桃源電站貫流式機組主軸密封安裝工藝優化

潘軍偉,姜明忠，張占武

(1.中國水電顧問集團風電隆回有限公司,湖南省邵陽市 422200；2.中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710032))

文章編號：1006—2610(2015)05—0058—03

桃源電站貫流式機組主軸密封安裝工藝優化

潘軍偉1,姜明忠2，張占武2

(1.中國水電顧問集團風電隆回有限公司,湖南省邵陽市 422200；2.中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710032))

對桃源電站燈泡貫流式機組主軸密封的結構型式、工作原理及安裝工藝技術要求等幾個方面進行闡述，針對一些關鍵部位安裝工藝進行改進優化，取得了顯著成效，可以供同類型電站機組主軸密封安裝及運行檢修時借鑒使用。

主軸密封；結構型式；工作原理；安裝工藝

1 工程概述

桃源電站位于湖南省桃源縣城沅水流域，是沅水干流河段的第14個梯級電站，也是沅水干流最末一個梯級電站。桃源水電站正常蓄水水位39.5 m，無調節能力，為河床徑流式電站。電站裝機容量180 MW，裝設9臺20 MW的燈泡貫流式水輪發電機組。多年平均發電量為7.93億kWh，年利用小時數4 404 h。

2 主軸密封結構型式及工作原理

2.1 主軸密封結構型式

桃源電站主軸密封共有4道，第1道為空氣圍帶式檢修密封，另外3道為工作密封；主軸工作密封由水封蓋、擋水板、水封壓環、抗磨環、盤根等組成。

工作密封采用軸向、徑向組合密封結構，工作密封主要采用抗磨材料黃銅和盤根密封方式。盤根主要作用是有效地防止流道內水流溢過主軸與水封蓋之間的間隙，水封裝置的漏水靠自重通過排水管路排出水車室。

檢修密封采用充氣圍帶式密封方式，其充氣壓力為0.5～0.8 MPa。工作原理：機組檢修密封空氣圍帶在機組停機或檢修時投入，空氣圍帶與護蓋之間的間隙為1.5～2.0 mm。充氣后膨脹的空氣圍帶沿圓周方向貼緊圍帶環座達到止水作用，若此時檢修密封投入，檢修時可以不用落進、尾水閘門，無需將流道內的水排空。運行時檢修密封退出，空氣圍帶排氣此時空氣圍帶與圍帶環座之間的間隙恢復正常值，從而對進入檢修密封內的水流起到減壓作用。

主軸密封的結構詳如圖1。

2.2 工作密封工作原理

工作密封的供水管路設計為2路，分為主用和備用。軸向工作密封運行時通過水封壓環上游側彈簧的壓力及供水管壓力的平衡作用形成一層水膜，該水膜可以起到止水、潤滑與冷卻作用，將旋轉的抗磨環與靜止的工字環分開，使兩者不發生接觸摩擦，降低抗磨環與工字環的磨損量。水膜中向下游流的水通過檢修密封直接進入流道，向上游流的水則進入徑向工作密封中，運行時被甩出進入水箱，通過水箱底部一根DN65的排水管排至集水井。

圖1 主軸密封結構詳圖

停機時，依靠裝置中均勻分布在連接法蘭上的24根彈簧的壓力，將工字環緊壓在轉動抗磨環上起到封水作用。徑向密封采用帶自潤滑的聚四氟乙烯浸漬碳纖維方形盤根，通過對盤根壓縮量的調整，使少量冷卻潤滑水流經盤根與大軸之間的彈性接觸面，可以對盤根密封面進行潤滑和冷卻。其中通過下游側2道盤根的潤滑水流向檢修密封，以封堵從流道進入檢修密封的水壓；穿過上游側2道盤根的潤滑水進入水箱，進入水箱的水靠自重通過DN65的排水管排到集水井，另外在水輪機導軸承扇形板底部增設了1根DN40排水管，提高排水能力避免內導環內部出現大量積水現象。

3 工作密封供水

3.1 供水管路布置

工作密封供水的設計思路是在機組啟動運行時供水，停機后停止供水。工作密封主用水來自全廠公用技術供水管路系統。全廠公用技術供水管路設置有臥式離心泵、全自動濾水器，從電站壩前取水。全廠公用技術供水取水系統分為2套，第1套布置在1號機組副廠房30.80 m高程處，第2套布置在7號機組副廠房30.80 m高程處，利用引水管道經泵加壓后供到技術供水總管內，然后在每臺機組設置分支管路供至每臺機組主軸密封內。工作密封備用水來自副廠房壩頂53.0 m高程中間水箱，從中間水箱引下1根DN100管道沿運行層35.0 m高程上游邊墻布置，在每臺機組設支路。主、備用供水管匯集到1根DN40供水管路，引至工作密封處分為2支路采用膠管與工作密封供水口連接。

