基于TRIZ矛盾分析法的TRT轴端密封装置改进

第３６卷第１期　江　西　冶　金　Ｖｏ１．３６，Ｎｏ．１　２０１６年２月　ＪＩＡＮＧⅪ　ＭＥ　１．ＡＬＬＵＲＧＹ　Ｆｅｂｒｕａｒｙ　２０１６　文章编号：１００６－２７７７（２０１６）０１－Ｏ０３９－０３　基于ＴＲＩＺ矛盾分析法的ＴＲＴ轴端密封装置改进　纪田字。胥华，朱付庆，李永德　（莱芜钢铁集团有限公司，山东莱芜２７１１０４）　摘　要：莱钢骶汀发电机组使用的轴端密封为迷宫密封，机组长时间运行后密封条受到磨损且间隙在不断增　大，造成煤气外泄，氮气的消耗量也较大。对此，采用ＴＲＩＺ矛盾分析法确定了要改善的参数，并应用了碳环密封装置，取得了　较好效果。　关键词：ＴＲＩＺ；ＴＲＴ轴端密封；煤气泄露　中图分类号：ＴＨ１３８．５２　１　文献标志码：Ｂ　ＴＲＴ　Ｓｈａｆｔ　Ｅｎｄ　Ｓｅａｌｉｎｇ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＴＩＲＺ　ＣｏｎｔｒａｄｉｃｔｉＯｎ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｊｉ　Ｔｉａｎｙｕ，Ｘｕ　Ｈｕａ，Ｚｈｕ　Ｆｕｑｉｎｇ，Ｌｉ　Ｙｏｎｇｄｅ　（Ｌａｉｗｕ　Ｉｒｏｎ　ａｎｄ　Ｓｔｅｅｌ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．Ｌａｉｗｕ　２７１　１４０　Ｓｈａｎｄｏｎｇ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉ１ｌｅ　ｌａｂｙｒｉｎｔｈ　ｓｅａｌ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｆ０ｒ　ｔｌＩｅ　ｓｈａｆｔ　ｅｎｄ　ｏｆ　ＴＲＴ　ｇｅｎｅｒａｔｏｒ　ｉｎ　Ｌａｉｗｕ　Ｓｔｅｅ１．ｎｅ　ｓｅａｌｉｎｇ　ｓｔｒｉｐ　ｗｅａｒ８　ａｎｄ　ｇａｐ　ｉｎ－　ｃｒｅａｓｅｓ　ａｆｔｅｒ　ｌｏｎｇ　ｔｉｍｅ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｕｓｅｓ　ｔｈｅ　ｇａｓ　ｅｓｃａｐｅ，ａｎｄ　ｍｏｒｅ　ｎｉｔｒｏｇｅｎ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅ　ｆｏｒ　ｔｈｉｓ，ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ｎｅｅｄ　ｔｏ　ｂｅ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ　ａｒｅ　ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｎＵＺ　ｃｏｎｔｒａｄｉｃｔｉｏｎ·　ｅ　ｃａｒｂｏｎ　ｒｉｎｇ　ｓｅａｌ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ａｎｄ　ｇｏｏｄ　ｅｆｆｅｃｔ　ｈａｓ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　●　－　，　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＴＲＩＺ；ⅡｔＴ　ｓｈａｆｔ　ｅｎｄ　ｓｅａｌ；ｇａｓ　ｌｄａｋ　析、ＴＲＩＺ发明问题解决算法等；知识数据库则是ＴＲＩＺ　０前言　理论解决矛盾的精髓，其中包括矛盾矩阵（３９个工程　参数和４０条发明原理）、７６个标准解决方法等。　