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通用蒸汽轮机的操作员早就指出了传统碳环密封的缺点。一个缺点是碳环内孔处的磨损，这会逐渐增加轴间隙和蒸汽泄漏，以及导致定期更换—每年四次。尽管有这些缺点，但碳环仍是通用蒸汽轮机密封的标配。由于碳环安装简单，并且整套更换成本不足 1,000 美元，因此用碳环保持密封的成本似乎不高。

但还要考虑与碳环的磨损和潜在断裂相关的其他成本，包括因蒸汽流失导致的水成本上升，以及因润滑油污染和较高工作温度导致的轴承性能下降。

对于着眼于减少蒸汽泄漏并提高设备可靠性的操作员，市场上提供了碳环的两种主要替代品：机械密封和浮动刷式密封。

机械密封

通用蒸汽轮机中使用的机械密封是干气密封的衍生品。一个密封面上的独特轮廓（螺旋槽）吸入蒸汽，这会产生压力坝，从而将旋转和固定的密封面稍微分开，形成非接触式水膜密封界面。产生的泄漏非常小，仅以百万分之一为单位进行测量。

机械密封的设计与传统碳环截然不同，这需要对轮机的现有填料盒配置进行重大修改。在蒸汽室和填料盒为单独部件的蒸汽轮机上，可用螺栓将机械密封组件固定到蒸汽室的任一端，以替代碳环填料盒。在蒸汽室和填料盒为一体的轮机上，需要进行大量机械加工才能安装机械密封。

除修改填料盒外，还可能需要修改轮机轴，以便固定该密封的旋转组件。机械密封的最终设置需要仔细与转子和外壳对齐，以确保旋转与固定密封面之间实现正确密封。

用于更换进气和排气填料盒的一套机械密封的硬件成本在 20,000 美元到 30,000 美元之间。在硬件、安装和停机成本方面，机械密封升级很容易花费新轮机价格一半以上的费用。

机械密封的使用寿命直接受蒸汽质量的影响。为减轻冷凝水的形成，机械密封最好在干蒸汽条件和连续工作周期下工作。即使在这样的环境中，蒸汽杂质也会随时间在压力坝处结晶，这将增加密封面分离和泄漏。

轮机静止时，间歇性工作周期会促进在蒸汽管线、蒸汽室和填料盒中形成冷凝水。

尽管操作员可在启动前将冷凝水从系统中吹出，但残留的冷凝水可对机械密封造成问题。冷凝水闪蒸为气体（这完全可以描述为一次小的爆炸）会严重破坏密封面。

浮动刷式密封

替代碳环的第二种选择是浮动刷式密封 (FBS)。FBS 将碳封与包裹在轻型不锈钢带中的刷式密封技术相结合。该技术可承受住冷凝水闪蒸，同时提供更低、更稳定的泄漏率。

作为浮动密封，FBS 往往比其他选择更能容忍振动、轴承故障和径向移动。刷式密封作为主轴密封，其面对着高压蒸汽。该密封可立即降低压力，同时其刷丝可过滤掉蒸汽污染物，从而保护下游碳环。FBS 的碳环可提供靠着下游压盖壁或隔板的密封面。

FBS 适合与碳环相同的空间，可直接替代碳环。该密封采用分体式设计，其两段通过卡紧弹簧固定在一起。在某些应用中，其自对中组件可使您无需执行相关的对准程序。

受过碳环替换培训的操作员可将碳环替换成 FBS，FBS 只有两段，而碳环有三段。

由于将蒸汽轮机完全升级到 FBS 技术所需的费用不超过机械密封硬件和安装费用的一半，甚至可能是其四分之一，因此对于许多操作员而言，FBS 可能是一种更具成本效益的选择。

工厂必须评估哪种碳环替换的备选方案符合所有必要条件：适用于工作条件，包括蒸汽质量和工作周期；可充分减少蒸汽流失；具有更高的可靠性；投资和维护成本低。

关于作者：

Peter Zanini 是负责 Inpro/Seal 及其母公司沃科夏轴承公司刷式密封的业务开发和产品线总监。他拥有伍斯特理工学院机械工程理学士学位。如欲联系 Zanini，可拨打 860-673-4096 或发送电子邮件至 pzanini@doverprecision.com。