HLA855-LJ-505型水輪機(jī)主軸密封漏水處理

陳俊中，高順

(1.五凌電力有限公司三板溪水電廠，貴州錦屏556700;2.國(guó)電大武口熱電有限公司，寧夏銀川753000)

三板溪水電廠位于沅水干流上游清水江中下游，為沅水上唯一具有多年調(diào)節(jié)性能的龍頭水電廠。電廠屬地下式廠房，安裝有4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量1 000 MW。#1機(jī)組水輪機(jī)型號(hào)HLA855－LJ－505，額定出力256.5 MW。機(jī)組的主軸密封為端面恒壓自調(diào)節(jié)式密封結(jié)構(gòu)，自投產(chǎn)以來就存在漏水量大的問題。2007年#1機(jī)組檢修期間對(duì)主軸密封進(jìn)行了解體檢查，更換了聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩止口處偏小的密封條，也未見主軸密封漏水量減小。且2010年水位上漲后，該機(jī)組主軸密封漏水量又有明顯增加。

1 主軸密封結(jié)構(gòu)及工作原理

如圖1所示，主軸密封形式為端面恒壓自調(diào)節(jié)式主軸密封，由轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件組成，轉(zhuǎn)動(dòng)部件抗磨環(huán)利用螺栓固定安裝于聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩上。密封環(huán)上開有環(huán)形密封水腔，用螺栓固定于浮動(dòng)環(huán)下方。浮動(dòng)環(huán)上部與導(dǎo)向環(huán)之間裝有數(shù)個(gè)彈簧，利用導(dǎo)向環(huán)上的壓緊螺母將彈簧壓在工作密封環(huán)上，使工作密封環(huán)與抗磨環(huán)緊密封接觸。浮動(dòng)環(huán)沿導(dǎo)向環(huán)內(nèi)邊上下浮動(dòng)，用來補(bǔ)償密封環(huán)的磨損量，并通過定位板固定在特定位置限制機(jī)械磨損量。同時(shí)，浮動(dòng)環(huán)內(nèi)鉆有6個(gè)通孔，引入清潔水使工作密封環(huán)與抗磨環(huán)之間形成潤(rùn)滑水膜。

圖1 主軸密封結(jié)構(gòu)圖

水輪機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的壓力渾水經(jīng)過轉(zhuǎn)輪上迷宮環(huán)、頂蓋與聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩之間的間隙，進(jìn)入聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩與主軸密封箱形成的渾水腔內(nèi)，在渾水腔內(nèi)形成一定的壓力。主軸密封潤(rùn)滑水經(jīng)過浮動(dòng)密封環(huán)內(nèi)孔進(jìn)入工作密封環(huán)與抗磨環(huán)所形成的空腔內(nèi)分2部分流出，一部分經(jīng)過工作密封塊與抗磨環(huán)之間的間隙流到渾水腔，另一部分則流向清潔水腔。當(dāng)水流在工作密封塊與抗磨環(huán)之間流動(dòng)時(shí)，會(huì)形成0.04～0.10 mm厚的潤(rùn)滑水膜，利用水分子的張力封水，使轉(zhuǎn)輪上迷宮環(huán)處漏水受到阻礙，不能直接流向頂蓋，從而達(dá)到封水效果。另外潤(rùn)滑水膜使工作密封塊與抗磨環(huán)在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)不發(fā)生直接接觸，且清潔水壓力大于渾水腔內(nèi)渾水的壓力，渾水不會(huì)進(jìn)入摩擦面，清潔水在摩擦面間流動(dòng)時(shí)對(duì)密封起到潤(rùn)滑與冷卻的作用。

