水輪機主軸密封改進

范道芝

(華能瀾滄江水電有限公司，昆明 650214)

1 前言

主軸密封是水輪機關鍵部件之一，密封效果的好壞直接影響機組安全運行，其作用是減少水輪機轉動部件與固定部件之間的漏水量，包括工作密封和檢修密封。某電站水輪機工作密封采用自動補償型，即靜壓自調節(jié)式軸向密封，檢修密封結構形式為壓縮空氣充氣膨脹式橡膠密封，主軸密封及其供水設備與一般大型水輪發(fā)電機組差別不大，但由于汛期該電站水流含沙量過高，需要對主軸密封供水方式進行改進，另主軸密封圍帶環(huán)座、抗磨環(huán)及密封塊等部件的安裝工藝也進行了優(yōu)化。

2 主軸密封結構特點

2.1 主軸密封

某水電站水輪機主軸工作密封主要由抗磨環(huán)、浮動密封支座、密封塊、連接法蘭、彈簧支座、彈簧、等高墊塊、彈簧塞堵、止動壓板、磨損指示裝置、潤滑水管、水箱、水封蓋及其附件組成。

水輪機主軸檢修密封主要由圍帶環(huán)座、圍帶壓環(huán)、空氣圍帶、主軸檢修密封供氣裝置及其附件組成。

主軸密封裝配如圖1所示。

2.2 主軸密封供水設備

某水電站水輪機主軸密封供水設備主要由DN50供水管路、過濾器、旋流器、自保持電磁閥、壓力變送控制器、流量開關及其附件組成，主軸密封供水設備布置如圖2所示。水輪機主軸密封供水共布置兩路水源，單臺機組主軸密封用水量為15 m3/h，主供水管引自DN150全廠低壓技術供水總管，DN150低壓技術供水總管引自位于出線站下1297.50 m高程處生活－消防供水設備室，生活－消防供水設備室內布置有兩座200 m3生活－消防水池、兩臺處理能力為60 m3/h的一體化凈水器 (一用一備)等水處理設備，水源采用庫區(qū)水，處理后的清潔水作為全廠生活、消防用水;備用供水管引自DN350機組技術供水管，機組技術供水管在蝸殼前壓力鋼管取兩路水源，壓力鋼管兩路DN400取水管總管上均設置全自動濾水器，經過濾后用于機組技術供水。

圖1 主軸密封裝配圖

圖2 主軸密封供水設備布置圖

3 主軸密封及供水設備安裝

水輪機主軸密封部件具備安裝條件后，將檢修密封部件圍帶環(huán)座與頂蓋進行預裝配，檢查調整圍帶環(huán)座與頂蓋止漏環(huán)的同心度，合格后鉆鉸定位螺尾錐銷。將圍帶壓環(huán)和空氣圍帶裝配在圍帶環(huán)座上，將空氣圍帶裝入圍帶壓環(huán)后，確認長度無誤，用快刀按30°角切斷并粘接，磨平結合面臺階;空氣圍帶在正式裝配前，應通0.05 MPa的壓縮空氣，在水中作漏氣試驗，應無漏氣現象;檢修密封安裝完畢后，利用壓縮空氣 (0.5～0.8 MPa)進行投入和退出操作試驗，充氣后確認空氣圍帶內徑可從φ3205 mm達到φ3200 mm，且排氣后圍帶回位應正常。上述圍帶環(huán)座、圍帶壓環(huán)和空氣圍帶等部件可在頂蓋、導水機構安裝時進行預裝配，待主軸罩裝配與水輪機主軸組裝完成吊入機坑后，進行正式安裝，檢查確認圍帶壓環(huán)和空氣圍帶與主軸罩裝配之間的間隙為2.5 mm，偏差不應超過設計間隙值的±20%。

