紅石電站主軸密封改造方案論證

郭宏亮 宋成宇

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

紅石電站主軸密封改造方案論證

郭宏亮 宋成宇

（哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

紅石電站為定漿軸流式機組，其主軸密封原先為老式的雙平板形式密封，經過多年的運行已經難以磨損老化嚴重，漏水量較大。所以要改造更換為現在通常采用的徑向密封結構形式。徑向密封雖然也有一定的漏水量，卻是以可控的技術供水來壓制被密封的流道內的水，該結構形式比較簡單，占用空間小，且耐磨損性能高。本文主要針對這個改造項目進行方案的設計論證，對比兩種密封形式的優劣對比。結合圖示介紹了徑向密封的主要結構形式、工作原理、改造的范圍以及對舊有設備（軸襯）的改造說明。介紹了幾個重要部件的結構和材料。最后列舉了徑向式密封的一些應用實例。

雙平板；徑向密封；軸襯；彈簧；L型密封；密封塊

0.引言

吉林紅石水電廠建于20世紀80年代，電站裝有4臺51MW水輪發電機組，主軸密封均采用雙平板式密封形式，如圖1所示。目前，經過20多年的投產、運行，密封裝置各部件配合尺寸出現較大變化，主軸密封檢修后亦無法達到相應配合要求，造成主軸密封漏水量增加，頂蓋水位超標，嚴重威脅到機組的安全運行。

基于目前主軸密封的運行情況，有必要進行主軸密封的改造換型可行性研究，以期減小主軸密封漏水量，增強主軸密封運行穩定性，保障機組的安全運行。

一、改造方案

1.結構示意

目前，國內水輪機主軸密封改造，主要針對機組運行一二十年以上的，橡膠平板密封、活塞水壓端面密封等密封形式，上述密封的特點是密封穩定性差，漏水量受尾水位波動的影響較大，尤其運行數年后，漏水量大、穩定性差的問題很難解決。根據機組布置結構、尾水位變化情況、廠房清潔水壓力條件，以及業主對機組穩定運行、檢修、維護的考慮，推薦采用徑向密封+L型密封組合形式。徑向密封結構示意圖，如圖2所示。

2.工作原理

主軸密封由主密封（兩層徑向塊密封）及輔助密封（一層L型密封）組成。裝配主要由密封座、密封支架I、密封支架II、密封支架III、密封塊、軸襯、水箱、彈簧、供水管路等部分組成，工作密封副為密封塊和軸襯，其中密封塊采用高分子材料，此材料具有良好抗磨性、使用壽命長等特點。抗磨軸襯材料采用不銹鋼板0Cr13Ni5Mo，此材料抗磨損和抗空化性能很好等特點，這兩種材料現在被廣泛應用徑向自平衡水壓密封工作密封副上。主軸密封在運行時需采用清潔水潤滑，潤滑水的壓力高于被密封水腔的壓力，所以被密封的水泄漏很小，漏出的水大部分為密封潤滑水，密封塊位于各個密封支架之間，通過彈簧形成整體，通過水壓和彈簧的徑向力的聯合作用，密封塊貼緊在軸襯上，機組在正常運行時，密封塊與軸襯之間通過供給壓力清潔水建立起水膜，水膜起密封和潤滑作用，減少密封塊的磨損。當密封塊的密封表面被磨損時，密封塊可以在水壓和彈簧的作用力下徑向移動，這樣密封具有了自補償能力。

圖1　紅石電站雙平板密封

圖2　徑向密封

為減小密封漏水量，在主密封上部還設有一層L型密封，在主密封漏水水壓的作用下，L型密封產生變形貼近主軸軸襯，在L型密封與主軸軸襯間形成水膜，起到潤滑及密封作用。

哈爾濱電機廠擁有自主計算軟件，對徑向密封的運行性能進行定量分析。

3.改造的范圍

原機組密封零件均需更換，包括原主軸軸襯、底座及與底座的連接螺栓、主軸密封主體零件等。

4.新舊部件接口的處理

底座與原導流錐連接的螺孔可使用原有的M30螺孔，底座與導流錐之間設置橡膠石棉墊，為保證安裝的可靠性，新底座與原導流錐的把合螺栓分布位置可按原機組配置。軸襯與主軸采用過渡配合，利用軸身上原有的Φ960/Φ955臺階軸向定位。軸襯采用分瓣結構，與主軸裝配后，分半面焊接封水焊縫。具體結構可根據電站的具體施工條件進行合理改動。

5.各部件的材料（表1）

表1　

6.性能分析結果（表2）

檢修密封氣源壓力：0.7MPa

清潔潤滑水源壓力：最高壓力0.3MPa，運行實際壓力在0～0.3MPa之間調節。

表2　

清潔潤滑水流量：計算值需要190 L/min，實際需要考慮余量。

漏水量：計算值最大漏水量94.28 L/min。該計算過程沒有考慮L型密封的作用，所以實際漏水量會更小。

7.應用實例

該形式密封的應用實例（表3）：

表3　

結論

主軸密封改造方案滿足紅石電廠水輪機現有的結構布置，對導水機構無改動，主軸密封改造后，結構會更加緊湊，運行更加可靠，漏水量小。該改造方案幾乎不需外加設備或系統，滿足電廠現有條件的可實現性，完全滿足此次改造的需要。

[1]游光華.天荒坪抽水蓄能電站主軸密封改造[J].水電站機電技術，2005，28（2）：38-41.

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