2 漏水原因分析

2.1 工作密封環(huán)磨損嚴(yán)重

主軸密封密封環(huán)材質(zhì)為THORDONSXL，該材質(zhì)為高分子聚合物，具備自潤(rùn)滑性能，但機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行，密封環(huán)可能磨損嚴(yán)重，致使密封環(huán)與抗磨環(huán)之間間隙過大，密封環(huán)不能與抗磨環(huán)緊密接觸，主軸密封潤(rùn)滑水在密封環(huán)與抗磨環(huán)不能有效地形成密封水膜，從而導(dǎo)致密封失效。

2.2 潤(rùn)滑水壓力過高或彈簧預(yù)緊力過小

機(jī)組主軸密封正常運(yùn)行時(shí)潤(rùn)滑水壓力為0.35～0.42 MPa，若彈簧預(yù)緊力偏小或潤(rùn)滑水壓力過高，主軸密封潤(rùn)滑水上浮力遠(yuǎn)大于彈簧預(yù)緊力和密封環(huán)自身重量以及渾水腔密封水壓力，可能造成工作密封環(huán)上抬過高，致使密封接觸面間不能形成水膜，導(dǎo)致密封失效，主軸密封正常漏水量隨之增大，當(dāng)漏水量大于集水箱排水量的漏水量時(shí)，經(jīng)過主軸密封集水箱上蓋板與水輪機(jī)軸之間的間隙甩出。

2.3 滑動(dòng)環(huán)與導(dǎo)向環(huán)之間密封損壞

滑動(dòng)環(huán)沿導(dǎo)向環(huán)上下浮動(dòng)通過Φ8 mm橡膠密封條進(jìn)行密封，防止渾水腔內(nèi)水大量涌入清潔水腔。若密封條損壞，渾水腔內(nèi)的渾水大量涌入主軸密封集水箱，并沿主軸密封上蓋板與水輪機(jī)軸之間的間隙甩出，直接表現(xiàn)為主軸密封漏水偏大。

2.4 密封環(huán)、抗磨環(huán)結(jié)合面錯(cuò)位或間隙過大

主軸密封密封環(huán)由2塊拼接而成、抗磨環(huán)由4塊不銹鋼抗磨板組成。當(dāng)密封環(huán)、抗磨環(huán)結(jié)合面錯(cuò)位或間隙過大，進(jìn)入密封環(huán)壓力水腔的壓力水可能沿間隙滲入主軸密封集水箱，當(dāng)滲水量大于集水箱排水量時(shí)，多余的水就會(huì)由主軸密封集水箱上蓋板與水輪機(jī)軸之間的間隙甩出。

2.5 水輪機(jī)聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩處密封損壞

水輪機(jī)聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩與法蘭外沿設(shè)計(jì)為Φ6 mm橡膠條進(jìn)行密封，因密封條與密封槽配合不好或磨損、老化等原因?qū)е旅芊馐В瑢?dǎo)致水輪機(jī)聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩內(nèi)大量進(jìn)水，并沿水輪機(jī)大軸進(jìn)入集水箱，從而導(dǎo)致密封水箱大量漏水。

2.6 滑動(dòng)環(huán)卡阻

主軸密封滑動(dòng)環(huán)因定位銷、壓板松動(dòng)，當(dāng)抗磨環(huán)與密封環(huán)之間未形成水膜，會(huì)造成滑動(dòng)環(huán)位移和偏斜，導(dǎo)致密封環(huán)與抗磨環(huán)不能有效接觸，部分區(qū)域間隙偏大，從而引起密封水大量泄漏。

3 解體檢查與處理

3.1 解體檢查主要步驟

(1)拆除工作密封塊磨損指示裝置、主軸密封清潔水箱及潤(rùn)滑水供排水管路，拆除彈簧堵頭;

(2)將密封水箱上蓋緊固螺栓拆除后，安裝專用工具，用千斤頂頂起并放置枕木上;

(3)測(cè)量工作密封環(huán)、抗磨環(huán)磨損情況，用刀口尺檢查工作密封環(huán)、抗磨環(huán)結(jié)合面情況;

(4)用千斤頂頂起浮動(dòng)環(huán)后、拆除定位板，將浮動(dòng)環(huán)緩慢下放置枕木上;

