水泵水輪機導葉軸套漏水的分析與改進方法

陳 前，石 飛

（華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江 杭州310006）

1 引言

抽水蓄能電站在電網中承擔調峰調頻作用，機組啟停頻繁，在機組常年運行過程中，過流部件與外側的頂蓋等部件之間容易出現漏水現象，導致排水泵頻繁啟停，影響設備健康水平。本文以某抽水蓄能電站水泵水輪機導葉中軸套出現的不同程度漏水現象，分析導葉中軸套機械機構及其漏水原因，并舉出處理與改進的方法，對水電站導葉軸套漏水現象的處理具有一定的借鑒意義。

2 現象描述

2018年期間某抽水蓄能電站4號機組頂蓋出現積水現象，頂蓋排水泵啟停頻繁，電站運維人員現場檢查發現4號機組12號導葉中軸套漏水，漏水量約0.5 m3/h。

3 原因分析

導葉軸套共分為3個部分：導葉軸承上部軸套、導葉軸承中部軸套、導葉軸承下部軸套。每一部分的軸承都有相對應的軸套、抗磨板及密封圈。導葉上部軸承連接著導葉控制環的拐臂，與水流部分不接觸，所以導葉上軸套不存在漏水現象。導葉中部軸承位于活動導葉上方，導葉中軸套起到固定軸承、密封防水以及轉動抗磨的作用，所以常年運行后易出現漏水現象。導葉下部軸承將活動導葉固定于底環上，導葉下軸套與底環接觸，因為位于過流部件下方，所以也會出現漏水現象。如圖1分別為導葉上、中、下軸承及其軸套，因為其機械結構相似，本文將以出現漏水現象的導葉中軸套為例，分析具體的機械機構、出現漏水的可能原因以及處理改進的方法。

3.1 導葉中軸套機械機構圖紙

圖2為導葉中部軸承及其軸套、抗磨板及密封圈的機械結構圖。

圖2 導葉中軸套機械結構圖紙

（1）導葉中部軸承下端直接連接著活動導葉，軸承直徑0.28 m，活動導葉共20片。在軸承外側裝有抗磨板，用以承擔開關導葉時軸承轉動的摩擦。抗磨板外側用錐型抗磨內套壓緊，錐形內套外側上下各有2個密封圈，上下密封圈截面圓形直徑均為2.5 mm，材質為橡膠材質，再外側則是導葉中軸外套。

（2）中軸承外套下部內側裝有彈性Y型密封，Y型彈性密封圈內側直徑0.28 m，外側直徑0.315 m，材質為橡膠。中軸承外套外側上下各裝有兩個密封圈，截面圓形直徑均為8 mm，材質為橡膠。

（3）導葉中軸內套上端通過定位銷與軸承壓蓋連接，定位銷直徑30 mm，一周共計12個，內套與外套上端均由導葉中軸承壓蓋通過螺栓（共計8個）壓緊。導葉軸套的內套與外套材質均為銅質。

3.2 導葉中軸套漏水的可能原因

水泵水輪機轉輪室內壓力高達0.6～0.7 MPa，水流在高壓的作用下沿著縫隙往外滲漏，可能原因如下（見圖 3）：

圖3 可能原因

（1）可能原因1：彈性Y型密封與導葉中軸承錐形抗磨內套外側上下端密封圈損壞，水流在高壓下通過彈性Y型密封沿著導葉中軸承內外套之間的縫隙向上，經過導葉中軸承錐形抗磨內套外側上下端密封，沿著導葉中部軸承壓蓋與導葉軸承內外套之間的間隙、導葉中部軸承壓蓋與導葉軸承之間的縫隙向上漏水，漏至頂蓋上；

（2）可能原因2：導葉中軸外套外側上下密封圈損壞，水流沿著導葉中軸外套外側縫隙經過導葉中軸外套外側上下密封圈向上漏水，沿著導葉中部軸承壓蓋與導葉軸承內外套之間的間隙、導葉中部軸承壓蓋與導葉軸承之間的縫隙往外漏水，漏至頂蓋上；

（3）可能原因3：導葉中軸承壓蓋的壓緊螺栓螺紋磨損較大，高壓下水流沿著螺栓螺紋間的縫隙向上漏，流至頂蓋上；

（4）可能原因4：在Y型彈性密封圈損壞的基礎上，導葉軸承與抗磨板之間或者導葉中軸承內外軸套之間金屬部件磨損、氣蝕較為嚴重導致縫隙變大，水流沿著縫隙向上漏水。

4 處理及改進方法

（1）維護人員在機組檢修期間取下壓緊螺栓，發現壓緊螺栓螺紋磨損情況正常，螺紋槽內無明顯損壞痕跡，無滲漏水痕跡，排除可能原因3。

（2）維護人員繼續取下軸承壓蓋，用千斤頂頂出導葉中軸承外軸套，發現彈性Y型密封圈損壞有斷口，且老化破損較為嚴重，同時導葉中軸承內外軸套之間上下密封圈老化破損，即為可能原因1。

（3）維護人員在拆卸過程中同時發現相關金屬部件的接觸面有磨損、氣蝕現象，為確保機組修后可用性，使4號機組修后頂蓋不再積水，將彈性Y型密封圈、導葉中軸承錐形抗磨內套外側上下端密封圈、導葉中軸外套外側上下密封圈共計5個密封圈全部更換。同時將金屬部件的接觸面加以打磨，使出現氣蝕、磨損的部位更加光滑，減小接觸面的縫隙，以防止水流漏出。

（4）機組檢修結束后回裝時為保證密封性，錐形抗磨內套安裝時多次加壓以確保安裝到位，水流不會從錐形抗磨內套底部流出。4號機組充水后發現機組導葉中軸套漏水情況大為改善，不存在漏水現象，處理方法證明成功有效。

（5）改進方法：綜上所述，可以看出導葉中軸套的5個密封圈小且薄，在機組常年運行轉動過程中，密封圈易損壞，建議：

1）可以定期檢查更換導葉軸套密封圈，同時在機組檢修期間對軸套的金屬接觸面進行打磨，減少氣蝕、磨損導致的漏水現象；

2）該電站每臺機組的頂蓋排水泵只有1臺，可以考慮增設1臺頂蓋排水泵，與原有的頂蓋排水泵對稱抽水，減少頂蓋積水；

3）針對該電站的導葉中軸套的機械結構，可以考慮在導葉中部軸承壓蓋與導葉中軸內套之間的間隙加裝密封圈，用以攔住往上漏的水流，或者在導葉中部軸承壓蓋與導葉軸承之間的縫隙加裝彈性密封圈，用以攔住漏往頂蓋的水流。

5 結束語

該抽水蓄能電站水泵水輪機導葉中軸套漏水現象出現后，運維人員對導葉中軸套進行了拆除檢查，更換了橡膠密封圈，處理效果較為明顯，不存在漏水現象。針對該電站的導葉中軸套機械結構，除了定期檢查更換導葉軸套密封圈，打磨磨損、氣蝕的金屬部件接觸面外，本文提出以下處理與改進措施：考慮增設1臺頂蓋排水泵，避免頂蓋排水泵啟停頻繁；在導葉中部軸承壓蓋與導葉中軸內套之間的間隙加裝密封圈，用以攔住往上漏的水流，或者在導葉中部軸承壓蓋與導葉軸承之間的縫隙加裝彈性密封圈，用以攔住漏往頂蓋的水流。通過以上改進與處理方法，導葉軸套漏水現象大為改善，確保了設備的穩定健康運行。