高炉煤气透平发电机组改进

1、MPG14.8型透平膨胀机组改造设计摘 要：分析了MPG14.8型高炉煤气透平机组运行中出现的故障情况，对机组故障进行了分析、改进，并阐述了采取的治理措施，说明了治理后的运行效果。关键词：透平机 故障 诊断 治理前言冶金企业属于费能型企业，其能耗占全国能耗的10%左右，占工业部门能耗的15.25%。目前，能源生产的增长速度尚难以适应国民经济发展的要求，能源价格仍呈上升趋势。因此，节能降耗是冶金企业长期的战略任务。冶金企业生产过程中产生大量含有可利用热量的废气、废水、废渣，同时在各工序之间存在着含有可利用这些能量，是企业现代化程度的标志之一。由于冶金中排出的煤气是炼铁生产中的副产品，每生产一吨生

2、铁可产生大量煤气，会带来很大污染，些煤气经过净化处理后是一种输送和使用方便、燃烧后又无需排渣和除尘、不易造成环境污染的优质能源，并且在除尘设备中采用高炉煤气余压透平发电装置（TRT英文Blast Furnace Top Gas Recovery Turbine Unit，是利用高炉冶炼的副产品高炉炉顶煤气具有的压力能及热能,使煤气通过透平膨胀机做功,将其转化为机械能），给各企业带来的前所唯有的效益。所以，国内新建、设备改造的大型高炉高炉煤气采用干法除尘及配套TRT技术，并且此技术已成为国家能源、环保方面法规强制的规定。 由于90年代初国产高炉煤气余压透平发电装置才推行，设备技术欠缺只能在部分企

3、业进行初步试验,初期设备技术在引进、消化、吸收日本川崎TRT技术的基础上，经过不断完善和改进，90年代中期国产高炉煤气余压透平发电装置技术已成熟，并广泛运用在国内各大、中型高炉，给各企业带来的前所唯有的效益。但由于xxxx钢钒有限责任公司新3#高炉MPG14.8型高炉煤气余压透平机组（TRT透平），是国内第一套单机发电功率在1万以上的TRT，因较大型机组在技术方面还不成熟，设备于2006年5月投运初期效果较好，但随着机组运行时间增长，各部位不断磨损，出现了严重煤气泄漏，对高炉顶压调节精度低，加之在设备安装设计时考虑不周全，造成机组运行状态极其不稳定，影响高炉煤气能量回收率，损失较大。因此，本文

4、主要针对TRT透平煤气泄漏和机组动静部分中心偏移，在采用先进科技技术对设备进行了技术改进，已保设备安全、稳定运行。目录摘要前言第一章 绪言1.1高炉煤气余压透平发电装置概述(4)1.2高炉煤气余压透平发电装置特点 (5)1.3高炉煤气余压透平发电装置功效 (6)1.4xxxx所采用的净化工艺及高炉煤气余压透平发电装置(7)1.5新3#高炉MPG14.8型高炉煤气余压透平发电装置 (12)第二章 MPG14.8型高炉煤气透平机组存在的问题及其原因分析 (13)2.1机组煤气泄漏 (13)2.2机组动静部分中心偏移 (17)第三章 MPG14.8型高炉煤气余压透平机组改进 (21)3.1密封改进

5、(21)3.2透平机组进、出口管道支架设计 (29)第四章 MPG14.8型高炉煤气余压透平机组改进措施 (35)4.1蜂窝式气封改造措施 (35)4.2 透平机组进、出口管道支架改造措施 (38)第五章 结论 （40）致谢 (41)参考文献 (42)第一章 绪言1.1高炉煤气余压透平发电装置概述高炉煤气余压透平发电装置（TRT）是一种：1.不消耗任何燃料。2.无污染及公害的最经济的发电设备，它回收了在调压阀组中白白消耗的大量能源，因此在高压高炉除尘系统后安装高炉煤气余压透平发电设备，已成为日益发展的趋向。目前，因为干法精除尘技术日益成熟，现除尘系统又进一步由湿法转向干法发展。高炉煤气净化华系

6、统TRT是充分利用了高炉煤气的压力能，因此发电的成本十分低廉，仅为燃煤火力发电的1/22，巨大的经济效益使TRT有着广阔的发展前途。因此，80年代中期以来在日本所有的高压高炉均装有TRT，并以干法轴流式TRT获得迅速发展，干法轴流TRT之所以能的到发展，是因在高炉煤气流量、压力不变条件下，能充分利用煤气显热转换为机械能；加上干法除尘压力损失小，可提高TRT出力3539%，在经济上更为有利，所以更适于发展和应用。现我国国家经贸委也规定：TRT属一级节能项目，凡是有条件的高压高炉都应安装TRT。近今年来，我国各大钢铁公司的高炉都装设了TRT装置。xxxx五座高炉也均装上了TRT。高炉煤气余压透平发