水輪機主軸工作密封部件在機組軸線檢查及校正 (即盤車)之后進行正式安裝。將抗磨環(huán)裝配于主軸罩裝配上，調整其水平在0.05 mm/m以內，且抗磨環(huán)組合面應無錯牙。浮動密封支座組裝完成后，將密封塊與浮動密封支座進行把合，然后將浮動密封支座置于抗磨環(huán)上，檢查密封塊與抗磨環(huán)密封面應接觸良好。依次進行連接法蘭、彈簧支座的組裝及安裝，安裝時需特別注意彈簧支座與浮動密封支座之間的軸向間隙應符合設計要求，確保浮動密封支座應能軸向平滑移動，不得有卡阻現象。依次安裝彈簧、等高墊塊和彈簧塞堵，安裝彈簧時應根據彈簧力大小排序，再對稱安裝，安裝后彈簧長度101.4 mm。最后進行止動壓板、磨損指示裝置、潤滑水管、水箱、水封蓋及其附件安裝，在止動壓板、潤滑水管和水箱等部件裝配完畢后，通入規(guī)定壓力 (0.4～0.6 MPa)的清潔水，確認浮動密封支座能上下自由移動，且供排水管路暢通;機組初期運行時，磨損指示裝置指針應指示在零位置，隨著運行時間延長，密封塊將磨損，并逐漸下移，當指針指示12位置時，應拆去等高墊塊，重新將指針調至零位置，當指針重新指示在10位置時，必須更換密封塊，指針最多不能超過12位置。

某水電站主軸密封供水設備主要布置在主廠房水輪機層 (1241.50 m高程)，包括DN50供水管路、過濾器和旋流器等。供水設備安裝時位置應正確，電路連接良好，元件可靠接地，絕緣測試合格;管路應清掃干凈，連接整齊美觀，壓力試驗合格;控制回路與機組監(jiān)控作聯(lián)動試驗應正常，信號正確。

4 存在的問題及改進

4.1 主軸密封供水方式的改進

某水電站水輪機主軸密封最初設計主供水管引自DN150全廠低壓技術供水總管 (即生活－消防水池)，備用供水管引自DN350機組技術供水管，且電站生活－消防供水設備室內布置兩臺處理能力為60 m3/h的一體化凈水器 (一用一備)。由于運行期間多年平均含沙量達0.914 kg/m3，特別是汛期的含沙量更高，含沙量過高極易導致泥沙沉積，全廠四臺機組同時運行主軸密封潤滑水總需求量約60m3/h，當主軸密封潤滑水主供水均引自生活－消防水池時，因廠房排水系統(tǒng)潤滑水、中控樓生活水等同時也取至生活－消防水池，處理能力為60 m3/h的一體化凈水器顯然無法滿足主軸密封用水需求，且一體化凈水器運行時需開啟水泵、添加凈水劑等材料，運行成本較高;另處理能力為25 m3/h的過濾器僅具有壓差、手動排污功能，旋流器僅具有手動排污功能，過濾能力較差，進入汛期，當主軸密封潤滑水采用引自DN350機組技術供水管的備用供水管供水時，濾水器、潤滑水管路等極易堵塞，造成主軸密封潤滑水流量不足甚至中斷，需頻繁采取人工清洗過濾器濾網、手動開啟旋流器等措施進行處理，由于該電站單臺機組僅布置一臺過濾器，當機組運行期間需對過濾器、旋流器等設備維護時，主軸密封潤滑水只能通過旁路而不經過濾器直接進入工作密封，長時間將導致工作密封橡膠塊磨損速度加快，縮短工作密封使用壽命，堵塞時甚至瞬間燒毀主軸密封，造成機組非計劃停運，形成水淹水車室甚止水淹廠房的嚴重后果。

針對以上情況，該電廠對水輪機主軸密封供水方式進行了改進，將主軸密封潤滑水主供水管引自DN350機組技術供水管，備用供水管引自DN150全廠低壓技術供水總管 (即生活－消防水池)，拆除了原處理能力為25 m3/h的過濾器和旋流器，單臺機組重新布置2臺全自動濾水器，新布置的單臺全自動濾水器水處理能力為54 m3/h，水處理能力增大至主軸密封潤滑水需求量的3～4倍，濾水器具備自動正反沖洗清污功能和定時、壓差、自動、手動排污功能，控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器實現自動控制，也可現地手動控制，監(jiān)控室遠方操作等功能，并設有差壓過高、排污閥過力矩保護等報警功能，可實現無人值班要求，改進后的主軸密封供水設備布置如圖3所示。通過實施以上改造方案，全面解決了主軸密主供水管引自DN150全廠低壓技術供水總管 (即生活－消防水池)時，處理能力為60 m3/h的一體化凈水器無法滿足主軸密封用水需求及運行成本較高等問題，將引自DN150全廠低壓技術供水總管的水源作為備用供水管，生活－消防水池用水量大量降低，一體化凈水器工作時間也大量減少。另通過單臺機組布置2臺全自動濾水器、提高濾水器水處理能力及采用具有定時、壓差、自動、手動排污功能的全自動濾水器，解決了主軸密封潤滑水引自DN350機組技術供水管時，濾水器、潤滑水管路等極易堵塞問題，且2臺全自動濾水器互為備用，機組運行期間也可對濾水器等設備進行維護，滿足了主軸密封備用供水需要，為機組安全穩(wěn)定運行提供了保障。

