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通用蒸汽輪機的操作員早就指出了傳統碳環(huán)密封的缺點(diǎn)。一個(gè)缺點(diǎn)是碳環(huán)內孔處的磨損，這會(huì )逐漸增加軸間隙和蒸汽泄漏，以及導致定期更換—每年四次。盡管有這些缺點(diǎn)，但碳環(huán)仍是通用蒸汽輪機密封的標配。由于碳環(huán)安裝簡(jiǎn)單，并且整套更換成本不足 1,000 美元，因此用碳環(huán)保持密封的成本似乎不高。

但還要考慮與碳環(huán)的磨損和潛在斷裂相關(guān)的其他成本，包括因蒸汽流失導致的水成本上升，以及因潤滑油污染和較高工作溫度導致的軸承性能下降。

對于著(zhù)眼于減少蒸汽泄漏并提高設備可靠性的操作員，市場(chǎng)上提供了碳環(huán)的兩種主要替代品：機械密封和浮動(dòng)刷式密封。

機械密封

通用蒸汽輪機中使用的機械密封是干氣密封的衍生品。一個(gè)密封面上的獨特輪廓（螺旋槽）吸入蒸汽，這會(huì )產(chǎn)生壓力壩，從而將旋轉和固定的密封面稍微分開(kāi)，形成非接觸式水膜密封界面。產(chǎn)生的泄漏非常小，僅以百萬(wàn)分之一為單位進(jìn)行測量。

機械密封的設計與傳統碳環(huán)截然不同，這需要對輪機的現有填料盒配置進(jìn)行重大修改。在蒸汽室和填料盒為單獨部件的蒸汽輪機上，可用螺栓將機械密封組件固定到蒸汽室的任一端，以替代碳環(huán)填料盒。在蒸汽室和填料盒為一體的輪機上，需要進(jìn)行大量機械加工才能安裝機械密封。

除修改填料盒外，還可能需要修改輪機軸，以便固定該密封的旋轉組件。機械密封的最終設置需要仔細與轉子和外殼對齊，以確保旋轉與固定密封面之間實(shí)現正確密封。

用于更換進(jìn)氣和排氣填料盒的一套機械密封的硬件成本在 20,000 美元到 30,000 美元之間。在硬件、安裝和停機成本方面，機械密封升級很容易花費新輪機價(jià)格一半以上的費用。

機械密封的使用壽命直接受蒸汽質(zhì)量的影響。為減輕冷凝水的形成，機械密封最好在干蒸汽條件和連續工作周期下工作。即使在這樣的環(huán)境中，蒸汽雜質(zhì)也會(huì )隨時(shí)間在壓力壩處結晶，這將增加密封面分離和泄漏。

輪機靜止時(shí)，間歇性工作周期會(huì )促進(jìn)在蒸汽管線(xiàn)、蒸汽室和填料盒中形成冷凝水。

盡管操作員可在啟動(dòng)前將冷凝水從系統中吹出，但殘留的冷凝水可對機械密封造成問(wèn)題。冷凝水閃蒸為氣體（這完全可以描述為一次小的爆炸）會(huì )嚴重破壞密封面。

浮動(dòng)刷式密封

替代碳環(huán)的第二種選擇是浮動(dòng)刷式密封 (FBS)。FBS 將碳封與包裹在輕型不銹鋼帶中的刷式密封技術(shù)相結合。該技術(shù)可承受住冷凝水閃蒸，同時(shí)提供更低、更穩定的泄漏率。

作為浮動(dòng)密封，FBS 往往比其他選擇更能容忍振動(dòng)、軸承故障和徑向移動(dòng)。刷式密封作為主軸密封，其面對著(zhù)高壓蒸汽。該密封可立即降低壓力，同時(shí)其刷絲可過(guò)濾掉蒸汽污染物，從而保護下游碳環(huán)。FBS 的碳環(huán)可提供靠著(zhù)下游壓蓋壁或隔板的密封面。

FBS 適合與碳環(huán)相同的空間，可直接替代碳環(huán)。該密封采用分體式設計，其兩段通過(guò)卡緊彈簧固定在一起。在某些應用中，其自對中組件可使您無(wú)需執行相關(guān)的對準程序。

受過(guò)碳環(huán)替換培訓的操作員可將碳環(huán)替換成 FBS，FBS 只有兩段，而碳環(huán)有三段。

由于將蒸汽輪機完全升級到 FBS 技術(shù)所需的費用不超過(guò)機械密封硬件和安裝費用的一半，甚至可能是其四分之一，因此對于許多操作員而言，FBS 可能是一種更具成本效益的選擇。

工廠(chǎng)必須評估哪種碳環(huán)替換的備選方案符合所有必要條件：適用于工作條件，包括蒸汽質(zhì)量和工作周期；可充分減少蒸汽流失；具有更高的可靠性；投資和維護成本低。

關(guān)于作者：

Peter Zanini 是負責 Inpro/Seal 及其母公司沃科夏軸承公司刷式密封的業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)和產(chǎn)品線(xiàn)總監。他擁有伍斯特理工學(xué)院機械工程理學(xué)士學(xué)位。如欲聯(lián)系 Zanini，可撥打 860-673-4096 或發(fā)送電子郵件至 pzanini@doverprecision.com。