7、电装置（TRT）发展至今，已有多种结构型式。分为：（1）径流向心式；（2）轴流冲动式；（3）轴流反动式。其透平机械效率分别为75%，80%，85%。目前，国内大多采用轴流反动时机组。1. 2高炉煤气余压透平发电装置特点高炉煤气余压透平发电装置具有三大特点：1.2.2高精度顶压稳定性控制TRT的控制方式与一般汽轮发电机相近，按照工作运行状态不同，分为转速控制模式、功率控制模式、顶压控制模式，正常运行时TRT一般工作在顶压控制模式，自动跟踪高炉顶压变化、减压阀组调节阀阀位变化，以高炉顶压压差为主要输入控制信号，并引入高炉上料、均压等工序动作信号参与辅助修正，根据TRT透平膨胀机第一级调节静叶的流量

8、特性，结合先进的高级智能控制算法，计算确定静叶或减压阀组阀的动态开度，以保证顶压的高精度稳定。1.2.3提高顶压设定值高炉系统在设计时，炉顶设定值是标定的，实际运行时，高炉设定值与安全极限留有一定的余量，每个高炉设定的安全余量值有所不同，在安全值以下的顶压通常留有5%10%的安全波动范围，因此当使用了高精度顶压稳定性控制技术以后，由于能确保炉顶压力稳定，可将预留的波动余量大大减少，这样顶压设定值可提高3%8%，对提高高炉冶炼强度意义重大。1.2.4提高高炉利用系数降低焦比当顶压高精度稳定控制后，通过提高顶压的设定值，来提高高炉的冶炼效率，以达到提高高炉利用系数降低焦比的效果。1.3高炉煤气余压

9、透平发电装置功效高炉煤气余压透平发电装置具有四大功效，如下：1.3.1能量回收利用高炉煤气的余压和余热，把煤气导入透平膨胀机，驱动发电机发电或驱动其他设备进行能量回收；同时，通过使用高精度顶压稳定性控制技术以后，可以在原基础上提高高炉顶压3%8%。1.3.2环保降噪由于原来高炉的炉顶压力调节是依靠减压阀组阀门关闭的程度来升高和调控炉顶压力，使得高炉煤气的压力能通过减压阀组以噪声能的形式泄放出来，造成噪音污染。通过采用高精度顶压稳定性控制技术，可使顶压中高炉煤气所具有的压力能通过透平膨胀机，驱动发电机发电，达到了降噪环保的功能。1.3.3提高高炉利用系数顶压提高10Kpa,可增加风量3%，提高冶

10、炼强度3%，在焦比不变条件下增产3%。一般高炉顶压每提高10Kpa，增产率为2%3%。现代大型高炉，顶压每提高10Kpa，增产率为1.1±0.2%。可通过TRT系统，提高高炉顶压利用系数0.56%。1.3.4降低入炉焦比在提高顶压情况下，有利于加快炼铁的氧化还原反应。由于现在使用的原料具有微孔隙和小孔隙，存在着大量的内表面，高压加快了气体在这些微小孔隙内的扩散速度，加快了矿石还原的速度。另外，提高炉顶压力后，加速CO分解反应，也能加速矿石还原反应，还能使瓦斯灰出量相应减少。这些综合作用使得焦比有所下降。1.4xxxx所采用的净化工艺及高炉煤气余压透平发电装置xxxx现有5座高炉容积分

11、别为：1200m3 3座，1350m3 1座，2000m3 1座。目前，13高炉（1200m3）采用全干式内滤反吹袋式除尘（2009年底全线投产），4#高炉（1350m3）采用的是干湿两用除尘方式（1998年2月投产），新xx号高炉（2000m3）采用全干式内滤反吹袋式除尘（2005年12月投产）。13高炉煤气除尘的流程图：图1 13高炉煤气除尘的流程图4#高炉煤气除尘的流程图:图2 xxxx四高炉煤气除尘工艺图xxxx新xx号高炉煤气除尘的流程图：图3 xxxx新xx号高炉煤气除尘工艺图高炉冶炼过程中产生的高炉煤气的净化，采用的布袋除尘技术。其工艺如下：高炉重力除尘器将10g/m3以上大颗粒

