水電站機組主軸密封裝置運行磨損問題及對策

韋家鵬

摘要：磨損問題是水電站機組主軸密封裝置的常見問題，會對設(shè)備造成損害。本文從密封裝置的設(shè)計、安全以及運行等方面進行分析，探討磨損形成的原因以及造成的損害，并且對該磨損問題提出了相應(yīng)的對策。

關(guān)鍵詞：水電站;主軸密封;運行磨損

引言

水電站是我國重要的電站模式，在水電站運行過程中，存在著主軸密封不穩(wěn)定、運行磨損較大的問題。主軸密封裝置是水電站機組的核心保護裝置，其穩(wěn)定性對整個水電站運行造成影響。但是在運行過程中，容易發(fā)生水淹軸承等問題。選擇合適的主軸密封裝置，能夠保障水輪機的穩(wěn)定運行。從主軸密封裝置的運行情況來看，運行磨損是其運行過程中的常見問題，影響使用安全和使用壽命。因此需要針對主軸密封裝置的運行磨損進行分析，提出解決措施，以確保水電站機組安全。

1 主軸密封裝置分析

1.1 主軸密封裝置的工作過程

在水電站機組的工作過程中，水流順著固定部件以及主軸轉(zhuǎn)動部件進入燈泡機艙內(nèi)，然后深入到達水導(dǎo)軸承。在運行的過程中，為了防止水流進入機艙內(nèi)部，需要合理設(shè)置主軸密封裝置。從水輪發(fā)電機機組的運行情況來看，可以將主軸密封裝置分為停機態(tài)密封和運行狀態(tài)密封兩種密封狀態(tài)。

1.2 主軸密封裝置的結(jié)構(gòu)

水電站機組的主軸密封裝置結(jié)構(gòu)主要是由密封環(huán)、密封環(huán)支架、密封座、滑環(huán)、壓緊彈簧等結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。在水電站機組的運行過程中，主軸密封裝置能夠起到有效的密封作用。主軸密封裝置的密封環(huán)為纖維橡膠，由螺栓固定于支架上;滑環(huán)為不銹鋼材料，在滑環(huán)的密封面上噴涂上一層陶瓷，能夠起到抗磨損的所用。在工作狀態(tài)下，水源連續(xù)供水，彈簧能夠?qū)⒚芊饷鎵壕o密封，從而起到密封的作用。密封裝置的供水設(shè)備不僅能夠持續(xù)供水，避免主軸密封干磨損，還可以起到冷卻和潤滑的作用。在水電站機組的運行狀態(tài)情況下，由主軸密封裝置灌入壓縮空氣進入圍帶，圍帶橡皮膨脹，有效的填充于主軸密封裝置中的密封環(huán)支架和滑環(huán)之間。在啟動密封之后，排出圍帶內(nèi)空氣，起到密封效果。

1.3 水電站機組主軸密封運行分析

本文所研究的水電站所處的地區(qū)河砂情況相對嚴(yán)重，因此存在著水電站密封組件容易磨損，影響密封裝置的密封性能等問題。為了減少運行磨損，水電機組在密封裝置進口處設(shè)置迷宮環(huán)分半結(jié)構(gòu)的賽斯德爾密封圈。密封圈與主軸法蘭面的移動支架相連接，能夠有效地阻止泥沙進入，從而改善運行情況。將主軸裝置的密封固定部分把合在導(dǎo)流錐體上，并且組成完整的密封體系，能夠形成反壓，以阻止外界河水中的泥沙進入密封裝置內(nèi)。如果在運行過程中，密封裝置的橡膠平板發(fā)生磨損，可以調(diào)節(jié)螺釘以控制器松緊度，從而確保控制器密封作用。

2 主軸密封裝置運行檢修情況分析

本文所研究的水電站機組，在開機運行半年內(nèi)，就出現(xiàn)兩個機組主軸密封裝置密封不緊密，漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。為了改善漏水情況，在主軸裝設(shè)特質(zhì)橡膠圈，情況有所好轉(zhuǎn)。但是在2個月后，又再次出現(xiàn)漏水的問題，導(dǎo)致停機檢修。

