水輪機(jī)主軸密封改進(jìn)

范道芝

(華能瀾滄江水電有限公司，昆明 650214)

1 前言

主軸密封是水輪機(jī)關(guān)鍵部件之一，密封效果的好壞直接影響機(jī)組安全運(yùn)行，其作用是減少水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件之間的漏水量，包括工作密封和檢修密封。某電站水輪機(jī)工作密封采用自動(dòng)補(bǔ)償型，即靜壓自調(diào)節(jié)式軸向密封，檢修密封結(jié)構(gòu)形式為壓縮空氣充氣膨脹式橡膠密封，主軸密封及其供水設(shè)備與一般大型水輪發(fā)電機(jī)組差別不大，但由于汛期該電站水流含沙量過(guò)高，需要對(duì)主軸密封供水方式進(jìn)行改進(jìn)，另主軸密封圍帶環(huán)座、抗磨環(huán)及密封塊等部件的安裝工藝也進(jìn)行了優(yōu)化。

2 主軸密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1 主軸密封

某水電站水輪機(jī)主軸工作密封主要由抗磨環(huán)、浮動(dòng)密封支座、密封塊、連接法蘭、彈簧支座、彈簧、等高墊塊、彈簧塞堵、止動(dòng)壓板、磨損指示裝置、潤(rùn)滑水管、水箱、水封蓋及其附件組成。

水輪機(jī)主軸檢修密封主要由圍帶環(huán)座、圍帶壓環(huán)、空氣圍帶、主軸檢修密封供氣裝置及其附件組成。

主軸密封裝配如圖1所示。

2.2 主軸密封供水設(shè)備

某水電站水輪機(jī)主軸密封供水設(shè)備主要由DN50供水管路、過(guò)濾器、旋流器、自保持電磁閥、壓力變送控制器、流量開(kāi)關(guān)及其附件組成，主軸密封供水設(shè)備布置如圖2所示。水輪機(jī)主軸密封供水共布置兩路水源，單臺(tái)機(jī)組主軸密封用水量為15 m3/h，主供水管引自DN150全廠低壓技術(shù)供水總管，DN150低壓技術(shù)供水總管引自位于出線站下1297.50 m高程處生活－消防供水設(shè)備室，生活－消防供水設(shè)備室內(nèi)布置有兩座200 m3生活－消防水池、兩臺(tái)處理能力為60 m3/h的一體化凈水器 (一用一備)等水處理設(shè)備，水源采用庫(kù)區(qū)水，處理后的清潔水作為全廠生活、消防用水;備用供水管引自DN350機(jī)組技術(shù)供水管，機(jī)組技術(shù)供水管在蝸殼前壓力鋼管取兩路水源，壓力鋼管兩路DN400取水管總管上均設(shè)置全自動(dòng)濾水器，經(jīng)過(guò)濾后用于機(jī)組技術(shù)供水。

圖1 主軸密封裝配圖

圖2 主軸密封供水設(shè)備布置圖

3 主軸密封及供水設(shè)備安裝

水輪機(jī)主軸密封部件具備安裝條件后，將檢修密封部件圍帶環(huán)座與頂蓋進(jìn)行預(yù)裝配，檢查調(diào)整圍帶環(huán)座與頂蓋止漏環(huán)的同心度，合格后鉆鉸定位螺尾錐銷。將圍帶壓環(huán)和空氣圍帶裝配在圍帶環(huán)座上，將空氣圍帶裝入圍帶壓環(huán)后，確認(rèn)長(zhǎng)度無(wú)誤，用快刀按30°角切斷并粘接，磨平結(jié)合面臺(tái)階;空氣圍帶在正式裝配前，應(yīng)通0.05 MPa的壓縮空氣，在水中作漏氣試驗(yàn)，應(yīng)無(wú)漏氣現(xiàn)象;檢修密封安裝完畢后，利用壓縮空氣 (0.5～0.8 MPa)進(jìn)行投入和退出操作試驗(yàn)，充氣后確認(rèn)空氣圍帶內(nèi)徑可從φ3205 mm達(dá)到φ3200 mm，且排氣后圍帶回位應(yīng)正常。上述圍帶環(huán)座、圍帶壓環(huán)和空氣圍帶等部件可在頂蓋、導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝時(shí)進(jìn)行預(yù)裝配，待主軸罩裝配與水輪機(jī)主軸組裝完成吊入機(jī)坑后，進(jìn)行正式安裝，檢查確認(rèn)圍帶壓環(huán)和空氣圍帶與主軸罩裝配之間的間隙為2.5 mm，偏差不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)間隙值的±20%。

