非接觸式主軸密封替代的實(shí)踐

何　軍，　李　慧，　洪 學(xué) 亮，　劉 知 雨

(四川大川電力有限公司，四川 雅安　625605)

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非接觸式主軸密封替代的實(shí)踐

何軍，李慧，洪 學(xué) 亮，劉 知 雨

(四川大川電力有限公司，四川 雅安625605)

摘要：對(duì)水輪機(jī)組的主軸密封的替代，需要針對(duì)水電站的實(shí)際情況，采取簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用的處理措施。在不對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變的情況下，對(duì)水質(zhì)、機(jī)組機(jī)型等因素進(jìn)行具體分析，選擇最為科學(xué)的密封結(jié)構(gòu)，不僅能達(dá)到較好的密封效果，也能使密封結(jié)構(gòu)安裝和維護(hù)更加簡(jiǎn)便，提高水輪機(jī)組運(yùn)行的效率，從而保證水電站供電質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：大川電廠；主軸密封；漏水；替代處理；效果

0引言

大川電廠是四川大川電力有限公司在大川河流域梯級(jí)開(kāi)發(fā)的五個(gè)引水式電站的總廠。其中的兩個(gè)電站佛山和長(zhǎng)石壩均始建于2003年，裝機(jī)容量分別為2×11MW和2×10MW，2006年這兩個(gè)電站共四臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電，機(jī)組均系重慶水輪機(jī)廠生產(chǎn)的混流式機(jī)組，機(jī)組型號(hào)為HLA548-LJ-135，轉(zhuǎn)輪直徑1.35m，設(shè)計(jì)水頭150m，額定流量7.05m3/s，額定轉(zhuǎn)速600r/min。

大川電廠的佛山電站和長(zhǎng)石壩電站的4臺(tái)混流式機(jī)組的原主軸密封為不接觸間隙直槽密封。投運(yùn)以來(lái)，逐漸暴露出密封效果較差、使用壽命短、維護(hù)檢修困難等一系列問(wèn)題。尤其是在汛期，水的泥沙含量較高，主軸密封工況惡劣，密封環(huán)磨損嚴(yán)重，在運(yùn)行期間出現(xiàn)嚴(yán)重漏水現(xiàn)象，給安全生產(chǎn)帶來(lái)隱患。為此，本文對(duì)該非接觸式主軸密封進(jìn)行了研究分析，將之替代為接觸式水壓端面水壓密封，實(shí)踐結(jié)果表明取得了良好的效果。

1非接觸式主軸密封存在的問(wèn)題

這4臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組自投運(yùn)以來(lái)，主要存在的問(wèn)題如下：

(1)主軸密封裝置磨損嚴(yán)重，甩水嚴(yán)重，出現(xiàn)了大量漏水現(xiàn)象，幾乎水淹水車(chē)室，引起效率下降、電站不能正常運(yùn)行，造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。因而采取了在水車(chē)室安裝水泵強(qiáng)排水的措施。原主軸密封為不接觸間隙密封，它是在主軸的密封位置處，設(shè)置有一可更換的不銹鋼抗磨套與主軸一起同步旋轉(zhuǎn)，由于此結(jié)構(gòu)存在拆御或安裝困難，一般檢修時(shí)間在80個(gè)小時(shí)左右。

(2)主軸密封裝置更換周期短。使用壽命兩年，第一年更換易損件，主軸密封內(nèi)梳齒及空氣圍帶，第二年主軸密封整體更換，維護(hù)成本高。

(3)維護(hù)工作量大。技改前所用的密封的橡膠圈機(jī)械磨損量大，使用壽命短，磨損量大的要進(jìn)行更換，增加維護(hù)工作量。另外橡膠圈的摩擦阻力也大，也增加水輪機(jī)的機(jī)械損失。每年維護(hù)時(shí)要拆除水輪機(jī)軸承、軸承支架及其部件，為確保機(jī)組在豐水期安全運(yùn)行必須每年維護(hù)，嚴(yán)重增加檢修工作量及工作中安全風(fēng)險(xiǎn)。

