LHK 水電站主軸密封壓力異常原因淺析

張友飛，李應(yīng)兵

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

LHK 水電站安裝6 臺額定功率為500 MW 的立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)作為水電站中動能來源的核心部件，其安全運(yùn)行至關(guān)重要。LHK水電站的導(dǎo)水機(jī)構(gòu)主要由底環(huán)、活動導(dǎo)葉、頂蓋、轉(zhuǎn)輪、筒閥等組成，其中底環(huán)、頂蓋、筒閥是分兩瓣運(yùn)至現(xiàn)場組裝成整體，頂蓋和筒閥組裝好后套裝成整體，通過筒閥接力器和筒閥手動鎖定螺桿連成整體吊入機(jī)坑安裝。由于頂蓋是隔絕水流進(jìn)入機(jī)坑的關(guān)鍵部件，其加工組裝質(zhì)量非常關(guān)鍵，接下來將就LHK 水電站首批機(jī)組充水調(diào)試過程中頂蓋和主軸密封出現(xiàn)的問題作一些簡單的分析總結(jié)，從而為后續(xù)機(jī)組及以后安裝提供有用信息。

2 滲漏水分析

在首批機(jī)組中，5 號機(jī)首次開機(jī)調(diào)試過程中出現(xiàn)兩個問題，一個是主軸密封供水管上壓力升高和流量降低的問題；另一個是工作密封前后壓力異常，于是在停機(jī)后進(jìn)行檢查。另外在接下來的3 號機(jī)組充水過程中，首先進(jìn)行的是尾水段平壓，平壓后對整個水輪機(jī)機(jī)坑進(jìn)行了檢查，并無異常的滲漏情況，接著進(jìn)行了技術(shù)供水系統(tǒng)、筒閥、調(diào)速器調(diào)試，完成后關(guān)閉筒閥、導(dǎo)葉做好保護(hù)措施后進(jìn)行引水充水，在第一階段充水（50 m 水頭）后對機(jī)坑全面檢查并無滲漏，后續(xù)在進(jìn)行100 m 水頭充水結(jié)束后檢查機(jī)坑內(nèi)發(fā)現(xiàn)在+X 方向的頂蓋組合縫處滲水。

對于第一個問題初步懷疑異物在主軸密封供水管內(nèi)堵塞，現(xiàn)場有針對性的對進(jìn)入工作密封的8 根DN15 潤滑冷卻水管檢查并無異物，重新打開主軸密封水源壓力和流量均正常，于是排除了管內(nèi)有異物堵塞。隨即排查工作密封的潤滑水孔堵塞引起原因，對于這一點(diǎn)需要拆開主軸密封進(jìn)行檢查。

針對第二個問題首先分析工作密封前后壓力表分別測量的位置，如圖1 中，P1 為工作密封后水壓力，P2 為工作密封前水壓力。由于P1 與P2 所測為不同的兩個系統(tǒng)壓力，P1 為工作密封潤滑水槽內(nèi)水壓力，P2 為尾水側(cè)壓力，P1 應(yīng)大于P2，才可保證在開機(jī)過程中工作密封水封住P2 側(cè)水，保證機(jī)組安全運(yùn)行。但首次開機(jī)時(shí)出現(xiàn)P1 與P2 慢慢增大至基本P1 等于P2，如表1，且基本等于進(jìn)水總管上的供水壓力，同時(shí)流量慢慢減小到設(shè)計(jì)的最低流量8 m3/h 以下。由于開機(jī)前調(diào)試時(shí)未出現(xiàn)該異常情況，如表2，初步懷疑是由于在水機(jī)軸與頂蓋2 mm 間隙處有異物阻塞引起。因此停機(jī)后做好保護(hù)措施著手拆開主軸密封檢查，在拆前關(guān)閉了導(dǎo)葉和筒閥做好防誤操作措施，把尾水段的水排空，保留了蝸殼內(nèi)水未排。

表1 5 號機(jī)開機(jī)過程中工作密封水壓力流量（處理前）

表2 5 號機(jī)首次開機(jī)前工作密封水壓力流量

圖1 工作密封前后壓力測點(diǎn)示意

由于在調(diào)試階段工期緊、工作任務(wù)重，且在頂蓋內(nèi)部空間有限，在這個階段拆主軸密封的工作不便于單獨(dú)解體拆，現(xiàn)場經(jīng)研究后確定整體提起300 mm高左右檢查。如圖2 中分別在頂蓋和密封箱上焊接吊耳用手拉葫蘆提起檢查。拆開后發(fā)現(xiàn)：①密封箱內(nèi)有大量脫落的油漆皮，且在水輪機(jī)軸與頂蓋之間2 mm 間隙內(nèi)也有；②同時(shí)也發(fā)現(xiàn)檢修密封圍帶有輕微磨損；③工作密封塊潤滑水供水孔均無堵塞；④在頂蓋兩條組合縫密封槽處均有約直徑Φ8 的水流出，高度大約在100~200 mm 左右。

