混流式機組主軸密封性能分析及運行維護

鄧樹明

摘要：本文以某市抽水蓄能電站為例，首先介紹了混流式機組主軸密封的結構型式及主要參數，然后對其安裝工藝進行了分析，最后對混流式機組主軸密封的運行原理進行了探討，以便對其能夠更好的進行運行維護。本文在為今后抽水蓄能電站能根據自身特點更合理、更靈活地選擇主軸密封提供建議和幫助的同時，還希望能夠為在建的高水頭、高轉速、高水位變幅的抽水蓄能電站主軸密封安裝提供相應的工藝參考。

關鍵詞：混流式機組、主軸密封、性能分析、運行維護

一、前言

水輪機的主軸密封是轉動軸與固定部件之間的封水裝置。在混流式水輪機中主軸密封通常與機組轉輪的其它止漏部件（如梳齒結構、轉輪泄水孔、均壓排水管等）互相配合，互相適應；除減少機組的容積損失外，主要是為了保證機組的安全可靠運行。良好的主軸密封應具有良好的止水性能和耐久性，并保證在漏水不大的情況下，安全有效地運行一個大修周期。因此，一定要做好混流式機組主軸密封性能分析及運行維護工作。

二、工程概況

某市抽水蓄能電站是一座高水頭，高水位變幅、高轉速的純抽水蓄能電站，水泵水輪機由日本日立公司制造，而其主軸密封則由分包商日本東芝公司制造，該密封具有技術含量高，加工精度高，密封效果好，結構緊湊，不生銹，使用壽命長等良好特點，此技術國際領先。

1、主軸密封運行條件

立軸、單級、混流可逆式水泵水輪機。水泵水輪機正常最大毛水頭694.5m，最小毛水頭629m，額定水頭640m，機組額定轉速500轉/分鐘，穩態飛逸轉速：≤646.7r/min，水泵水輪機安裝高程為723.0m，機組吸出高度—75m。水泵水輪機轉輪水輪機工況進口直徑4.27m，進水球閥直徑為2.00m，尾水管出口直徑為4.3m，機組采用上拆方式。

發電工況額定出力：306MW，水泵工況最大入力：319.6MW，水輪機工況額定流量：53.2m3/s，水泵工況最大流量：45.6m3/s，水泵工況最小流量：35.7m3/s，旋轉方向：水輪機工況俯視為順時針，水泵工況俯視為逆時針。

2、主軸密封的主要參數及工作原理

主軸密封整體為ZG15CR2MO1不銹鋼鑄造，各部件加工尺寸精度高，并在接合面采用“O”型密封圈密封、“丁”字型密封圈粘接、三角形溝槽，該密封按結構可分為固定部分和轉動部分，轉動部分為主軸護套和轉動環，主軸護套分兩瓣用精制銷釘固定在主軸上并牢固焊接，轉動環用精致銷釘螺栓連接，固定部分采用不銹鋼螺栓固定在頂蓋上。

（1）主軸密封工作原理及結構分析。主軸密封按其使用的狀態可分為工作密封和檢修密封，采用上下結構。

檢修密封：檢修密封為端面密橡膠密封，在機組停機或檢修時，充入小于0.7MP的壓縮空氣，使空氣圍帶橡皮膨脹，抱緊主軸，防止水進入；當開機時，將空氣圍帶里的壓縮氣體排除，使其收縮，讓空氣圍帶與主軸之間保持1.5～2mm的間隙。該檢修密封結構簡單，操作容易，密封效果好。

工作密封：工作密封屬于徑向密封，共三層。上、中兩層是碳素密封，下層是樹脂密封。固定在轉軸轉動環上形成環狀密封面，由12塊碳素密封組合而成，碳素密封、樹脂密封有橫、豎各兩道減壓進水小槽和五個準5mm進水小孔，減壓進水小槽起到迷宮式密封的作用，耐磨，散熱，耐腐蝕及潤滑性能好。轉動環表面由高強度、高光潔的合金鋼構成。