對機組的漏水情況進行分析，發(fā)現(xiàn)下面問題：（1）主軸密封裝置的橡膠平板磨損嚴(yán)重，從主軸密封裝置的橡膠平板和抗磨環(huán)來看，橡膠平板的磨損十分嚴(yán)重，基本上達不到密封的效果，而且其工作的部位基本已經(jīng)全部磨損;（2）密封裝置的抗泥沙密封圈和轉(zhuǎn)動支架接觸部位磨損，從接觸部位來看，出現(xiàn)了嚴(yán)重磨損后的溝槽，泥沙對接觸部位的磨損十分嚴(yán)重，造成抗泥沙密封圈的磨損變形。

3 主軸密封裝置磨損原因分析

結(jié)合主軸密封裝置的結(jié)構(gòu)以及磨損情況，通常主軸密封裝置的磨損會分為多種情況。如果是金屬部件引發(fā)的磨損，會導(dǎo)致冒煙、發(fā)熱等情況，但是在實際運行過程中，主要是密封材料磨損，金屬部件不易損壞。結(jié)合主軸密封裝置的運行情況和特點，分析其磨損的原因如下。

3.1 泥沙入侵

對機組主軸密封部件的磨損痕跡以及運行監(jiān)控來看，機組內(nèi)部并沒有發(fā)生金屬部件的磨損，也沒有出現(xiàn)供水不足引發(fā)的干磨等情況。對磨損的情況來看，沒有金屬磨損的痕跡，磨損部位也沒有出現(xiàn)發(fā)熱冒煙等情況，因此可知主要發(fā)生干性摩擦，而不是金屬部件磨損。對發(fā)電機組進行檢查，發(fā)現(xiàn)主軸密封下面有大量的泥沙，可知主要是由于泥沙入侵密封部件，從而造成了密封部件的磨損。

結(jié)合主軸密封部件磨損和泥沙的情況可知，引發(fā)泥沙入侵的情況主要有下面幾種：（1）主軸密封腔水室內(nèi)沒有形成清潔密封水壓，而且主軸密封供水單元的過濾功能不全，在控制單元總管上只有一個壓力表，沒有其他的壓力監(jiān)測點，導(dǎo)致運行過程沒有形成有效的密封水壓，在外界泥沙等作用下，供水管道將會發(fā)生堵塞，從而導(dǎo)致主軸密封潤滑水壓過低，引發(fā)泥沙磨損，尤其在水電站所處的汛期，泥沙磨損會更加嚴(yán)重;（2）機組啟動與監(jiān)控系統(tǒng)存在缺陷，在停機檢修過程中，對機組的啟動和運行情況進行分析，研究顯示在開機過程中，需要經(jīng)過10s之后才能開啟主軸密封供水;而在停機過程中，主軸密封供水停止后2min才能關(guān)閉空氣圍帶密封;導(dǎo)致每次在開停機的過程中，清潔密封水中斷，含有泥沙的河水在靜壓力的作用下進入密封系統(tǒng)，長期積累引發(fā)密封系統(tǒng)的密封磨損。

從主軸密封裝置的磨損來看，機組運行時，帶有大量泥沙的流道水進入體系內(nèi)。河道水在輪轉(zhuǎn)體的間隙中通過，泥沙進入纖維編織盤根，并且與轉(zhuǎn)動支架形成磨損。當(dāng)密封系統(tǒng)內(nèi)的清潔水壓過低，達不到預(yù)定值時，將會導(dǎo)致泥沙侵入轉(zhuǎn)動支架接觸面，逐漸對密封系統(tǒng)其他部件造成污染。長此以往，將會形成惡性循環(huán)，泥沙對平板橡膠和抗磨環(huán)形成磨損，最終造成嚴(yán)重的磨損情況，影響其密封效果。

3.2 設(shè)計安裝不合理

本文所研究的水電站機組的主軸密封是針對泥沙較多的地區(qū)推出的結(jié)構(gòu)，密封工作面有所增強，但是沒有聯(lián)軸螺栓保護罩。在運行的過程中，由于轉(zhuǎn)動支架懸空，影響了法蘭面的結(jié)構(gòu)強度，并且出現(xiàn)主軸和轉(zhuǎn)動支架安裝不同心、轉(zhuǎn)動支架與固定支架安裝不同心的情況。在轉(zhuǎn)動過程中，支架擺度過大，導(dǎo)致機組螺栓受力超出限度，影響了整體的密封效果。

