水輪機活塞式端面橡膠密封燒焦及甩水分析處理

趙發敏

（貴州蒙江流域開發有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 主軸密封結構及工作原理

該廠水輪機主軸密封結構：轉動環抱在轉動油盆下方主軸上，主軸密封座子裝在頂蓋處，其工作原理是：工作密封塊下腔通入壓力清潔水，使密封塊克服自身重量上浮起來。頂住固定在主軸上的轉環上。轉動環固定在主軸上，隨主軸一起轉動，密封塊安裝在活塞座里，密封塊中對稱布2 根定位銷；限制密封塊只能作上下運動，不能作環向運動和徑向運動。在密封塊上下端面之間均布 個 通流孔，見圖。當密封塊下腔無壓時，密封塊能靠自重落到底部，當活塞下腔通入壓力水后，密封塊在水壓作用下上升到頂端，使頂蓋與主軸之間的漏水水流受到阻礙，在頂起密封塊的同時，水流經通流孔到密封塊上端：當密封塊與轉環接觸后，接觸面之間就產生了流動水膜，只有一小部分水流漏出。同時這一定的漏水量也保證密封塊不受到干磨過熱而燒毀。

1.1 設備現狀及歷史事故總結

該廠1-3 號機主軸密封2009 年3 月15 日投運以來曾發生多次反復燒焦事故，之后又發生過幾次甩水過大事故。從運行和多次事故處理中得出：

1） 活塞式端面橡膠密封的下腔水壓應比頂蓋水壓大“0.02-0.05Mpa”左右，且實驗證明：正常運行水壓下，橡膠活塞上鉆6X￠5 孔最為理想。若孔太大就會造成橡膠活塞下腔與內腔水壓的壓差太小，起不到有效的密封作用，結果造成主軸密封甩水量過大，容易造成頂蓋水位上升至回轉油盆底，產生油盆打水，并濺入水導油盆；若孔太小又會造成橡膠活塞下腔與內腔水壓的壓差太大，產生向上的壓力大，使橡膠活塞過緊貼附在抗磨環上，橡膠活塞與抗磨板之間不能形成水膜，密封面兩側無水流出，無法冷卻和潤滑摩擦表面，造成密封燒焦。

2） 活塞與活塞槽內壁之間間隙應控制在0.05-0.10mm為宜，且通水壓試驗，活塞應均勻上升，而且除6 個潤滑水孔外，其它地方應基本無漏水。抗磨板、橡膠活塞密封端面上不能涂黃油等油脂。涂黃油等礦物油脂的危害為：黃油等礦物油脂阻礙水流形成良好的水膜，阻礙了水流向密封面兩側流出，積累了由于磨擦形成的熱量，易導致密封活塞燒焦。

由于機組正常運行時主軸密封潤滑水水壓相對恒定，當機組處于低負荷運行時，主軸密封進水壓力比頂蓋水壓力大得多，很容易造成密封燒焦。特別是當抗磨環與水封活塞都是新裝的時候，抗磨環與水封活塞貼合緊密，所以檢修后的首次試運行顯得尤為重要。第一次開機啟動時，必須設專人監視并調整主軸密封進水閥，模擬壓差裝置以確保主軸密封進水壓力比頂蓋水壓力大(0.02-0.05Mpa)，使主軸密封既可以止水，但又不會被燒焦。經過一定時間的磨合后，抗磨環與水封活塞將會配合得較好，才可將主軸密封水壓調為正常運行水壓。

1.2 事故發生的原因

首先，由于檢修單位（2009 年5 月29-6 月10 日對1 號機進行B 修） 更換主軸密封圈時，沒有在密封圈端面鉆潤滑水孔，開機試運行時將主軸密封供水閥關閉，但主軸密封供水示流信號器以調至全開位置，當時試運行時已聞到主軸密封處有膠臭味。安裝單位說新檢修的主軸密封運行一段時間會好的，待機組試運行約10 個小時后（一直有膠臭味） .由于沒有水，運行值班人員向地調申請停機，待6 月11 日18時25 分，大壩水位升致805（壩頂高程） 時，運行人員開機前檢查發現1 號機主軸密封供水閥處在全關位置，就將其打開（因檢修人員未作交代，此操作步驟正確），此時密封座內下腔的水壓力將水封活塞與抗磨環緊密結合，由于密封圈端面沒有鉆潤滑水孔，機組轉起來后，密封圈端面（水封活塞端面） 與抗磨環（轉動環） 發生干摩擦，導致主軸密封燒焦及冒煙。