（2）主軸密封工作流程：當機組發出開機令后，由LCU控制→主軸密封清水投入（壓力為1.2MPa）→檢修密封退出（氣壓消失）→清水由徑向密封的進水管進入，通入對面的排水管調整壓力與流量（使壓力控制在大于1.2MPa，流量大于20L/min）→清水壓力遠大于頂蓋涌入的尾水壓力→尾水的水始終不能竄入各級密封，同時清水在各級密封間供水使主密封內側潤滑冷卻→水輪機進入連續運轉。

三、主軸密封安裝工藝分析

1、主軸密封安裝工藝流程

主軸密封安裝是水輪機安裝中極其重要的一環，必須嚴格按照相關工藝要求安裝，以保證其良好的使用及運行。

檢修密封安裝→密封盒安裝→檢修密封供氣裝置安裝→樹枝密封安裝→上、下碳素密封安裝→密封盒蓋安裝→擋水環安裝→主軸密封冷卻、潤滑水管安裝→主軸密封附件安裝。

2、不同的主軸密封其密封性能也不相同

主軸的密封有各種各樣的方法，如何選用，需要與具體實際情況結合起來。對于鏜、銑類主軸，由于線速度非常高，宜采用GMN密封圈密封，既保證了密封效果，又不會引起高的溫升，但其缺點是價格相對較貴，而且需要進口，周期較長。對于鉆、擴、鉸和攻絲類主軸，就可以采用雙層密封圈和氣密封結合使用，其優點是價格便宜，易于實現，密封效果也比較好。如果在一個主軸箱中使用了兩種潤滑脂（油和油脂），就可以考慮使用V形密封圈來密封。這幾種密封形式都已經具體應用在實踐中，并能夠很好的滿足使用要求

通過對機組的運行情況進行分析，水輪機在停機后空氣圍帶投入，頂蓋水位恢復正常，通過此現象可判斷橡膠空氣圍帶能正常密封，由此可判斷故障點在橡膠平板密封，而引起橡膠平板密封漏水有三種的情況。

3、主軸密封反應結構運行維護技術分析

（1）上下密封橡膠板安裝時切口方向錯誤

一般情況下上、下密封的橡膠板都是圓形的結構，是使用過程中需要進行切割處理，在切口處因進行斜面處理，這樣能保證切口部位的粘合能力，使切口的斜面與機組的轉動方向一致，這樣能避免切口在使用過程中出現開裂現象。如果切口傾斜方向逆著機組轉動方向，機組運行過程中切口位置受力，會引起切口撕裂，達不到密封效果，造成主軸密封漏水。

（2）上下密封板要和密封橡膠板之間有合適的縫隙，要符合設計的要求，一般情況下上下密封板和密封橡膠之間的間隙控制在2毫米以內。如果上下密封板和橡膠板之間的間隙過大會出現主軸密封不嚴，產生漏水現象；如果上下密封板和橡膠密封板之間的間隙過小會產生一定的摩擦，造成密封設備的損壞，降低設備的使用壽命，隨著使用時間的延長會出現密封故障。

4、主軸密封工作注意事項

在主軸密封安裝過程中注意事項：不能敲擊和碰撞碳素密封圈和樹脂密封圈。安裝前保持碳密封圈在水中，室內溫度應恒定。

四、結束語

目前國內已投運的混流式水輪機較多，實際運行經驗也證實了混流式水輪機的運行特 性很好。其應用前景廣闊。雖然混流式水輪機有其很好的性能，但是也必須要對混流式機組主軸密封的性能進行分析，并做好其運行維護工作。只有這樣，才能提高機組的啟動成功率、從而確保電站的生產目標能夠順利完成。

參考文獻：

[1]趙志文，游光華.高水頭水泵水輪機組通流部件密封運行特點及改進[J].水電站機電技術，2010，（05）.

[2]鄧隱北，張忠輝.水輪機的性能改進技術[J].水利電力科技，2012（02）.