在對漏水的機組進行檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動支架把合螺栓受力超出限制，其變形嚴(yán)重。由于把合螺栓部分?jǐn)嗔眩瑥亩斐煞ㄌm面松脫，嚴(yán)重影響主軸密封的密封功能，引發(fā)大量漏水。究其原因，在于主軸密封的設(shè)計與安裝不合理，出現(xiàn)疲勞損傷而造成部件斷裂，引發(fā)漏水。

3.3 運行情況

在主軸密封裝置運行過程中，由于人員調(diào)整失誤，導(dǎo)致供水系統(tǒng)異常，引發(fā)供水不足。在長期運行過程中，由于機組振動和擺度超標(biāo)，導(dǎo)致擺動幅度過大，最終引發(fā)密封裝置受損。

4 主軸密封裝置運行磨損對策

針對主軸密封裝置的運行磨損，采取以下方式解決相應(yīng)的問題，確保密封裝置穩(wěn)定運行。

4.1 優(yōu)化密封裝置

針對當(dāng)前的密封裝置，更換為耐磨性更強、壽命更長的材質(zhì)。首先，為了減輕密封圈對轉(zhuǎn)動支架的磨損，選擇GFO纖維編織盤根進行密封;其次，為了避免轉(zhuǎn)動支架結(jié)構(gòu)受力變形，在轉(zhuǎn)動支架內(nèi)側(cè)增加法蘭面，從而提升其強度，優(yōu)化法蘭面和移動支架;更換并且安裝新的密封材料，做好安裝質(zhì)量管理，確保裝配效果。

4.2 優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)

為了更好地控制泥沙進入密封系統(tǒng)，對監(jiān)控系統(tǒng)的啟動和停機步驟進行優(yōu)化。為了避免啟動存在的低壓情況，選擇先開啟主軸密封供水，然后開啟空氣圍帶密封，從而避免發(fā)生密封供水水壓過低的情況。同時在主軸密封供水管路增加控制調(diào)節(jié)閥，對密封腔內(nèi)的水壓進行精準(zhǔn)調(diào)控。

4.3 加強日常檢修維護

針對機組的主軸密封情況，需要加強日常檢修與維護管理。定期開展檢修管理，對主軸密封功能進行檢查，并且對螺栓、彈簧等部件進行合理調(diào)整。運行過程中，嚴(yán)格控制主軸密封漏水量，選擇管道排放泄漏量。如果漏水量過大，需要加強管理。

4.4 改造后效果分析

僅供優(yōu)化處理后的機組，主軸密封運行情況良好。在其他機組也發(fā)生漏水情況之后，開展停機檢修。結(jié)果顯示主要是裝置設(shè)計與安裝不合理、泥沙磨損等情況。通過優(yōu)化設(shè)計、更換磨損部件、優(yōu)化管理方式，最終機組恢復(fù)正常，漏水情況得到改善。半年后機組依然穩(wěn)定運行，密封裝置運行良好，取得了較好的經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

主軸機組密封裝置是水電站的重要設(shè)備，對于內(nèi)部運行具有重要的意義。針對密封裝置磨損的問題，需要通過系統(tǒng)性的問題分析，劃分風(fēng)險因素，并且結(jié)合以往的經(jīng)驗和實際情況，采取有效的方式進行控制。同時要加強教育培訓(xùn)，形成全員質(zhì)量管理的氛圍，及時處理相關(guān)的問題。通過優(yōu)化設(shè)備設(shè)計、優(yōu)化安全流程與管理流程，以降低磨損風(fēng)險，避免同類問題發(fā)生。

參考文獻：

[1]馬錦彪，馬玉杰 .潘家口電廠水導(dǎo)軸承進水原因分析及處理[J].水電站機電技術(shù)，2018，41（10）：64-66.

[2]馬朵，張軍智，張延鋒 .國內(nèi)中高水頭電站機組技術(shù)供水方式選擇[J].大電機技術(shù)，2019，00（05）：53-56，63.

[3]唐錄山 .黃河河口水電站機組主軸密封裝置運行磨損問題探討[J].水電站機電技術(shù)，2017，40（01）：12-14，31.