軸流轉(zhuǎn)漿式槳葉軟墊密封更換工藝淺談

【摘要】通過對轉(zhuǎn)輪槳葉密封原理介紹，漏油原因分析及槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊特種密封圈更換的控制工藝、步驟方法介紹，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也可供水電行業(yè)同類機(jī)組借鑒。

【關(guān)鍵詞】槳葉；軟墊

1、概述：

蘇只水電站位于青海省化隆縣，水電站裝有三臺軸流轉(zhuǎn)漿式水輪發(fā)電機(jī)組，單機(jī)出力75MW，總裝機(jī)容量為225MW，年發(fā)電量為8.7億KW.h。水輪機(jī)型號ZZ（K15）—LJ—840，額定轉(zhuǎn)速71.4r/min，額定水頭16.0m，最大水頭20.7m，額定出力77.3MW；發(fā)電機(jī)型號SF75-84/13000，額定容量 88.24MVA ，額定功率75MW，額定電壓13.8KV。電站自2003年11月1日起開工建設(shè)， 2005年12月30日電站首臺機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電。根據(jù)三號機(jī)組運(yùn)行維護(hù)記錄發(fā)現(xiàn)機(jī)組回油箱油位有降低現(xiàn)象，每年需要向集油箱補(bǔ)充三桶（一桶為175KG）潤滑油，對機(jī)組外圍進(jìn)行詳細(xì)檢查，管路法蘭、閥門未見漏油現(xiàn)象，在尾水區(qū)由于機(jī)組連續(xù)運(yùn)行也未見水面有油跡，經(jīng)分析回油箱油位下降是轉(zhuǎn)輪槳葉密封漏油引起，轉(zhuǎn)輪槳葉存在漏油問題不僅影響機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行，增加發(fā)電成本，而且嚴(yán)重污染水資源，因此必須對槳葉密封漏油進(jìn)行處理。

2、槳葉密封原理

蘇只水電站轉(zhuǎn)輪直徑8.4米，重約230噸，為缸動式結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，單個槳葉重約12.5噸，槳葉與轉(zhuǎn)輪體連接法蘭直徑為1.39米，槳葉密封安裝工藝繁瑣，槳葉與轉(zhuǎn)輪體之間密封采用金屬密封結(jié)構(gòu)，由密封壓環(huán)、V型軟墊、凹型軟墊、金屬密封圈、彈簧等組成，為組合密封結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)如圖所示見圖1：

[1、密封壓環(huán) 2、密封支撐環(huán)（外） 3、V型軟墊 4、凹型軟墊 5、密封支撐環(huán)（內(nèi)）6、金屬密封圈 7、彈簧]

此種密封組件可防止轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的油向外滲漏和轉(zhuǎn)輪體外的水向內(nèi)侵入，密封組件安裝在轉(zhuǎn)輪體與葉片法蘭根部之間配合的密封槽內(nèi)，密封圈外圈與轉(zhuǎn)輪體之間是沒有相對運(yùn)動，當(dāng)機(jī)組進(jìn)行負(fù)荷調(diào)整轉(zhuǎn)輪槳葉轉(zhuǎn)動時，靜止的密封圈內(nèi)圓與旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)輪槳葉法蘭柱面之間在調(diào)整范圍內(nèi)由于摩擦作用將產(chǎn)生一定的低速相對運(yùn)動，這就要求密封圈內(nèi)面既要有良好的密封性能，又要求葉片法蘭柱面要有較高的光潔度及一定的潤滑條件，不至于在做相對運(yùn)動時發(fā)生干摩擦而損壞密封。此種密封為徑向接觸式密封，通過密封壓板對密封圈的軸向壓縮量和徑向過盈量來進(jìn)行密封，軸向壓縮量可通過密封壓板螺栓進(jìn)行壓縮量調(diào)整，給予密封圈以一定軸向壓緊力，形成軸向壓縮，徑向過盈量則是靠設(shè)計(jì)制作尺寸配合軸向壓縮產(chǎn)生的徑向變形而得到。但因此密封圈材質(zhì)較軟，槳葉法蘭直徑較大給密封圈更換工作增加較大難度。

3、漏油原因分析

檢修工作開始，尾水管檢修平臺搭設(shè)完畢，在進(jìn)行槳葉全開、全關(guān)位置動作漏油情況檢查時發(fā)現(xiàn)3號槳葉密封壓板與槳葉法蘭柱面配合面處有透平油滲漏出來。然后將轉(zhuǎn)輪整體吊出至轉(zhuǎn)輪檢修工位，對轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的潤滑油抽排完畢后，分解3#槳葉發(fā)現(xiàn)槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊密封圈撕裂破損嚴(yán)重，槳葉密封壓板與槳葉法蘭密封柱面配合間隙處存有大量泥沙銹蝕。根據(jù)3#槳葉檢查情況決定對其它4個槳葉也進(jìn)行分解發(fā)現(xiàn)槳葉兩道“V型”及“凹型”密封圈均有大量撕裂破損，樞軸與槳葉金屬密封面有不同程度劃痕。通過分解檢查槳葉密封分析得出，機(jī)組運(yùn)行轉(zhuǎn)輪長期浸泡在水中，槳葉密封壓板與槳葉法蘭密封柱面間隙處侵入泥沙，槳葉轉(zhuǎn)動時帶動沙粒被迫轉(zhuǎn)動，造成“V型”軟墊密封圈密封面凹凸不平，機(jī)組長時間運(yùn)行在轉(zhuǎn)輪室內(nèi)水壓的作用下，侵入泥沙向密封圈內(nèi)部發(fā)展，由于摩擦力增大“V型”軟墊密封圈不能克服相對的運(yùn)動力，使密封圈受拉力不平衡被撕裂，“V型”軟墊密封圈接觸面壓力消失，導(dǎo)致漏油發(fā)生。