12、粉尘从煤气中分离散热器将高炉送来165左右以上煤气进行冷却，80左右、200左右经过旁通阀，200、80左右直接由放散塔进行放散BDC布袋将3mg/m3以上粉尘从煤气中分离减压阀组或TRT余热发电机，（TRT余热发电机是利用高炉煤气的余压和余热，把它导入透平膨胀机做功，将压力能转化为机械能，驱动发电机发电的能量回收装置）将200KPa左右的压力降至24KPa左右压力后，一路将干热煤气送往热风炉，另一路送往洗净塔冷却至6080再到煤气总管；各高炉所采用的高炉煤气余压透平发电装置如下：13#高炉净化系统采用GT90·D型透平机；4#高炉净化系统采用KDA80HA型轴流透平机；新3#高炉高

13、炉净化系统采用MPG14.8-244.1/170卧式单缸透平机；1.5新3#高炉MPG14.8型煤气余压透平发电装置xxxx新3#高炉为2000m3大型钒钛磁铁矿冶炼高炉，其能量回收发电系统的核心设备是MPG14.8型高炉煤气余压透平机组，由透平机带动发电机，向电网输送回收电能。目前，国内TRT透平机组生产厂家主要有三家：成都发动机（集团）有限公司；西安陕鼓动力股份有限公司；西安圣方达透平设备有限公司。xxxx新3#高炉MPG14.8-244.1/170透平膨胀机是由西安陕鼓动力股份有限公司制造，如图1所示。图4 MPG14.8-244.1/170 透平膨胀机MPG14.8-244.1/170

14、透平膨胀机机组参数及要求：a) 转速 3150 r/min（正常3000 r/min）b) 超速保护 10%转数C) 进口压力 0.3MPad) 进口流量 5050m3/mine) 进口温度 250f) 出口压力 0.016MPag) 临界转速 一阶1750 r/min 二阶4900 r/minh) 转轴密封 充氮气拉别令密封+碳环密封i) 静密封 拉别令密封+碳环密封与机体用O形密封圈 密封j) 氮气密封系统 气源氮气压力一般为0.30.4MPa,然后经气动薄膜调节阀调节后至密封处的氮气压力高于被密封的煤气压力0.020.03MPa 左右,以保证煤气不外泄。氮气耗量以较低为宜。无备用气源，原

15、则上无氮气时停机。密封氮气杂质粒度10um，气量50Nm3/hk) 振动要求： 透平轴承振动50mm，80mm报警 ，160mm联锁停机。xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气余压透平机组采用电液调速系统配合力驱动两级可调静叶调节（图3），由MPG14.8-244.1/170透平机、冷却水系统、氮气密封系统、润滑油系统、液压伺服控制系统等组成。它是利用高炉炉顶煤气的余压，把煤气导入透平中膨胀作功，驱动发电机发电的能量回收机组。该装置可回收高炉鼓风机所需能量的2530%，同时在正常运转时，能代替减压阀组，很好地调节、稳定炉顶压力，净化煤气，且对炉顶压力控制灵敏，波动幅度小。故对促使高炉顺行，

16、增产有良好的作用。图3 MPG14.8型高炉煤气余压透平机组简图第二章MPG14.8型高炉煤气余压透平机组存在的问题及其原因分析2.1机组煤气泄漏xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气余压透平机组投运初期，轴端密封效果较好，基本实现了零泄漏，但随着机组运行时间增长，轴端碳环密封的不断磨损，开始发生煤气泄漏。2006年8月23日，该透平机组正常运行时发生了轴端密封炭环装置飞出事故，机组停运3个月后，进行了检修更换。2007年12月发现静叶伺服油缸驱动杆与驱动腔处轴封泄漏煤气严重，机组氮封升压无法实现，不得不将其引到TRT出口管道。该透平机组投产后多次出现CO含量超标，泄漏量经常达到1000p

17、pm以上（透平机组厂房内），最大达到100000ppm，严重影响机组的安全运行和正常维护。xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气透平机组煤气外漏分为两部分：一部分是煤气通过静叶动密封、内缸（静叶承缸）静密封泄漏至内外缸之间腔室，通过静叶调节缸驱动活塞杆与外缸的密封部位漏至大气；另一部分是转子与定子轴封动密封漏煤气至大气。2.1.1密封现状及分析xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气透平机组，发生煤气通过静叶调节缸驱动活塞杆与外缸的密封部位漏至大气的原因分析相对简单，是静叶调节缸驱动活塞杆与外缸密封部位Y型轴用密封失效所致.xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气透平机组轴封采用的密封