水輪機(jī)主軸工作密封部件在機(jī)組軸線檢查及校正 (即盤(pán)車(chē))之后進(jìn)行正式安裝。將抗磨環(huán)裝配于主軸罩裝配上，調(diào)整其水平在0.05 mm/m以內(nèi)，且抗磨環(huán)組合面應(yīng)無(wú)錯(cuò)牙。浮動(dòng)密封支座組裝完成后，將密封塊與浮動(dòng)密封支座進(jìn)行把合，然后將浮動(dòng)密封支座置于抗磨環(huán)上，檢查密封塊與抗磨環(huán)密封面應(yīng)接觸良好。依次進(jìn)行連接法蘭、彈簧支座的組裝及安裝，安裝時(shí)需特別注意彈簧支座與浮動(dòng)密封支座之間的軸向間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，確保浮動(dòng)密封支座應(yīng)能軸向平滑移動(dòng)，不得有卡阻現(xiàn)象。依次安裝彈簧、等高墊塊和彈簧塞堵，安裝彈簧時(shí)應(yīng)根據(jù)彈簧力大小排序，再對(duì)稱安裝，安裝后彈簧長(zhǎng)度101.4 mm。最后進(jìn)行止動(dòng)壓板、磨損指示裝置、潤(rùn)滑水管、水箱、水封蓋及其附件安裝，在止動(dòng)壓板、潤(rùn)滑水管和水箱等部件裝配完畢后，通入規(guī)定壓力 (0.4～0.6 MPa)的清潔水，確認(rèn)浮動(dòng)密封支座能上下自由移動(dòng)，且供排水管路暢通;機(jī)組初期運(yùn)行時(shí)，磨損指示裝置指針應(yīng)指示在零位置，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，密封塊將磨損，并逐漸下移，當(dāng)指針指示12位置時(shí)，應(yīng)拆去等高墊塊，重新將指針調(diào)至零位置，當(dāng)指針重新指示在10位置時(shí)，必須更換密封塊，指針最多不能超過(guò)12位置。

某水電站主軸密封供水設(shè)備主要布置在主廠房水輪機(jī)層 (1241.50 m高程)，包括DN50供水管路、過(guò)濾器和旋流器等。供水設(shè)備安裝時(shí)位置應(yīng)正確，電路連接良好，元件可靠接地，絕緣測(cè)試合格;管路應(yīng)清掃干凈，連接整齊美觀，壓力試驗(yàn)合格;控制回路與機(jī)組監(jiān)控作聯(lián)動(dòng)試驗(yàn)應(yīng)正常，信號(hào)正確。

4 存在的問(wèn)題及改進(jìn)

4.1 主軸密封供水方式的改進(jìn)