最早提出物场分析法的是前苏联发明家阿奇舒　乐，他分析研究了近百万项专利后，于１９７９年发表了　１原始问题　名为《创造是一门精密的科学》的专著，书中指出　ＴＲＩＺ的核心是技术进化原理。按照这一原理，技术　莱钢老区３号ＴＲＴ发电机组轴端密封均为拉别　系统一直处于进化之中，解决矛盾是其进化的推动　令式氮气密封。拉别令密封又称迷宫式密封，其工　力。该技术系统大致可以分为３类：ＴＲＩＺ的理论基　作原理是氮气在通过密封齿的间隙时产生阻力并使　础、分析工具和知识数据库。ＴＲＩＺ的理论基础对于　其流量减少，从而达到密封的目的。　产品的创新具有重要的指导作用；分析工具是ＴＲＩＺ　拉别令密封存在以下不足：由于高炉煤气压力　用来解决矛盾的具体方法或模式，它们使ＴＲＩＺ理论　存在波动，随着运行时间的增加，密封条会不断受到　能够得以在实际中应用，其中包括矛盾矩阵、物场分　磨损，密封间隙会不断增大，造成煤气外泄，给安全　收稿日期：２０１５—０５—０５　作者简介：纪田字（１９８７一），男，黑龙江伊春人，工程师，从事动力能源设备检修与管理工作。　江西冶金　２０１６年２月　生产带来了隐患；在长期的密封运行中，氮气消耗量　较大，增加了运行成本。　（０３）：局部特性原理。将物体由同类结构变成　异类结构；使物体的不同部分具有不同的功能；使物　体的各部分都处于最有利于执行工作的条件下。　（１５）：动态性原理。改变物体或外部环境，使作　用在任何阶段均能达到最佳性能；将一物体分成彼此　能相对改变位置的几个部分；将刚性不活动的物体变　为可活动的、可移动的或具有可适应性的物体。　（３５）：状态和参数。改变物体的物理状态；改　２　ＴＲＩＺ矛盾分析法的应用　２．１　描述问题　工作区的确定：由于拉别令密封系统不断受到　煤气的腐蚀和冲刷，导致密封条受到损害，造成煤气　外泄，所以将轴端拉别令密封系统选为工作区。拉　别令密封系统的工作区见图１中的阴影部分所示。　图１　拉别令密封系统的工作区　２．２理想解　’　提高系统的安全性，氮气用量为零且煤气不　外泄。　２．３列出系统元件　拉别令密封系统和高炉煤气。　２．４影响系统安全性的参数　拉别令密封：结构、材质；高炉煤气：压力、温度、　腐蚀性。　２．５确定改善参数和恶化参数　为了使高炉煤气不外泄，并且尽可能地减少氮气　用量，我们要改善密封系统的“有害的扩散”，因此我　们选择３９个工程参数中的“有害的扩散”作为改善参　数。提高系统安全性的常规办法是减小高炉煤气的　压力，但是这样一来无法满足ＴＲＴ系统的工作要求，　也就是说改变高炉煤气压力会对系统造成恶化，所以　我们选择３９个工程参数中的“力”作为恶化参数。　２．６技术矛盾矩阵得到相应的创新原理　分析参数为“有害的扩散”和“力”，这是两个相　互冲突的参数，因此本问题为技术冲突，要使用技术　冲突矩阵求解。根据上述参数，查找技术冲突矩阵，　得到原理解序号如下：（１０），（０３），（１５），（３５），（２８）。　２．７原理总汇列表　（１０）：预先作用原理。预先部分或全部完成物　体所需的作用；预置物体，一旦需要时能及时在最方　便的位置使其发挥作用。　变物体的浓度或密度；改变物体的柔性程度；改变物　体的温度或体积；改变压力。　（２８）：替换机械系统原理。