18、方式为：内部（里侧）为拉别令汽封（J形齿密封），外部（外侧）为碳环密封。密封氮气从以大于被密封煤气0.020.03 MPa压力进行封堵。结构示意图如图2所示。分析拉别令密封，是最原始的靠节流膨胀方式的密封结构，由于它工艺简单、价格低廉，应用得较多，但这种密封方式有着自身的缺陷。a) 密封性差由于拉别令密封（迷宫密封）是利用流体流经一系列节流间隙与膨胀空腔组成的通道，使工作介质产生节流效应，以限制泄漏的非接触式动密封，其密封效果受密封齿数、空腔尺寸、透气效应、螺旋效应、流体特性等方面的影响较大。因MPG14.8型高炉煤气余压透平机组布置尺寸受到限制，其当量齿数少，节流膨胀次数相对少，泄漏量较大。

19、b) 齿易磨损密封失效机组过临界转速及发生异常振动时，振幅较大，转子上齿与套之间会发生接触。拉别令密封齿较薄，当产生磨擦时，齿很快被磨损，如图3所示，密封间隙得不到保证。转子上镶齿，齿更换较繁琐且需做动平衡。图4 改前TRT透平机组轴封图5 磨损的拉别令密封齿c) 易引起气流激振拉别令密封的“J”形齿间存在环形腔室，机组运行时，腔室内有强旋气流。由于转子的运行轨迹为椭圆形，那么转子圆周各处受强旋气流的切向力有很大差异，极易引起气流激振，引起机组振动。密封流体激振力是由于转子在密封腔中偏置时,密封周向存在不均匀压力分布所引起的。由于密封腔中的气流有旋转,使周向压力分布的变化与转子和密封腔之间的间

20、隙变化不完全对应,最高压力点滞后密封腔最小间隙一定角度。这样,流体作用在转子上的力可分解成一个与偏置方向相垂直的切向力,该切向力将激励转子产生涡动。当激励力达到或超过一定值时,就会使转子产生强烈的亚异步振动，以及振动剧烈的“锁频共振”。一般需要增加系统阻尼、降低切向速度，而蜂窝密封正是实现这一目的的手段。2.1.2密封气系统密封气系统，是在拉别令密封中间和碳环密封中间引入略大于介质压力的氮气进行强制密封。但由于转子的高速旋转和气体的粘性，密封处转子的表面有强旋气流，该处压力实际上大于介质压力并承紊流状态。在局部仍有大于密封气压的煤气和氮气混合气泄漏于外。且由于拉别令密封密封效果差，密封氮气容易

21、失压，失去强行堵塞的作用，煤气容易泄漏出来。2.1.3 碳环密封碳环密封安装时先将下半把合，再采用拉簧将碳环围成一个圆，最后扣碳环密封的上半外环。在扣上半外环时，容易出现碳环碎裂及拉簧卡在碳环槽内，易引起机组振动及密封失效。如图4所示为揭缸后发现碎裂的碳环。图6 碎裂的碳环因碳环后面拉簧的作用，碳环始终与转子接触，对转子产生一定的作用力。在此力的作用下，使得转子容易产生涡动（摩擦激振），对机组的起动及安全运行有潜在的威胁。2.2机组动静部分中心偏移TRT透平机组因具有小时流通流量大，温度高，进出口管道直径大等特点，进出口管网布置方式对机组的热态应力影响较大，目前，采用的布置形式有：轴进侧出、下

22、进下出、侧进轴出等形式，一般轴进侧出、侧进轴出的布置形式，管网热应力对机组影响相对较小。xxxx新3#高炉MPG14.8-224.1/170型高炉煤气透平机管网采用用的是下进下出布置形式，在2006年5月安装投运初期，透平表现的是轴封漏气，当时对管网温差应力引起机组动静部分中心偏移这一原因未做过多的分析，认为机组管网设计是满足要求的。但在2006年8月出现高压侧碳环密封损坏甩出的问题，检查机组动静部分中心偏移近1.0mm，证明机组管网设计死点位置存在缺陷，已影响到机组的安全运行。2.2.1动静部分中心偏移现状及分析目前，高炉TRT发电系统透平进出口管道设计，国内大都采用下进下出或侧进轴出结构。