某水電站水輪機(jī)主軸密封最初設(shè)計(jì)主供水管引自DN150全廠低壓技術(shù)供水總管 (即生活－消防水池)，備用供水管引自DN350機(jī)組技術(shù)供水管，且電站生活－消防供水設(shè)備室內(nèi)布置兩臺(tái)處理能力為60 m3/h的一體化凈水器 (一用一備)。由于運(yùn)行期間多年平均含沙量達(dá)0.914 kg/m3，特別是汛期的含沙量更高，含沙量過(guò)高極易導(dǎo)致泥沙沉積，全廠四臺(tái)機(jī)組同時(shí)運(yùn)行主軸密封潤(rùn)滑水總需求量約60m3/h，當(dāng)主軸密封潤(rùn)滑水主供水均引自生活－消防水池時(shí)，因廠房排水系統(tǒng)潤(rùn)滑水、中控樓生活水等同時(shí)也取至生活－消防水池，處理能力為60 m3/h的一體化凈水器顯然無(wú)法滿足主軸密封用水需求，且一體化凈水器運(yùn)行時(shí)需開(kāi)啟水泵、添加凈水劑等材料，運(yùn)行成本較高;另處理能力為25 m3/h的過(guò)濾器僅具有壓差、手動(dòng)排污功能，旋流器僅具有手動(dòng)排污功能，過(guò)濾能力較差，進(jìn)入汛期，當(dāng)主軸密封潤(rùn)滑水采用引自DN350機(jī)組技術(shù)供水管的備用供水管供水時(shí)，濾水器、潤(rùn)滑水管路等極易堵塞，造成主軸密封潤(rùn)滑水流量不足甚至中斷，需頻繁采取人工清洗過(guò)濾器濾網(wǎng)、手動(dòng)開(kāi)啟旋流器等措施進(jìn)行處理，由于該電站單臺(tái)機(jī)組僅布置一臺(tái)過(guò)濾器，當(dāng)機(jī)組運(yùn)行期間需對(duì)過(guò)濾器、旋流器等設(shè)備維護(hù)時(shí)，主軸密封潤(rùn)滑水只能通過(guò)旁路而不經(jīng)過(guò)濾器直接進(jìn)入工作密封，長(zhǎng)時(shí)間將導(dǎo)致工作密封橡膠塊磨損速度加快，縮短工作密封使用壽命，堵塞時(shí)甚至瞬間燒毀主軸密封，造成機(jī)組非計(jì)劃停運(yùn)，形成水淹水車(chē)室甚止水淹廠房的嚴(yán)重后果。

針對(duì)以上情況，該電廠對(duì)水輪機(jī)主軸密封供水方式進(jìn)行了改進(jìn)，將主軸密封潤(rùn)滑水主供水管引自DN350機(jī)組技術(shù)供水管，備用供水管引自DN150全廠低壓技術(shù)供水總管 (即生活－消防水池)，拆除了原處理能力為25 m3/h的過(guò)濾器和旋流器，單臺(tái)機(jī)組重新布置2臺(tái)全自動(dòng)濾水器，新布置的單臺(tái)全自動(dòng)濾水器水處理能力為54 m3/h，水處理能力增大至主軸密封潤(rùn)滑水需求量的3～4倍，濾水器具備自動(dòng)正反沖洗清污功能和定時(shí)、壓差、自動(dòng)、手動(dòng)排污功能，控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，也可現(xiàn)地手動(dòng)控制，監(jiān)控室遠(yuǎn)方操作等功能，并設(shè)有差壓過(guò)高、排污閥過(guò)力矩保護(hù)等報(bào)警功能，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班要求，改進(jìn)后的主軸密封供水設(shè)備布置如圖3所示。通過(guò)實(shí)施以上改造方案，全面解決了主軸密主供水管引自DN150全廠低壓技術(shù)供水總管 (即生活－消防水池)時(shí)，處理能力為60 m3/h的一體化凈水器無(wú)法滿足主軸密封用水需求及運(yùn)行成本較高等問(wèn)題，將引自DN150全廠低壓技術(shù)供水總管的水源作為備用供水管，生活－消防水池用水量大量降低，一體化凈水器工作時(shí)間也大量減少。另通過(guò)單臺(tái)機(jī)組布置2臺(tái)全自動(dòng)濾水器、提高濾水器水處理能力及采用具有定時(shí)、壓差、自動(dòng)、手動(dòng)排污功能的全自動(dòng)濾水器，解決了主軸密封潤(rùn)滑水引自DN350機(jī)組技術(shù)供水管時(shí)，濾水器、潤(rùn)滑水管路等極易堵塞問(wèn)題，且2臺(tái)全自動(dòng)濾水器互為備用，機(jī)組運(yùn)行期間也可對(duì)濾水器等設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，滿足了主軸密封備用供水需要，為機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

4.2 圍帶環(huán)座安裝工藝改進(jìn)