用刺激感官系统替　代机械系统；采用电场、磁场和电磁场与物体进行相　互作用；用运动场代替静止场，用随时间变化的场代　替不变场，用结构化场代替随机场；将磁场和强磁性　的铁磁粒子组合使用。　对于原理（０３）和（２８），目前莱钢ＴＲＴ发电机组　的生产中尚无合适的工作条件，因此这两个原理不　适用；原理（３５）与本问题不相关，也可以不考虑。　最终，我们选用原理（１０）和原理（１５）。　２．８通解转化问题　原理（１０）为预先操作法，目的是在出现安全危　机之前预先作准备，我们可以调整系统结构来达到　预先作用的目的，具体调整方法使用原理（１５）动态　性原理。　动态性原理这样描述：将刚性不活动的物体变　为可活动的、可移动的或具有可适应性的物体。在　考察工作区时发现拉别令密封系统从叶片一直延伸　到轴端，那么我们可以把轴端位置的拉别令密封条　替换成一种耐高温、耐高压和耐腐蚀的系统，当拉别　令密封系统遭到损坏时，该系统可以有效阻止高炉　煤气外泄。　综合考虑上述条件，我们选用碳环密封系统替　代轴端部分的拉别令密封条。　３碳环密封系统改造　３．１碳环密封装置简介　碳环密封属于浮动密封的一种，因其材质为炭　精而得名。　碳环密封装置由密封腔体和密封环两部分组　成。密封腔体为水平剖分式结构，可在不拆卸机组　的情况下更换密封环；密封环由三瓣碳环和外圈的　箍紧弹簧两部分组成。碳环密封装置带有隔离气　腔，通常以氮气为隔离气，氮气的压力应略高于高炉　第３６卷第１期　纪田宇，胥华，朱付庆，等：基于ＴＲＩＺ矛盾分析法的ＴＲ１’轴端密封装置改进　．４１．　煤气压力。机组运行前，由于密封环紧箍弹簧，碳环　ＴＲＴ碳环密封属于径向剖分式迷宫密封加浮环　抱紧轴表面，当隔离气进入隔离腔且压力高于高炉　密封，由密封腔体和密封环两部分组成。碳环密封　煤气压力时，隔离气将撑开碳环进入介质腔，同时向　工作原理图见图３。　外界泄漏，达到高炉煤气和外界隔离的目的。　装配结构有整体式和部分式应用设备：汽轮机、　风机、发电机、压缩机、透平机等机组。　３．２实施改造　此次改造是在原有拉别令密封的基础上加装碳　环密封装置，采取的密封方式是拉别令密封加碳环　气　密封，阻隔气为氮气。改造时，将原拉别令式密封沿　齿　２８０　ｍｍ轴台向内拆除ｌ１组共２２根，并将拉别　令密封腔相应拆掉，将轴套热装于主轴上，在轴上配　图３碳环密封工作原理图　钻Ｍ６螺孔，将轴套紧固；将密封下半腔体从轴套下　方套入，用装配螺栓轻轻固定，将拉紧弹簧放入腔体　中第一个密封环的槽内，穿过制动片，销紧弹簧；将　４使用效果　密封环块放置在轴套上，使弹簧嵌入密封环的沟槽　内，旋转弹簧和密封环，直至制动片置人制动槽内；　１）密封环由三瓣碳环和外圈的箍紧弹簧两部分　用组立螺钉将上下密封腔体组立起来；校正密封环　组成，机组运行前，由于密封环紧箍弹簧，碳环抱紧　与轴的位置，用紧固螺钉将整体密封环与机壳拧紧，　轴表面，当高炉煤气压力波动时，密封间隙不会随之　接上氮气，该密封装置就可以使用了。　增大，从而有效避免了因煤气泄漏而带来的安全生　整体密封环的结构示意图见２。　产问题的出现。　２）碳环密封是一种性价比较高的密封形式，由　于氮气和高炉煤气的压差较小，碳环和轴表面的间　拉　隙也较小，故氮气的消耗量很小。同时，碳环与轴表　面的间隙较小，减小了碳环的磨损，延长了密封装置　的使用寿命。　制动　３）通过碳环密封装置改造后，１台机组的氮气　制　消耗量由原来的４５０　ｒｎ　／ｈ降低到１８０　ｒｎ。／ｈ，同时还　杜绝了因密封不好而造成的ＴＲＴ停机检修现象。　图２整体密封环结构示意图