23、因TRT透平进出口管道直径较大、温差高，工艺设计人员在设计管道热应力补偿方案时难度较大。如场地允许，一般把热应力较大的进口管道在下进基础上设计成轴向布置，这样就避免经过补偿器补偿后的剩余管道热应力引起定子横向移动，出现动静中心偏移。如场地不允许，只能采取在透平进出口管道上设计平衡弯管式补偿器补偿，其在全干式TRT中的运行效果还有待检验。xxxx新3#高炉MPG14.8-224.1/170型高炉煤气透平在下进下出的基础上，设计人员考虑了弯管处的盲板力平衡的同时，在进出口管道上各设计了一套大拉杆补偿器既补偿管道温差补偿又传递弯管部的盲板力（表1示）。因进出口的紧急切断阀、眼镜阀自重较重，其滑动摩擦

24、力较大，整个管网相对死点温差位移的作用力、力矩较大（表2，因Fy、Fz及Mx较小未做分析）。从表中可看出，透平进出口的接管力、力矩及合力矩My都大于透平设计接管许用力、力矩，影响透平正常运行。因此，还需从其他方面考虑减轻管网热应力对透平的影响。根据公式：F=gum(N)可得出各点受力情况，见表一：g 取9.81u摩擦系数取1.5m 重量根据公式：M=F.L可得出各点力矩情况，见表二：L 管道长度F 各点所受力表1透平进出口管道热应力分析（各滑动部位工作正常）序号名称自重m(Kg)工作前后温差()运行时相对透平中心的温差位移(mm)取摩擦系数u为0.15时支座摩擦力F=gum(N)备注1大拉杆补

25、偿器80012011762紧急切断阀800012011.0811760用百分表实测3眼镜阀1650012016.7024255用百分表实测4电动蝶阀480012070565大拉杆补偿器80012030.821176横向6入口弯管31401204615.87管道550012080858大拉杆补偿器横向弹力±3920合计（进口）3954062043.8（-54203.8）括号内为温降时参数合计（出口）4914076155.8 (-68315.8)括号内为温降时参数表2透平接管力和力矩分析、比较项目允许值管网计算值备注Fx出（N）±4795076155.8 (-68315.8)括

26、号内为温降时参数Fx进（N）±38448“-64203.8（54203.8）括号内为温降时参数Mz出(Nm)±43264152311.6(-136631.6)括号内为温降时参数Mz进(Nm)±34953“-128407.6(108407.6)括号内为温降时参数Fx合（N)±3836011952（-14112）括号内为温降时参数Mz合(Nm)±4326423904（-28224）括号内为温降时参数My合(Nm)±21632-161711.6（131549.7）括号内为温降时参数第三章 MPG14.8型高炉煤气余压透平机组改进3.1密封改

27、进3.1.1密封形式选择目前，国产TRT透平机组在煤气泄漏方面的控制还存在不足，冶金行业已装备的近400余套机组有60%左右存在煤气泄漏问题。就xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气透平机组而言，同类型机组在包钢、莱钢、水钢、昆钢等钢厂的应用表现大致相同，存在同样的问题，即煤气泄漏，各钢厂都无较好的解决方案。分析各种密封的机理、结构形式及密封效果，结合xxxx其他同类型煤气透平机组轴封使用经验，立足MPG14.8型高炉煤气透平机组现有结构，拟对MPG14.8型高炉煤气透平机组两个部位动密封进行改进。即静叶调节缸驱动活塞杆轴封改进；机组转子与定子轴封进行改进。3.1.1.1静叶调节缸驱动活塞

28、杆轴封改进在绪论中，我们已知道xxxx新3#高炉MPG14.8型高炉煤气透平机组通入的高炉煤气中，含有0.2um的粉尘，这些粉尘通过透平静叶叶柄密封、内缸与外缸的静密封进入调节缸后，使静叶调节缸驱动滑道、静叶驱动滑块出现磨粒磨损，影响静叶动作灵活性与对高炉顶压调节精度，因此，在解决MPG14.8型高炉煤气透平机组静叶调节缸驱动活塞杆轴封部位漏气时，对上述问题一并考虑。从透平机组结构分析，解决上述问题方案设计如下：（1）更换静叶调节系统伺服马达油缸、静叶调节缸及调节缸支承轴承。伺服马达、静叶调节缸与连接板位置，调节缸与承缸的同轴度重新调整，确保静叶全闭时叶片之间间隙0.8mm。（2）改进整个静叶

