炉锅炉给水泵。

图1 余热透平发电机的工艺流程图

3 低压侧端的原密封碳环密封工作原理

如图2所示碳环密封多为属于浮环密封气体节流式非接触密封。它的密封原理是靠密封气体在浮环与轴套之间形成气膜，产生节流降压，阻止高压侧气体流向低压侧。在工作时，浮环受力情况与轴承相似，所不同的是：对轴承而言，轴浮动而轴瓦固定不动，轴转动油膜产生油膜浮力将轴抬起；而对浮环来说，由于浮环重量很小，轴转动时而在浮环与轴间隙中产生的气膜可将浮环抬起，轴是相对固定的。根据轴承油膜原理可知，如浮环与轴完全同心，则不会产生气膜浮力，如浮环与轴偏心，则轴转动时将会产生气膜浮力，浮力使浮环浮起而使偏心减小。当减小到一定程度时产生的浮力正好与浮环重量相等，达到了动态平衡。由于浮环很轻，因此动态平衡的偏心是很小的，即浮环会自动与轴基本保持同心，这是浮环密封的优点。正常工作情况下，浮环与轴（或轴套）基本处于非接触状态，同时在每道碳环内面开有环形小槽，气体经过小槽时在此形成气体涡流隔断介质气体，达到密封目的，所以浮环密封可用在较高参数下的旋转轴密封上［2］。

图2 碳环密封结构示意图

4 机械密封工作原理以及安装重要参数

该机械密封为德国进口伯格曼机械密封，部件号为4-180140-006，型号为BURGMANN 09/2854，TDGS1/113-E1-R-A1，透平右旋。

4.1 机械密封的工作原理

机械密封工作原理：机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力（或磁力）作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。机械密封结构如图3所示。由静止环（静环）、旋转环（动环）、弹性元件、弹簧座、紧定螺钉、旋转环辅助密封圈和静止环辅助密封圈等元件组成，防转销固定在压盖上以防止静止环转动。旋转环和静止环往往还可根据它们是否具有轴向补偿能力而称为补偿环或非补偿还［3］。

图3 机械密封结构示意图

4.2 安装时注意的几个重要数据

（1）拆除叶轮锁紧螺母（专用液压工具），拆除前应架好“长脚”百分表，表针顶在中间高强度螺杆端面，在缓慢液压施力下，油压升至1175Bar时，用小棒杆插入螺母的洞眼，反时针用力可松动螺母，注意观察百分表上螺杆长度的回缩量应在0.35cm左右；

（2）用游标卡尺测量机封法兰厚度，标准值在16.5±0.2mm内；

（3）在汽缸座内安装好4根专用导向杆，顺导向杆将机械密封专用密封垫片A放置于机械密封安装区域（注意让垫片A封堵住原密封蒸汽排汽孔），在专用导向杆引导下，注意让机械密封的钢印标记向上，将机封向内慢慢推进，直至触到垫片A（安装前严禁松动机封上任何一个螺栓） ；

（4）对角取下两根导向杆，旋上两个机封专用紧固螺栓（需涂抹乐泰76732）并稍微带紧，然后，再取下另外两根导向杆，安装上其他两个机封专用紧固螺栓（需涂抹螺栓抗咬合剂乐泰76732）并稍微带紧，再用专用扭矩扳手（扭矩先调至60Nm），对角交替均匀紧固4个紧固螺栓，此时，若检查到4个定位螺钉（图3中14所示）圆锥部分不能100%落入新钻孔中，则最大可用扭矩80Nm，再紧固4个法兰螺栓；

（5）取下机封端面上4个定位压块，此时，必须要非常小心地一个一个紧固1.8（图3中所示）的螺栓，一共12个。用游标卡尺测量中间套上4个内孔深度，直到4个测量孔上的控制测量点在32mm±0.1至0.3mm；

（6）确认尺寸均在标准值范围内后，在确认机封尺寸，用游标卡尺测量机封中间套外端面与机封下凹端面距离，标准值在14±0.2mm内。

5 改造前后的密封效果对比

动力2#透平发电机低压侧透平原装轴封形式为碳环密封，经运行两年实际情况证明，原碳环密封形式不适应低压侧蒸汽工况（相对于高压侧透平含水量较大，碳环易损伤轴颈），在2010年年修期间由德方专家将低压侧透平轴封形式改造更换为机械密封形式，但由于当时改造需在轴头表面（手工用手枪钻）钻定位孔，德方专家因定位出现偏差而导致机械密封安装前，需要将机封法兰内侧面作切削处理。

碳环密封的优点：主要构造不复杂，方便维修，用途广，在有隔离气体阻抗的前提下可以达到介质气体的零泄漏，相对端面密封和干气密封产品成本和维修成本低［4］。

碳环密封的缺点：适用于低压环境，没有气体阻抗时并存在一定的泄漏量。但不适应该蒸汽透平发电机低压发电侧蒸汽工况，碳环易损伤轴颈。

机械密封的优点：在余热透平发电机长时间安全平稳运行的过程中，密封状态比较稳定，泄露量小；使用寿命比碳环密封时间长；摩擦功率小［5］，对比低压发电侧的碳环密封不容易使轴颈受磨损，减少维修工作量；抗震性性能好，能适用于不同转速和各种介质的密封。

机械密封的缺点：制造成本和制造精度要求高，构造复杂［6］，机械密封的安装和拆卸较碳环密封复杂。

机械密封的使用，能减少对低压发电侧轴颈的损伤，减少余热透平发电机因密封原因导致的停机故障，提高余热透平发电机的连续发电时间和工作效率。

6 结语

通过对低压侧密封形式的改造，进一步提升余热透平发电机的工作效率，降低低压侧轴颈的损坏率，缩短余热透平发电机的停机时间，最大化的利用余热透平发电机工作时间，提高透平发电机的发电效率，为工厂的绿色环保作出贡献。

［1］令狐进生. 余热发电机组主油泵损坏故障的分析与处理［J］. 有色冶金节能， 2016（1）：41-43.

［2］郑立佳. 废气回收风机碳环密封的应用［J］. 人造纤维， 2014（4）：26-27+17.

［3］沈琳， 陈璟， 胡德忠. 化工机械密封故障原因及对策研究［J］. 化工管理， 2016（1）：192.

［4］胡涛， 林艳斐， 谢楷. 碳环密封应用在工艺螺杆压缩机上的常见问题分析［J］. 压缩机技术， 2015（6）：35-38+43.

［5］刘曦泽. 浅谈密封装置在石化行业的应用［J］. 广州化工， 2015（1）：29-30+45.

［6］李凤成， 丁思云， 沈宗沼， 等. 机械密封安装问题的分析研究［J］. 液压气动与密封， 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，江西鄱阳人，主要从事机械设备的维修工作。E-mail： 420371851@qq.com