(5)更換浮動(dòng)環(huán)與導(dǎo)向環(huán)之間的密封條，并進(jìn)行導(dǎo)向環(huán)接觸面除銹處理;

(6)拆除彈簧，測(cè)量其預(yù)緊力、壓縮量，更換合理的彈簧;

(7)在抗磨環(huán)上部±X，±Y方向各布置1塊百分表，測(cè)量抗磨環(huán)平面跳度;

(8)用千斤頂、枕木將浮動(dòng)環(huán)緩慢頂起后裝復(fù)浮動(dòng)環(huán)定位板及彈簧堵頭;

(9)裝復(fù)主軸密封清潔水箱及潤(rùn)滑水供排水管路，但不裝復(fù)清潔水箱上蓋板;

(10)在浮動(dòng)環(huán)上部±X，±Y方向各布置1塊百分表;

(11)重復(fù)3次開啟關(guān)閉主軸密封備用潤(rùn)滑水閥門，分別讀取百分表讀數(shù)，并做記錄;

(12)根據(jù)百分表讀取數(shù)據(jù)及主軸密封漏水量決定是否調(diào)整水量及水壓。

3.2 檢查測(cè)量數(shù)據(jù)

(1)工作密封環(huán)磨損量?jī)H為0.3 mm，離磨損最大量12 mm存在較大空間;

(2)通過與備品比較，彈簧壓縮正常，彈簧預(yù)緊力、壓縮量滿足要求;

(3)在滑動(dòng)環(huán)上浮量試驗(yàn)中，主軸滑動(dòng)環(huán)未發(fā)生任何上浮。對(duì)主軸密封進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn)，主軸密封滑動(dòng)環(huán)其中一側(cè)定位銷脫落、另一側(cè)定位銷卡死，滑動(dòng)環(huán)上部彈簧出現(xiàn)偏斜現(xiàn)象;

(4)在機(jī)組檢修期間，對(duì)機(jī)組進(jìn)行盤車測(cè)量主軸密封抗磨環(huán)平面跳動(dòng)為0.32 mm，高于標(biāo)準(zhǔn)值0.1 mm，同時(shí)，4塊抗磨板結(jié)合部位出現(xiàn)錯(cuò)口。

3.3 結(jié)論及處理

經(jīng)分析，#1機(jī)組主軸密封漏水的主要原因?yàn)榭鼓グ灏惭b精度不夠，造成密封環(huán)與抗磨環(huán)不能緊密接觸;密封環(huán)與抗磨環(huán)之間未形成有效水膜，導(dǎo)致滑動(dòng)環(huán)與密封環(huán)跟隨抗磨板發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)而造成滑動(dòng)環(huán)定位銷卡死和松動(dòng)，造成滑動(dòng)環(huán)出現(xiàn)位移與偏斜，使得密封環(huán)與抗磨環(huán)形成較大間隙，引發(fā)主軸密封大量漏水。處理方法如下:

(1)對(duì)抗磨環(huán)平面進(jìn)行研磨，在抗磨板接口處封填環(huán)氧樹脂并打磨平整，通過百分表測(cè)量抗磨環(huán)平面跳度≤0.08 mm滿足標(biāo)準(zhǔn)要求;

(2)將滑動(dòng)環(huán)壓板重新緊固、定位銷進(jìn)行更換，并將定位銷進(jìn)行點(diǎn)焊固定，防止定位銷再次發(fā)生脫落。

4 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)處理后經(jīng)實(shí)際運(yùn)行檢查，主軸密封漏水問題得到有效遏制。從三板溪水電廠主軸密封漏水處理可知，通過改變主軸密封動(dòng)環(huán)與靜環(huán)的接觸精度可以改善主軸密封漏水大的狀況。

〔1〕劉云.水輪發(fā)電機(jī)故障處理與檢修〔M〕.北京:中國(guó)水利水電出版社，2002.