檢修密封部件圍帶環(huán)座安裝時(shí)，通過(guò)測(cè)定圍帶環(huán)座與主軸罩裝配之間的間隙確定安裝位置，由于轉(zhuǎn)輪與水輪機(jī)主軸組裝完成吊入機(jī)坑后，其中心、水平調(diào)整后與理想狀態(tài)均存在偏差，導(dǎo)致整個(gè)安裝期間主軸罩裝配位置與運(yùn)行狀態(tài)偏差較大，期間很難確定圍帶環(huán)座的理想安裝位置。

安裝中調(diào)整安裝工藝，通過(guò)檢查調(diào)整圍帶環(huán)座與頂蓋止漏環(huán)的同心度，合格后即可鉆鉸圍帶環(huán)座與頂蓋的4個(gè)φ16的定位螺尾錐銷。由于水輪機(jī)下固定止漏環(huán)的中心為機(jī)組基準(zhǔn)中心，且頂蓋止漏環(huán)與下固定止漏環(huán)的同軸度在導(dǎo)水機(jī)構(gòu)安裝時(shí)已確定，因此通過(guò)檢查調(diào)整圍帶環(huán)座與頂蓋止漏環(huán)的同心度可以精確確定圍帶環(huán)座的安裝位置。

4.3 抗磨環(huán)及密封塊工藝改進(jìn)

主軸密封抗磨環(huán)及密封塊等部件是整個(gè)主軸密封較為關(guān)鍵的組成部分，特別是抗磨環(huán)安裝后的水平度直接影響著主軸密封運(yùn)行狀態(tài)，如抗磨環(huán)安裝后水平度過(guò)大，機(jī)組運(yùn)行時(shí)浮動(dòng)密封支座振動(dòng)將加大，密封塊磨損速度也會(huì)隨之增加。以上部件在制造廠內(nèi)的加工精度直接影響著現(xiàn)場(chǎng)安裝質(zhì)量，工地安裝時(shí)制造廠家僅要求抗磨環(huán)組合面應(yīng)無(wú)錯(cuò)牙，密封塊與抗磨環(huán)密封面接觸良好。

安裝中改進(jìn)了施工工藝，對(duì)抗磨環(huán)及密封塊等的安裝工藝進(jìn)行了具體要求，首先對(duì)抗磨環(huán)及其主軸罩裝配組合面進(jìn)行全面清掃、檢查，對(duì)抗磨環(huán)配合尺寸根據(jù)圖紙要求進(jìn)行校核，通過(guò)測(cè)量確保抗磨環(huán)安裝時(shí)調(diào)整其水平在0.05 mm/m以內(nèi)，大多數(shù)情況下，由于場(chǎng)地狹窄、測(cè)量工具等限制，僅能局部測(cè)量抗磨環(huán)的水平度，而整體水平度主要依靠部件在制造廠內(nèi)的加工精度保證;為確保抗磨環(huán)的最終整體安裝水平度良好，一個(gè)簡(jiǎn)單可行的辦法就是機(jī)組盤(pán)車(chē)時(shí)在抗磨環(huán)軸向方向設(shè)置百分表，對(duì)抗磨環(huán)整體水平進(jìn)行測(cè)量，必要時(shí)在抗磨環(huán)與主軸罩裝配組合面間加調(diào)整墊片進(jìn)行調(diào)整。密封塊安裝后，可直接用0.05 mm塞尺檢查密封面的接觸情況;另外也可以在抗磨環(huán)與密封塊密封面間涂抹紅丹粉，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)浮動(dòng)密封支座檢查密封塊與抗磨環(huán)的接觸情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

目前，該電站全廠四臺(tái)機(jī)組水輪機(jī)主軸密封設(shè)備運(yùn)行正常，主軸密封供水可靠，希望上述主軸密封及其供水設(shè)備的結(jié)構(gòu)、安裝方法及改進(jìn)措施等能對(duì)其他類似電站主軸密封的穩(wěn)定運(yùn)行起到一定的借鑒作用。

［1］單文培.水電站機(jī)電設(shè)備的安裝、運(yùn)行與檢修 ［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2005(2008重印)

［2］林亞一.水輪發(fā)電機(jī)組的安裝與檢修 ［M］.北京:中國(guó)水利水電出版社，2000.

［3］GB8564－2003水輪發(fā)電機(jī)組安裝技術(shù)規(guī)范［S］.