4、槳葉密封第一次更換

4.1 準(zhǔn)備工作

根據(jù)圖紙標(biāo)明槳葉密封為兩道“V型”及“凹型”軟型密封圈組成，技術(shù)要求標(biāo)明：把V型軟墊，凹型軟墊裝在密封支承環(huán)上，確認(rèn)周長是否正確，合縫處允許間隙1mm，余量2mm；安裝V型軟墊，凹型軟墊時，4只軟墊切斷處應(yīng)90。錯位布置；安裝時，切斷處用密封膠粘接牢固；葉片安裝時，將轉(zhuǎn)輪體的水平調(diào)整到0.05mm/m以內(nèi)。按照要求用專用工具吊平后裝入。

4.2 處理過程

檢查提供的槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊密封圈備品與槳葉軸頸和內(nèi)側(cè)壓環(huán)進(jìn)行預(yù)裝，發(fā)現(xiàn)四道備品密封圈直徑偏大、截面加工厚度不對稱且材質(zhì)較軟，經(jīng)討論決定按照圖紙技術(shù)要求對密封圈進(jìn)行現(xiàn)場切割、粘接配裝。全面清掃槳葉、樞軸接觸面，對樞軸與槳葉金屬密封面少量劃痕用天然油石進(jìn)行研磨，研磨完畢后用刀口尺對金屬密封面進(jìn)行測量，刀口尺與金屬密封面用0.02mm塞尺不能通過后粘接密封圈回裝槳葉，槳葉回裝至密封安裝位置，先將第一道“V型”軟墊密封圈用專用工具（木質(zhì)楔子板）推入至內(nèi)側(cè)支撐環(huán)位置，再依次將其余3到密封圈推入到安裝位置。密封圈安裝到位后回裝外側(cè)密封支撐環(huán)，安裝四塊槳葉密封壓板后打緊壓板螺栓?；匮b工作完畢后進(jìn)行0.8MPa（30分鐘）轉(zhuǎn)輪體打壓試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2號槳葉密封出現(xiàn)漏油現(xiàn)象，為此將2#槳葉密封壓板螺栓全部旋松后再對稱進(jìn)行緊固，2#槳葉密封漏油現(xiàn)象停止。轉(zhuǎn)輪體保壓試驗(yàn)完畢進(jìn)行槳葉16小時動作試驗(yàn)（槳葉1小時全開、全關(guān)動作一次），2#、3#槳葉在動作試驗(yàn)進(jìn)行到第三小時開始漏油，對槳葉密封壓板螺栓再次進(jìn)行調(diào)整但漏油現(xiàn)象無法消除，檢查發(fā)現(xiàn)3#槳葉密封壓板間隙處已有密封碎屑擠出。槳葉16小時動作試驗(yàn)失敗，立即對2#、3#槳葉進(jìn)行分解。槳葉分解后檢查發(fā)現(xiàn)2#、3#槳葉密封圈已大量破損并有堆積現(xiàn)象，隨后對其他槳葉進(jìn)行分解檢查發(fā)現(xiàn)第一道 “V型”密封圈均有少量堆積、翻邊現(xiàn)象。

4.3 更換漏油原因分析

此次更換槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊密封圈存在與圖紙尺寸不符合、截面加工厚度不對稱及密封圈材質(zhì)較軟現(xiàn)象，安裝時要對密封圈進(jìn)行切割、粘接，在進(jìn)行切割、粘接時只能依靠操作人員的經(jīng)驗(yàn)，對密封圈的預(yù)緊量、平整度等指標(biāo)無法達(dá)到原值，預(yù)緊量無法完全控制會出現(xiàn)密封圈尺寸過大或過小現(xiàn)象；密封圈尺寸過小，槳葉動作時密封圈與槳葉軸頸摩擦增大密封圈容易發(fā)生撕裂情況，密封圈尺寸過大會在旋緊壓板螺栓后發(fā)生密封圈堆積現(xiàn)象，槳葉動作時槳葉法蘭柱面摩擦密封圈容易發(fā)生堆積情況；在第一道槳葉“V型”軟墊密封圈更換推進(jìn)時，使用的專用工具（木質(zhì)楔子板）因端部硬度較大，在推進(jìn)“V型”軟墊密封圈（材質(zhì)較軟）時容易發(fā)生密封圈翻邊、擠邊等現(xiàn)象；在回裝槳葉密封壓板時發(fā)現(xiàn)，2#、3#槳葉進(jìn)、出水邊兩側(cè)壓板較緊，需要外力打擊壓板才能回裝到位，這樣回裝槳葉密封壓板時密封圈容易受外力擠壓造成堆積；槳葉密封圈安裝時操作人員對施工工藝掌握不熟練，也會導(dǎo)致密封圈安裝不到位發(fā)生槳葉漏油現(xiàn)象。