29、调节系统的密封。a、改进透平静叶叶柄的密封。考虑到静叶叶片改动难度较大，选择对透平静叶支承轴承进行改进，密封圈的密封压力为0.2Mpa左右，密封压力相对较小，选择增设“O”密封圈（图7示）方案。查机械设计手册（表33.3-15），选气动动密封活塞杆直径d5=80时，对应的O形密封圈d2*d1为53008000 ，即O形密封圈截面直径为d2=5.3mm，内径d1=80mm；因是动密封材质选用聚四氟乙烯。查机械设计手册（表33.3-14），对应的气动密封O形密封圈安装沟槽尺寸为：宽度6.9mm；深度4.65mm；槽底圆角半径r1=0.40.8mm，取0.6mm；槽棱圆角半径r2=0.10.3mm，

30、取0.3mm。b、改进静叶驱动活塞杆与外缸连接处密封（图8示），取消原轴封，新增两道Y新密封。查机械设计手册（表33.3-23）,选Yx形密封圈d75聚四氟乙烯 JB/ZQ4265-86.挡圈公称尺寸d2=75+0.06mm，D2=87-0.14mm.图7图8c、在上述两个改进方案的基础上，在透平静叶承缸与外缸之间增设充氮装置（图9示），避免煤气、粉尘进入通过动静密封进入内外缸，影响静叶调节系统动作的灵活性。图9经分析、估算，充氮装置氮气耗量Q为80m3/h，气源接点压力为1.6Mpa，使用压力为0.25Mpa,管道设计流速v=15m/s，选择系统原件为：管道选择：d=（4*Q/v）0.50.

31、04m，选用40管道。管道壁厚计算：因系统运行压力较小，可不做计算，选用标准壁厚管道即可。此处选用D50*4管道，管道内径为42自立式减压阀选择：查机械设计手册（表38.4-2 表38.4-3），选QTY-25型减压阀。安全阀、截止阀都选用DN40 PN2.5Mpa标准阀门。3.1.1.2透平转子与定子轴封改进因MPG14.8型高炉煤气透平机组转子直径大，线速度高，只能在非接触密封中选择，对比梳齿迷宫密封、螺旋密封等多种密封形式，结合电力行业30MW汽轮机改造经验，选择改进方案为：蜂窝式密封（由蜂窝密封组和齿条密封组组成）+碳环密封+氮气密封，选择的此组合的目的是延长轴封寿命，节省备材费用，简

32、化维修、维护难度，减轻维修人员劳动强度。蜂窝式密封属非接触式动密封，它是利用工作介质流经一系列节流齿片与膨胀空腔组成的通道，产生节流、膨胀、降压效应，达到限制介质泄漏的目的。在MPG14.8型高炉煤气透平发电机组上使用具有以下特点：a.由于蜂窝式密封的特殊结构模式和质地软的特性，蜂窝式密封不会伤及所接触的轴径表面，对轴起到良好的保护作用。b.正是由于蜂窝带的较软特性，蜂窝式密封的安装间隙可以取原标准间隙的下限，密封间隙小，密封效果佳。c.密封性能好。由于它是将原汽封的环形腔室改成一个个蜂窝，当量节流膨胀数量、效果增加、增强，加上在蜂窝孔内回旋热能耗散，大大降低泄露蒸汽的流速，使涡流阻尼作用发挥

33、到极致。另一方面，进入蜂窝孔的蒸汽，充满窝孔后反冲，对迎面泄漏来的蒸汽产生极大阻滞作用，密封性能极佳。试验表明，在相同间隙和压力的条件下，蜂窝式密封比原汽封平均减小泄漏损失50%70%。提高了机组效率，具有显著的经济效益。d.寿命长。蜂窝式密封的蜂窝带本身非常耐磨，运行寿命长，能够长期保持密封间隙，密封效果有长久性。e.消除转子涡振。蒸汽进入蜂窝后，形成漩流涡状汽流又反冲回来有利阻滞泄漏的汽流，于是在轴的表面形成一层具有一定刚度的汽垫，增强了轴的振动阻尼，削弱轴的振动，对缓冲异常振动及临界转速时的振动具有重要意义。根据MPG14.8型高炉煤气透平机组实际情况，改造方案为：将原进、排气侧机壳密封

34、组件、碳环密封组件撤除，在原进、排气侧机壳密封组件、碳环密封组件进行了技术改进，利用机壳现有结构对进、排气侧机壳密封组件、碳环密封组件进行定位设计，将轴封改为蜂窝式密封（由蜂窝密封组和齿条密封组组成）+碳环密封+氮气密封形式（采用6组蜂窝式密封组件、4组齿条密封、1组碳环密封）；3.1.2改进后密封泄漏量验算蜂窝式密封、迷宫密封泄漏量计算公式可由截面积相等而又串联的喷管关系式导出，简化为：G=A /s式中 G 泄漏量 /s 流量系数，流量系数与结构形式和尺寸有关。由不同结构形式得出的试验数据表明，在常用的结构形式和径向间隙范围内，流量系数在1附近，在没有试验数据的情况下，考虑到机组运转后间隙将