圖2 主軸密封整體提起示意圖

根據(jù)拆開來看脫落的油漆皮絕大部分來源于水輪機(jī)軸與轉(zhuǎn)輪連接螺栓保護(hù)罩的頂部，從這些現(xiàn)象來看初步表明是由于油漆在水流沖擊下脫落，在機(jī)組旋轉(zhuǎn)作用下在水機(jī)軸與頂蓋間形成堵塞，造成工作密封水向尾水方向流動通道不暢，在該間隙處堵住的油漆在旋轉(zhuǎn)時(shí)又對空氣圍帶造成磨損。采用去除密封箱內(nèi)易于脫落的油漆并清掃干凈，回裝。開工作密封水檢查密封水壓力流量正常，且工作密封的浮動環(huán)動作正常，上浮量0.05 mm 滿足設(shè)計(jì)要求。

重新開機(jī)后又出現(xiàn)P1 和P2 慢慢增大，同時(shí)流量也降低。回顧第一次拆開時(shí)所發(fā)現(xiàn)的在密封槽處有水冒出，再結(jié)合頂蓋組裝時(shí)在頂蓋的過水面處存在有局部間隙，由于間隙也滿足設(shè)計(jì)要求未引起足夠重視。從這些來看基本可以判斷是由于在頂蓋組合縫過水面存在有局部間隙，壓力水通過間隙到頂蓋組合縫密封槽內(nèi)，再通過槽往槽兩端跑，從而出現(xiàn)在頂蓋組合縫兩端有滲漏水冒出[1]，如圖3 中所示滲漏水途徑。

圖3 頂蓋組合縫滲水途徑示意圖

3 問題處理

針對5 號機(jī)在頂蓋組合縫密封槽冒水，水向內(nèi)側(cè)跑到密封箱與頂蓋把合面的密封槽處，由于外側(cè)有密封箱與頂蓋把合面的橡膠條，水通向內(nèi)側(cè)去擠壓空氣圍帶。在開機(jī)過程中水壓比未開機(jī)時(shí)的水壓大，開機(jī)前主軸密封水能正常通過水機(jī)軸與頂蓋間2 mm 間隙處，但開機(jī)后滲漏水去擠壓空氣圍帶，壓力推動空氣圍帶向軸使該2 mm 間隙減小，造成工作密封水向尾水方向流動不暢，慢慢空腔內(nèi)就有壓力。

對于引起這一系列問題的原因的處理，同樣需要如前所述整體拆開主軸密封。具體的處理方案是把頂蓋組合縫安裝密封箱和圍帶的位置用徑向磨具打磨出5 mm 以上的坡口，特別注意該平面上頂蓋組合縫密封槽往內(nèi)徑方向處，在打磨好的坡口內(nèi)用金屬修補(bǔ)劑填充，并填充密封槽剩余空間，待干燥后打磨平整清掃干凈回裝。回裝后從充水開機(jī)情況來看，效果比較明顯，主軸密封前后壓力都正常了，說明處理方案科學(xué)。3 號機(jī)的滲水位置在頂蓋與座環(huán)的把合面處，滲漏的位置就是在頂蓋組合密封與頂蓋與座環(huán)把合密封位置，原因有很多種可能，由于設(shè)計(jì)使用的密封條不能把密封槽填滿，存在兩條密封錯位的情況，這樣在水壓變大后壓縮量不夠會形成漏水。另外一個也可能在安裝過程中對頂蓋組合縫密封條的修配剛好與槽底相平，在充水后因?yàn)樗疁氐秃退畨毫ψ饔孟率菇M合縫的密封條收縮導(dǎo)致端頭低于密封槽，同時(shí)頂蓋與座環(huán)把合面的密封條壓縮量又低于這部分收縮量，從而引發(fā)了滲水。對此直接在頂蓋組合縫滲水的一邊斜著鉆了一個Φ8 mm的孔，往里用0.5 MPa 的壓力注入環(huán)氧封住滲水的接頭位置，待凝固后充水檢查無滲漏。

綜上，引發(fā)問題的直接原因由于頂蓋組合縫有局部間隙，因此后續(xù)機(jī)組頂蓋組合縫建議涂抹平面密封膠，同時(shí)在配割頂蓋組合縫與座環(huán)把合面和密封箱把合面處的密封條T 型接觸位置建議配割成“U”型，U 型底稍高出密封槽底部0.50 mm 左右可有效阻止漏水，如圖4。這樣在組合縫涂抹平面密封膠，結(jié)合T 型接頭處密封修配成U 型，既可以防止水從局部間隙滲到密封槽內(nèi)擠壓圍帶，也可防止水從外側(cè)滲到機(jī)坑內(nèi)。

圖4 密封條T 型接頭處修配示意圖

由于在T 型接頭處的修配目前沒有明確的要求規(guī)定，以前工作中的經(jīng)驗(yàn)大多還是修配平整，修配成U 型接觸的尚少，在LHK 最后1 臺機(jī)的頂蓋組合密封兩端修配就是按照這種方式修配，從最后充水調(diào)試的效果來看，比較理想未出現(xiàn)滲水情況，為以后同種型式接頭處的密封條配割積累經(jīng)驗(yàn)提供借鑒。