小型軸流式水輪機(jī)主軸密封裝置的改造

魏起波 ，徐建軍 ，謝國(guó)強(qiáng)

（1.臨沂市岸堤水庫(kù)管理處，山東 蒙陰 276217；2.臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000）

山東省岸堤水電站一號(hào)機(jī)水輪機(jī)型號(hào)為ZD560-LH-180，額定出力為2384kW，發(fā)電機(jī)額定功率為2200kW，額定轉(zhuǎn)速為 300r/min，安裝高程為151.674m，設(shè)計(jì)流量為14.3 m3/s。多年來(lái)水輪機(jī)主軸密封一直沒(méi)有得到很好的解決，當(dāng)導(dǎo)水葉開(kāi)度增大到60%以上時(shí)主軸密封處就溢水，溢水速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)排水孔排走的速度，水導(dǎo)軸承被淹沒(méi)，潤(rùn)滑油被水排出帶走，軸瓦全部浸泡在水中，嚴(yán)重影響了水導(dǎo)軸承的安全運(yùn)行。

1 原來(lái)采取的密封方法

1.1 空氣圍帶主軸帶密封

此種方法是在水輪機(jī)支撐蓋與主軸之間加一個(gè)環(huán)型氣囊?guī)?，然后把氣囊接通電站?nèi)低壓氣，氣囊充氣膨脹使主軸與氣囊緊密接觸，達(dá)到止水的目的。這種方法水輪機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后，主軸與氣囊摩擦產(chǎn)生熱如果得不到水的及時(shí)帶走，氣囊會(huì)因高溫而燒壞，最終還是失去止水作用。

1.2 盤(pán)根主軸密封

它主要是由盤(pán)根盒、石棉盤(pán)根和壓環(huán)組成。它先將石棉盤(pán)根用石蠟浸透后，再將石棉盤(pán)根上涂上碳粉，然后將石棉盤(pán)根剪成幾段填充入盤(pán)根盒內(nèi)，填充3～4圈后用壓環(huán)壓緊。這種方法當(dāng)時(shí)能起到止水的目的，但當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)很容易磨損，當(dāng)磨損后漏水嚴(yán)重。

1.3 徑向密封

利用數(shù)層碳精塊或其他耐磨材料，在機(jī)械彈簧等方式的下沿徑向與套在主軸上的抗磨被套形成徑向密封面，并通過(guò)清水潤(rùn)滑，密封塊磨損后在彈簧的作用下，可以徑向移動(dòng)，繼續(xù)貼緊主軸襯套，這種密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜安裝檢修較困難，彈簧性能不易保證且易銹蝕腐爛失去彈性，止水失敗。

以上方法都沒(méi)能達(dá)到可靠止水的目的，只能被動(dòng)的在水導(dǎo)漏水處安裝一臺(tái)自吸水泵，把漏出的水及時(shí)排走，但是這要求運(yùn)行人員經(jīng)常巡視，如果漏水量超過(guò)自吸泵的最大排水量，也會(huì)淹沒(méi)水導(dǎo)軸承，從而加重了運(yùn)行人員的工作量。

2 改造后的密封裝置

此密封裝置如圖所示：圖1是結(jié)構(gòu)圖，圖2是圖1的局部放大圖，圖3是離心盤(pán)結(jié)構(gòu)圖，此種裝置是雙層結(jié)構(gòu)，上層分兩部分，分別是固定部分和隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分，固定部分有固定在水輪機(jī)頂蓋上的密封座9，密封座上安裝有一塊橡膠平板3，橡膠平板3的下平面設(shè)有頂板5，頂板5上與橡膠平板3相貼合的部位設(shè)置壓力孔6，橡膠平板3及頂板5通過(guò)螺栓10安裝在密封座9上，1是壓板。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有抗磨環(huán)4安裝在主軸上。抗磨環(huán)4與固定部分的橡膠平板3上平面緊密貼合，組成密封部分?？鼓キh(huán)與橡膠平板之間的間隙不大于0.4mm，最好為 0.2～0.4mm，工作時(shí)橡膠平板與抗磨環(huán)之間為無(wú)接觸密封，因此磨損很小，使用壽命很長(zhǎng)并且間隙處能形成壓力水膜，微小的壓力水膜不僅起到密封作用還防止砂粒進(jìn)入，此部分作為后備密封裝置。

下層是離心盤(pán)7，其結(jié)構(gòu)如圖3，由兩塊半環(huán)組成，固定在主軸上，離心盤(pán)結(jié)構(gòu)與離心式水泵的離心體相似，盤(pán)上放射狀分布著離心孔道。離心盤(pán)7與密封座9之間的間隙要盡量小以減小間隙漏水量，但不小于水導(dǎo)處軸的最大擺度。此離心盤(pán)起回流或減壓作用。

本裝置的工作原理是：開(kāi)機(jī)時(shí)，在水流沖擊下水輪機(jī)主軸帶動(dòng)抗磨環(huán)4和離心盤(pán)7一起轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)輪上一部分壓力水通過(guò)離心盤(pán)和密封座之間的間隙進(jìn)入的空腔11內(nèi)，在重力的作用下，水又進(jìn)入離心道8內(nèi)，在離心力的作用下水向離心盤(pán)圓周運(yùn)動(dòng)，然后又回到離心盤(pán)下面，達(dá)到回流水的目的。離心盤(pán)產(chǎn)生的離心力大小與機(jī)組主軸的轉(zhuǎn)速和離心盤(pán)的直徑有關(guān)，機(jī)輪轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī)，僅用此裝置就能達(dá)到止水的目的，機(jī)組轉(zhuǎn)速較低或者離心盤(pán)直徑較小時(shí)，離心盤(pán)產(chǎn)生的離心力小于轉(zhuǎn)輪上水壓力時(shí)，水就緩緩進(jìn)入到空腔11內(nèi)且進(jìn)一步上行，但壓力已變的很小，當(dāng)水上升到頂板5時(shí)，水壓通過(guò)壓力孔6作用在橡膠平板3上，使橡膠平板3緊貼在抗磨環(huán)4上，阻止了水進(jìn)一步向上流動(dòng)，從而達(dá)到了止水的目的。

本裝置的最大特點(diǎn)是安裝了離心盤(pán)，以動(dòng)止動(dòng)，靜止的物體很好密封，但密封轉(zhuǎn)動(dòng)的部位并非容易，以往多被動(dòng)的采用靜止的東西硬封轉(zhuǎn)動(dòng)的東西，現(xiàn)巧妙的利用了轉(zhuǎn)動(dòng)部分自身來(lái)密封自身，方法新穎。本裝置的另一個(gè)特點(diǎn)，是無(wú)接觸密封，利用間隙水膜封水，摩擦力小，當(dāng)空腔11內(nèi)的水達(dá)不到橡膠板時(shí)，橡膠板3與抗摩環(huán)4根本不接觸，沒(méi)有摩擦，所以本裝置使用壽命長(zhǎng)。離心盤(pán)可以鑄造另作必要的加工，抗摩環(huán)配合面需加工光滑與平整，橡膠板要軟硬適中具有彈性為好。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，安裝方便。

3 結(jié) 語(yǔ)

自從岸堤水電站一號(hào)機(jī)水輪機(jī)主軸密封裝置改造后，導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)至80%運(yùn)行時(shí)幾乎沒(méi)有滲水，本裝置運(yùn)行半年多來(lái)，狀態(tài)良好，安全可靠，從真正意義上結(jié)束了岸堤水電站一號(hào)機(jī)水輪機(jī)主軸不能封水的歷史，效果很好。