4.2 圍帶環(huán)座安裝工藝改進

檢修密封部件圍帶環(huán)座安裝時，通過測定圍帶環(huán)座與主軸罩裝配之間的間隙確定安裝位置，由于轉輪與水輪機主軸組裝完成吊入機坑后，其中心、水平調整后與理想狀態(tài)均存在偏差，導致整個安裝期間主軸罩裝配位置與運行狀態(tài)偏差較大，期間很難確定圍帶環(huán)座的理想安裝位置。

安裝中調整安裝工藝，通過檢查調整圍帶環(huán)座與頂蓋止漏環(huán)的同心度，合格后即可鉆鉸圍帶環(huán)座與頂蓋的4個φ16的定位螺尾錐銷。由于水輪機下固定止漏環(huán)的中心為機組基準中心，且頂蓋止漏環(huán)與下固定止漏環(huán)的同軸度在導水機構安裝時已確定，因此通過檢查調整圍帶環(huán)座與頂蓋止漏環(huán)的同心度可以精確確定圍帶環(huán)座的安裝位置。

4.3 抗磨環(huán)及密封塊工藝改進

主軸密封抗磨環(huán)及密封塊等部件是整個主軸密封較為關鍵的組成部分，特別是抗磨環(huán)安裝后的水平度直接影響著主軸密封運行狀態(tài)，如抗磨環(huán)安裝后水平度過大，機組運行時浮動密封支座振動將加大，密封塊磨損速度也會隨之增加。以上部件在制造廠內的加工精度直接影響著現場安裝質量，工地安裝時制造廠家僅要求抗磨環(huán)組合面應無錯牙，密封塊與抗磨環(huán)密封面接觸良好。

安裝中改進了施工工藝，對抗磨環(huán)及密封塊等的安裝工藝進行了具體要求，首先對抗磨環(huán)及其主軸罩裝配組合面進行全面清掃、檢查，對抗磨環(huán)配合尺寸根據圖紙要求進行校核，通過測量確?？鼓キh(huán)安裝時調整其水平在0.05 mm/m以內，大多數情況下，由于場地狹窄、測量工具等限制，僅能局部測量抗磨環(huán)的水平度，而整體水平度主要依靠部件在制造廠內的加工精度保證;為確?？鼓キh(huán)的最終整體安裝水平度良好，一個簡單可行的辦法就是機組盤車時在抗磨環(huán)軸向方向設置百分表，對抗磨環(huán)整體水平進行測量，必要時在抗磨環(huán)與主軸罩裝配組合面間加調整墊片進行調整。密封塊安裝后，可直接用0.05 mm塞尺檢查密封面的接觸情況;另外也可以在抗磨環(huán)與密封塊密封面間涂抹紅丹粉，通過轉動浮動密封支座檢查密封塊與抗磨環(huán)的接觸情況。

5 結束語

目前，該電站全廠四臺機組水輪機主軸密封設備運行正常，主軸密封供水可靠，希望上述主軸密封及其供水設備的結構、安裝方法及改進措施等能對其他類似電站主軸密封的穩(wěn)定運行起到一定的借鑒作用。

［1］單文培.水電站機電設備的安裝、運行與檢修 ［M］.北京:中國水利水電出版社，2005(2008重印)

［2］林亞一.水輪發(fā)電機組的安裝與檢修 ［M］.北京:中國水利水電出版社，2000.

［3］GB8564－2003水輪發(fā)電機組安裝技術規(guī)范［S］.