4.4 采取措施

聯(lián)系廠家重新制作合格材質(zhì)、尺寸與圖紙技術(shù)要求一致槳葉密封圈，對安裝時推入密封圈用的專用工具進(jìn)行了改良，切割一段更換下來的“凹型”密封圈粘接到特制的把手上，專用工具端部使用“凹型”密封后因材質(zhì)、形態(tài)與第一道 “V型”槳葉密封圈接近可減少翻邊、擠邊等現(xiàn)象，制作的專用手柄也解決了槳葉法蘭進(jìn)、出口邊密封圈安裝困難的問題；回裝槳葉時注意安裝位置，槳葉法蘭把合面與樞軸接觸面要有5—6cm的距離，保證槳葉進(jìn)、出水邊兩側(cè)密封壓板順利安裝，避免使用外力安裝槳葉進(jìn)、出水邊兩側(cè)密封壓板。壓板在回裝前表面涂抹少量潤滑脂，減少壓板安裝時與支撐環(huán)摩擦造成密封圈錯位、損傷的幾率；為使本次槳葉密封更換工作一次性成功，特制定槳葉密封圈更換檢修工藝及注意事項(xiàng)，并要求施工人員在整個施工過程中嚴(yán)格執(zhí)行。

5、槳葉密封第二次更換

首先將兩道“V型”及兩道“凹型”軟墊密封圈與槳葉密封內(nèi)側(cè)壓環(huán)進(jìn)行配裝，密封圈預(yù)裝合適后在密封壓環(huán)與第一道“V型”密封圈結(jié)合面上涂抹黃油進(jìn)行黏結(jié)。槳葉回裝前檢查樞軸表面與槳葉法蘭結(jié)合面平滑無高點(diǎn)、毛刺，槳葉回裝至密封圈安裝位置時將密封壓環(huán)與第一道“V型”密封圈用自制專用工具對稱慢慢推入，安裝到位后用手電筒檢查“V型”密封圈是否有錯位、翻邊現(xiàn)象，槳葉葉片進(jìn)出口根部無法觀察到的部位用塞尺進(jìn)行檢查，第一道“V型”密封圈回裝到位進(jìn)行三級驗(yàn)收合格后進(jìn)行第二道密封圈回裝，在第二道凹型密封圈與第一道密封結(jié)合部位涂抹黃油后對稱推入到位。第三道、第四道密封圈按以上步驟進(jìn)行，四道密封圈回裝到位后再次用手電筒檢查密封圈是否有錯位、翻邊現(xiàn)象，槳葉葉片進(jìn)出口根部無法觀察到的部位用塞尺進(jìn)行檢查。經(jīng)三級驗(yàn)收合格后回裝外側(cè)密封壓環(huán)。回裝槳葉密封壓板時把合密封壓板螺栓時要安排專人進(jìn)行，對稱把合壓板螺栓，把合力度要均勻；回裝槳葉，打緊槳葉把合螺栓后按照技術(shù)要求進(jìn)行了16小時槳葉動作試驗(yàn)、轉(zhuǎn)輪耐壓試驗(yàn)，全面檢查槳葉、轉(zhuǎn)輪各部均無滲漏油現(xiàn)象，試驗(yàn)合格。

6、總結(jié)

蘇只軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉密封漏油處理必須將轉(zhuǎn)輪整體吊出機(jī)坑，分解槳葉后方可進(jìn)行，更換過程比較復(fù)雜。對于軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)，轉(zhuǎn)輪是其重要的核心部件之一，而槳葉做為機(jī)組運(yùn)行工況的一套控制設(shè)備，其槳葉密封漏油直接影響調(diào)速器系統(tǒng)壓油裝置的頻繁啟動造成設(shè)備損傷，而且會造成水輪發(fā)電機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，更會造成對我們賴以生存的母親河的污染。因此槳葉密封漏油處理一次性成功與否會直接造成人力、物力的投入及檢修工期延誤等后果。通過本次對轉(zhuǎn)輪槳葉“V型”及“凹型”軟墊密封圈更換實(shí)踐，探討出此種特殊軟墊密封圈更換的控制工藝和步驟，保證了機(jī)組的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，也可供水電行業(yè)同類機(jī)組借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉片密封裝配圖、轉(zhuǎn)輪裝配圖。

[2]現(xiàn)場安裝作業(yè)指導(dǎo)書.東芝水電設(shè)備有限公司.2005）。