3.2 供水壓力調整

為保證工作密封供水水質，在每套引水管路上均設置了2道過濾裝置。第1道過濾是一臺ZLSIII-150型全自動濾水器，過濾精度為5.0 mm，濾水器底部還裝設了1根排污管，可定期自動或手動排放濾水器中的污物。第2道過濾是在每臺機組工作密封進水管路上裝設了一個過濾器閥門，過濾精度為5.0 mm。初次供水時應將過濾器濾芯、供水膠管拆開，將來水引至排水管內，打開供水閥沖洗管道，待水質合格后，將膠管回裝。

由于工作密封對其供水的流量、水質和壓力等有較高的要求，為此在工作密封供水主干管上分別安裝了壓力表、壓力開關和流量開關等監控元件，便于對供水情況進行實時監控。結合桃源水電站機組工作密封供水壓力整定值和前4臺機組現場調試情況，優化整定參數為：調試階段工作密封供水流量為90 L/min，進入正常運行階段供水流量為20 L/min，且進入正常運行階段要保證供水壓力在0.15～0.25 MPa設計范圍內。

4 安裝工藝優化

桃源電站主軸密封在廠內預裝檢驗合格后發往現場，安裝前對各部件加工尺寸進行復核，做好標記進行拆解清洗。

(1) 將軸護肩、圍帶壓環與主軸連接固定隨同主軸一起吊入基坑，待空氣圍帶和圍帶環座組裝后套在主軸法蘭上并臨時固定，再進行轉輪與主軸的連接。

(2) 將水封蓋、甩水環、擋水板、水封壓環和工字環等清洗后吊入水車室，待主軸軸線二次調整完成后進行主軸密封剩余部件的安裝工作。

(3) 檢修密封施工工藝技術要求：空氣圍帶在裝配前應對其密封性進行檢查，試驗壓力為0.05 MPa，將空氣圍帶放置在水中保持10 min，應無漏氣現象；安裝后，徑向間隙應符合設計要求，偏差不應超過設計間隙值的±20%。

(4) 軸向密封施工工藝技術要求：轉動抗磨環及工字環安裝后，轉動抗磨環的平面度應保證密封面平直度不大于0.05 mm/m，工字環應移動靈活以補償固定抗磨環的磨損量。

(5) 盤根密封施工工藝技術要求：安裝時需注意調整水封壓環的壓緊量，并保證整圓壓縮均勻，4根盤根切口要錯開180°，盤根密封的漏水量應小于50 L/min，如果漏水量偏大可以通過調整水封壓環的壓緊量來實現。

(6) 盤根安裝初期壓緊量要適宜，如果安裝過緊將會導致主軸密封水無法進入盤根與主軸接觸面，不能及時對盤根進行冷卻潤滑，導致盤根磨損漏水。工字環施工工藝技術要求是：保證機組正常運行時，工字環與大軸之間的間隙均勻且符合設計要求即可。

(7) 所有合縫面涂樂泰515密封膠，保證密封可靠性；所有銷釘和固定螺栓安裝時涂樂泰242止動膠。

綜上所述，主軸密封主要部件尺寸的校核，把合縫的清理和密封膠的涂抹一定要仔細到位，嚴格執行相關工藝要求安裝，保證主軸密封良好使用及運行。

5 結 語

桃源水電站燈泡貫流式水輪機由于受本身結構型式的制約，主軸密封存在以下缺點：一是由于燈泡體內空間窄小，水封蓋、水封壓環等部件又都是在機組內部組裝，因此安裝檢修極為不便；二是由于主軸密封排水管路上未設計流量裝置，無法對主軸密封漏水量進行監測；三是水導軸承與主軸密封間距設計量較小，如果主軸密封漏水量較大，排水管無法及時排出就會從水箱與大軸之間的縫隙噴出，如果噴入水導軸承油盆就會造成油混水事故，嚴重威脅機組安全穩定運行。

經過安裝工藝優化，桃源電站首臺機組于2013年11月3日，末臺(9號)機組于2014年10月13日正式投入商業運行。截止到目前，所有投產機組主軸密封運行安全穩定，未出現漏水不正常現象。

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Optimization of Installation of Main Shaft Sealing of Tubular Turbine-generator Unit

PAN Jun-wei1, JIANG Ming-zhong2, ZHANG Zhan-wu2

(1. HYDROCHINA Longhui Wind Power Co., Ltd., Shaoyang, Hunan 422200，China;2. Sinohydro Engineering Bureau 3 Co., Ltd, Xi'an 710032，China)

Structure, operating principle and installation technology requirements, etc of the main shaft sealing of the bulb tubular unit in Taoyuan Hydropower Station are described. The installation technology of certain key positions is optimized. The optimization results in significant achievement. It can be referred to the sealing installation and maintenance of the similar power stations. Key words:sealing of main shaft; structural type; operation principle; installation technology

2015-03-25

潘軍偉(1987- )，男，河南省新蔡縣人，助理工程師，從事水輪發電機組設備安裝調試及施工管理.

TK733.8

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.017