2 處理過程

主軸密封分解檢查發現主軸密封水封活塞磨損嚴重，水封活塞端面沒有潤滑水孔，抗磨環沒有受到損壞，只有燒毀的密封膠粘附在抗磨環表面。因此首先對主軸密封活塞更換及清理粘附在抗磨環表面的密封膠，檢查抗磨板焊接是否牢固，接觸面打磨光滑，接口過渡平順。當預裝密封活塞時，遇到了很大的麻煩，備用的橡膠密封活塞的厚度比密封座內槽還要寬1mm，因活塞與活塞槽內壁之間間隙控制在0.05-0.10mm，于是就要將活塞厚度均勻地打磨掉0.90-0.95 mm 才符合安裝要求，密封活塞是條形，用電磨和游標卡尺來邊打磨、邊測量、邊預裝，當活塞裝入活塞槽內，感覺上下活動靈活，就取出橡膠活塞在其端面均勻鉆6X￠5 孔潤滑水孔。孔鉆好后，將活塞裝入密封槽內用水壓做試驗，發現活塞總是不能順利頂起，在以前，只要5-10 導的塞尺檢查合格，做試驗都是一次性成功，今天的問題出在那兒呢？，這可把我這個搞了10 多年水輪機檢修的老師傅給難倒了，于是再做一次試驗，我仔細觀察，發現活塞放在槽內時，活塞的外側總是與活塞槽的內壁外側緊貼著，原來活塞是條形的，將其放入槽內時已彎成了圓形，當沒有把接口粘接時，它有一個向外張的力，如果用正常水壓是難以頂起來的。把接口用502 粘接好后通水一試，果然輕松地頂起來了。以前用的活塞都做成了圓形，雖然接口沒有用東西給其粘接，但它已成形沒有了向外張的力，今后要是遇到條形活塞密封時，預裝完畢要將其粘接好后在做試驗。

1） 主軸密封座子的安裝：裝主軸密封座子前放好止水盤根、空氣圍帶，按拆前所做的記號回裝，并把螺絲上緊，然后用塞尺檢查空氣圍帶與法蘭保護罩的間隙（間隙要求1-1.5 mm 為宜）。并給圍帶充氣檢查，用塞尺檢查其密封性(5導塞尺通不過)。

2） 主軸密封活塞安裝：根據主軸密封活塞固定銷的尺寸（不能超過座子槽口，銷子并固定牢固） 來鉆配活塞上的銷孔，銷孔直徑最多比銷子大50 導，活塞高度不超過座子槽口，一般轉動環與密封座子平面的間隙3-5mm；

3） 轉動環的安裝：轉動環裝好后，要用小錘敲擊檢查是否安裝牢固，用塞尺檢查密封座子與轉動環間隙是否均勻。

4） 主軸密封活塞體安裝后，投入壓力水，檢查管道和主軸活塞體各處不發生漏水現象，且主軸密封漏水量適宜，并用塞尺檢查活塞端面與轉動環的密封是否完好。

5） 檢修后開機啟動試運行：設專人監視并調整主軸密封進水閥，人工模擬壓差裝置以確保主軸密封進水壓力比頂蓋水壓力大0.02-0.05Mpa，為密封環、新橡膠活塞創造最佳運行磨合條件，防止橡膠活塞因壓差過大燒損，橡膠活塞首次運行磨合的好壞，直接影響密封的止水效果。經過以上逐一分析排查，并針對各現象進行逐一處理，還有經過人工模擬差壓裝置運行條件下的磨合運行，主軸密封燒焦及漏水狀況得到明顯改善，各項指標也符合要求。

3 結語

綜上所述和實踐證明，造成活塞式端面橡膠密封燒焦或甩水過大的因素有：

1） 橡膠活塞上的潤滑水孔及導向銷孔的尺寸是否合適，能否使橡膠活塞上腔與內腔形成適量的壓差；

2） 潤滑水是否清潔，抗磨板和橡膠活塞密封面上不能涂黃油等礦物油脂；

3） 橡膠活塞與主軸密封座子槽內內壁之間間隙是否能保證活塞自由運動；

4） 抗磨環、橡膠活塞磨損程度如何，抗磨環工作面是否光滑，有無變形；

另外，首次試運行的人工模擬壓差裝置工作條件下的磨合運行也非常重要，這些經驗和做法可供同類密封結構燒損事故、甩水過大事故或缺陷處理參考。