35、被磨大，流量系数可取为11.2。 泄漏系数，泄漏系数与密封齿数、密封高低压侧压比有关。 A 泄漏面积A=dh ，d为密封直径，h为密封间隙。p1 密封高压侧的气体压力 PaV1 密封前气体比容 m3/标准大气压力按101.3Kpa计算，充氮压力高于MPG14.8型高炉煤气透平发电机组进气压力30%50%，高炉煤气密度为1.295Kg/Nm3，氮气密度为1.25 Kg/Nm3，MPG14.8型高炉煤气透平发电机组入口煤气压力200Kpa，MPG14.8型高炉煤气透平发电机组出口煤气压力17Kpa。3.1.2.1进气侧拉别令式密封煤气泄漏量G1：根据结构形式和径向间隙，选取保守值=1.2；根据密封

36、齿数、密封高低压侧压比，选取=0.087；泄漏面积A=dh=3.14*0.87*0.0008=0.00218 ；进气侧压力p1=200 Kpa；密封前气体比容V1=0.772 m3/。G1=A =1.2×0.087×0.00218×0.366/s3.1.2.2排气侧梳齿式密封煤气泄漏量G2：根据结构形式和径向间隙，选取保守值=1.2；根据密封齿数、密封高低压侧压比，选取=0.087；泄漏面积A=dh=3.14*0.87*0.0009=0.00246 ；排气侧压力p1=10 Kpa；密封前气体比容V1=0.772 m3/。G2=A =1.2×0.087&#

37、215;0.00246×0.0292/s3.1.2.3煤气进入蜂窝式密封的数值模拟对于蜂窝密封中气流的刚度、阻尼系数的分析和计算，目前也发展了一些算法，但基于此类算法不能分析其密封效果，即泄漏量的分析4-9。采用商业CFD软件Fluent对蜂窝式密封的密封效果进行数值模拟。选取规格为对边3.2mm，高度3.2mm的蜂窝式密封，其中轴直径为170mm，转速为3000r/min，密封与轴间距为0.3mm，密封长度为6个蜂窝单元。设定进口总压分别为0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa，出口压力为0.1MPa。当进口总压为0.2MPa时，取所选计算模型的对称面，其压力分布如

38、图8所示。图8 进口总压为0.2MPa时的压力分布从图中，可以明显的看到从入口到出口，每经过一个蜂窝结构，压力都出现了突降。通过数值模拟，最终得出当进口总压为0.2MPa，出口压强为0.1MPa时，密封的泄露量为0.0558kg/s。通过数值模拟对蜂窝式密封与梳齿式密封的密封效果进行比较。其中，所选取的梳齿密封与蜂窝密封具有相同的结构尺寸，其转速与进出口压力也与相应的蜂窝密封相同。性能比较如表3所示。表3 规格为对边3.2mm的密封性能比较进口总压（MPa）0.20.30.40.5蜂窝密封泄漏量（kg/s）0.05580.13310.22980.319梳齿密封泄漏量（kg/s）0.06490.

39、1550.26620.3578性能提高（%）16.30816.45415.84012.163从表中可以看出，在相同的结构尺寸与气动参数下，蜂窝式密封的密封效果明显好于传统的梳齿式密封，其泄漏量最高能减少16%以上。如果能够对具体问题的蜂窝密封进行优化设计，其泄漏量可进一步减小。3.2进、出口管道支架改进3.2.1支架荷载的计算为确保透平的运行，我们起初在透平的进出口管道联接法兰附近增设了固定支撑（图10），防止透平进出口管道在热应力左右下产生位移。此措施虽在控制透平进出管道管网死点位置位移方面有一定的效果，但因作用点在管道外壁，未考虑管道本身的温差膨胀影响，有一定的缺陷。 图10将通过高炉煤气

40、透平机煤气入口、出口管道承受的荷载进行计算后，再采取图11示措施，消除机组动静部分中心偏移。图 113.2.1.1垂直荷载计算：本支架设计的目的是固定管网系统的死点位置，消除管网热应力对透平机组的影响，垂直方向载荷只考虑进出口管道的重量，并且还得满足透平进出口管道在垂直方向的热应力补偿，因此，本改进措施为：1）、在垂直方向设置的弹性支座，弹簧的预紧力为管道的重量，机组热态垂直方向的位移补偿可以用弹簧来承受。垂直方向载荷F取45000N；工作载荷下的变形量f取40mm，进行弹簧设计：考虑到干热高炉煤气的温度在180左右，选用油淬火硅锰弹簧钢丝（YB/T5104），切变模量G=79Gpa，弹性模量

