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(jī)廠有限責(zé)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(jī)廠有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150040）

紅石電站為定漿軸流式機(jī)組，其主軸密封原先為老式的雙平板形式密封，經(jīng)過多年的運(yùn)行已經(jīng)難以磨損老化嚴(yán)重，漏水量較大。所以要改造更換為現(xiàn)在通常采用的徑向密封結(jié)構(gòu)形式。徑向密封雖然也有一定的漏水量，卻是以可控的技術(shù)供水來壓制被密封的流道內(nèi)的水，該結(jié)構(gòu)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(gè)改造項(xiàng)目進(jìn)行方案的設(shè)計(jì)論證，對比兩種密封形式的優(yōu)劣對比。結(jié)合圖示介紹了徑向密封的主要結(jié)構(gòu)形式、工作原理、改造的范圍以及對舊有設(shè)備（軸襯）的改造說明。介紹了幾個(gè)重要部件的結(jié)構(gòu)和材料。最后列舉了徑向式密封的一些應(yīng)用實(shí)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(jì)80年代，電站裝有4臺(tái)51MW水輪發(fā)電機(jī)組，主軸密封均采用雙平板式密封形式，如圖1所示。目前，經(jīng)過20多年的投產(chǎn)、運(yùn)行，密封裝置各部件配合尺寸出現(xiàn)較大變化，主軸密封檢修后亦無法達(dá)到相應(yīng)配合要求，造成主軸密封漏水量增加，頂蓋水位超標(biāo)，嚴(yán)重威脅到機(jī)組的安全運(yùn)行。

基于目前主軸密封的運(yùn)行情況，有必要進(jìn)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(qiáng)主軸密封運(yùn)行穩(wěn)定性，保障機(jī)組的安全運(yùn)行。

一、改造方案

1.結(jié)構(gòu)示意

目前，國內(nèi)水輪機(jī)主軸密封改造，主要針對機(jī)組運(yùn)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(diǎn)是密封穩(wěn)定性差，漏水量受尾水位波動(dòng)的影響較大，尤其運(yùn)行數(shù)年后，漏水量大、穩(wěn)定性差的問題很難解決。根據(jù)機(jī)組布置結(jié)構(gòu)、尾水位變化情況、廠房清潔水壓力條件，以及業(yè)主對機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行、檢修、維護(hù)的考慮，推薦采用徑向密封+L型密封組合形式。徑向密封結(jié)構(gòu)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(diǎn)。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(diǎn)，這兩種材料現(xiàn)在被廣泛應(yīng)用徑向自平衡水壓密封工作密封副上。主軸密封在運(yùn)行時(shí)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(gè)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(lián)合作用，密封塊貼緊在軸襯上，機(jī)組在正常運(yùn)行時(shí)，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(dāng)密封塊的密封表面被磨損時(shí)，密封塊可以在水壓和彈簧的作用力下徑向移動(dòng)，這樣密封具有了自補(bǔ)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(shè)有一層L型密封，在主密封漏水水壓的作用下，L型密封產(chǎn)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(jī)廠擁有自主計(jì)算軟件，對徑向密封的運(yùn)行性能進(jìn)行定量分析。

3.改造的范圍

原機(jī)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(dǎo)流錐連接的螺孔可使用原有的M30螺孔，底座與導(dǎo)流錐之間設(shè)置橡膠石棉墊，為保證安裝的可靠性，新底座與原導(dǎo)流錐的把合螺栓分布位置可按原機(jī)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(tái)階軸向定位。軸襯采用分瓣結(jié)構(gòu)，與主軸裝配后，分半面焊接封水焊縫。具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)電站的具體施工條件進(jìn)行合理改動(dòng)。

5.各部件的材料（表1）

表1　

6.性能分析結(jié)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(yùn)行實(shí)際壓力在0～0.3MPa之間調(diào)節(jié)。

表2　

清潔潤滑水流量：計(jì)算值需要190 L/min，實(shí)際需要考慮余量。

漏水量：計(jì)算值最大漏水量94.28 L/min。該計(jì)算過程沒有考慮L型密封的作用，所以實(shí)際漏水量會(huì)更小。

7.應(yīng)用實(shí)例

該形式密封的應(yīng)用實(shí)例（表3）：

表3　

結(jié)論

主軸密封改造方案滿足紅石電廠水輪機(jī)現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)布置，對導(dǎo)水機(jī)構(gòu)無改動(dòng)，主軸密封改造后，結(jié)構(gòu)會(huì)更加緊湊，運(yùn)行更加可靠，漏水量小。該改造方案幾乎不需外加設(shè)備或系統(tǒng)，滿足電廠現(xiàn)有條件的可實(shí)現(xiàn)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(jī)電技術(shù)，2005，28（2）：38-41.

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