41、E=206Gpa，许用切应力p=740Mpa。初步假设选用钢丝d=35mm，弹簧中径D=240mm。弹簧钢丝直径：由弹簧钢丝直径d和弹簧中径计算其旋绕比C=D/ d=240/35=6.85;K=1.218d1.6（KCF/p）0.5=33.27 根据GB1385取系列值，取d=35mm。基本上与原假设取值相近。弹簧有效圈数：应本弹簧支架除补偿透平管网垂直方向应力外，还要承受热态下的应力补偿，故其有效圈数相对计算值大。k=F/f=45000/40=1125 N/mmn=GD/8C4k1刚度实际验算：k=Gd4/8D3n=790*1000*354/（8*2403*1）=1072 N/mm考虑弹簧要

42、补偿机组进出口管道热态热膨胀量:L=attL=13*10-6*180*6=0.01404m=14.04mm,取弹簧的有效圈数2，总圈数n1=n+2=4。工作载荷下的变形量f1=F1/k=45000/1072=42mm，考虑机组热态膨胀量f2=f1+L=42+14.04=56.04mm，F2=f2*k=56.04*1072=60075N，弹簧力不会对机组垂直方向负荷构成影响。弹簧压并变形量fb=f2/0.65=56.04/0.65=86.2mm压并载荷Fb=F2/0.65=60075/0.65=92423 N压并高度Hb=（n1-0.6）d=（4-0.5）*35=122.5mm自由高度H0=Hb

43、+fb=122.5+86.2=208.7mm节距 p=（H0-1.5d）/n=（208.7-1.5*35）/2=78.1mm螺旋角tanr=p/(D)=78.1/(3.14*240)=0.103 验算：因本弹簧只起辅助支撑作用，可只验算其稳定性，高径比b=H0/D=208.7/240=0.869<3.7 满足要求。3.2.1.2介质沿管道轴向的水平荷载计算（盲板力）：P=P0F NP0介质工作压力，Mpa;F套管补偿器的套筒外径横截面或轴向波形补偿器的有效截面积，mm2;透平机出口压力为：17Kpa 透平机入口压力为：200Kpa得出：出口P=P0F=0.017×750000=

44、12750 N入口P=P0F= 0.2×750000=150000 N实际上。管网在运行中，其盲板力可借助弯头布置形式进行抵消、消除，本透平机组已经采用了类似设计，故本支架设计不考虑此力。3.2.1.3作用于支架的轴向水平推力PJgx=Pmc=1.5 PJB N摩擦系数。式中：摩擦系数取值为0.6（查钢对钢的摩擦系数为0.15） 根据表1透平机出口、入口支架承受的水平推力荷载分析，进口管道最大水平推力为62043.8N，出口管道最大水平推力为76155.8N，查管道支架设计手册（标准图集），就可得到图11示支架结构，并采取以下措施：1.在透平机出口、入口管道下设计了弹簧支座，来抵消管

45、道的垂直荷载、补偿透平进出、口管道热态膨胀补偿；2.在透平机出口、入口管道下设计了可垂直滑动的水平固定支架，以解决管网应力对透平机组的影响，防止透平定子与转子热态下发生动静摩擦。第四章 MPG14.8型高炉煤气余压透平机组改进实施4.1静叶叶柄、静叶驱动活塞杆与外缸连接处密封改进措施为防止煤气外泄时将静叶叶柄碳环轴套吹刷出沟槽，影响静叶动作灵活性与对高炉顶压调节精度。将在原透平静叶叶柄碳环轴套上使用车床加工两圈直径为d2=5.3mm，内径d1=80mm的沟槽，然后再现场安装材质为聚四氟乙烯O型密封圈后，恢复静叶调节缸。为防止煤气外泄影响巡检人员设备巡检，将静叶驱动活塞杆与外缸连接处原轴封取消，新增两道公称尺寸d2=75+0.06mm，D2=87-0.14mm的Y挡圈。为避免煤气、粉尘进入通过动静密封进入内外缸，影响静叶调节系统动作的灵活性，在透平静叶承缸与外缸之间增设充氮装置，该冲氮装置由40