2主軸密封裝置漏水原因

原主軸密封廠家設(shè)計(jì)時(shí)考慮的三個(gè)主要使用條件：

密封下面的頂蓋水壓力應(yīng)該保持在0.3MPa～0.5MPa范圍內(nèi)，否則，壓力增大破壞了密封環(huán)境，密封效果大大降低。

對(duì)裝配要求高：其垂直度在0.1mm內(nèi)。單側(cè)間隙在0.2mm～0.3mm內(nèi)。

對(duì)流道水質(zhì)要求：年平均過(guò)砂含量：2.213kg/m3。

然而目前運(yùn)行條件基本達(dá)不到密封要求，主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：

機(jī)組運(yùn)行兩三年后頂蓋壓力就達(dá)到0.6MPa～0.8MPa之間，這是由于水輪機(jī)葉片和和各部止漏環(huán)間隙的增大，滲漏增大的原因。運(yùn)行兩三年后機(jī)組的穩(wěn)定性和出力尚好，能夠滿(mǎn)足運(yùn)行要求，但是在2～3年內(nèi)機(jī)組的頂蓋水壓力已突破了密封的使用條件，這種情況下即使更換新密封，效果也不好。

裝配要求高，由于使用環(huán)境差，往往過(guò)一個(gè)汛期后在雜木和其它推移質(zhì)的卡阻下，機(jī)組軸線(xiàn)偏移增大，達(dá)不到要求，導(dǎo)致偏心情況下漏水量增大。

大川河實(shí)際泥沙含量在三個(gè)月汛期就超過(guò)了年泥沙含量的3～4倍，導(dǎo)致當(dāng)年更換新密封當(dāng)年報(bào)廢。更換密封難度大，由于機(jī)組水頭高水機(jī)室空間小，更換時(shí)必須將水機(jī)軸承部份全部拆除，且不能斷軸檢修(斷軸檢修屬于大修范疇)只能將部份零件懸掛在操作人員上方，這樣安全風(fēng)險(xiǎn)大且更換時(shí)間長(zhǎng)。

3主軸密封裝置替代處理

根據(jù)主軸密封裝置甩水漏水原因分析，針對(duì)大川河流域特點(diǎn)和水輪機(jī)的運(yùn)行條件，經(jīng)過(guò)考證、篩選，提出了將原主軸密封裝置替代的解決方案。即采用另一種密封型式——混流式水輪機(jī)分體式止漏環(huán)工藝改造，替代現(xiàn)有的非接觸式主軸密封，以滿(mǎn)足延長(zhǎng)機(jī)組密封使用壽命和檢修更換方便，提高維修效率等需求。具體密封形式采用水壓端面密封，其工作原理與機(jī)械端面密封相同，區(qū)別只是把機(jī)械端面密封的滑動(dòng)架改為由水壓驅(qū)動(dòng)的活塞式橡皮圈，中間開(kāi)幾個(gè)孔，清潔水通入活塞式橡皮圈中間，通入的潤(rùn)滑水水壓調(diào)得比被封水壓稍高一點(diǎn)，使門(mén)型活塞與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)既有接觸又有潤(rùn)滑并防止泥沙進(jìn)入密封面。

圖1　分體水壓密封結(jié)構(gòu)

如圖1所示，替代后的分體水壓式密封結(jié)構(gòu)。主要由主軸密封體、抗磨環(huán)、主軸密封罩、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和橡膠活塞環(huán)組成。其工作原理是抗磨環(huán)直接加工在聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩上，橡膠活塞圈 位于由密封壓蓋和密封擋環(huán)形成的槽內(nèi)。橡膠活塞環(huán)在來(lái)自外界壓力水和自身重量的作用下，緊貼在抗磨環(huán)上，使水輪機(jī)與頂蓋上迷處漏水受到阻礙，不能直接流向頂蓋，從而達(dá)到封水效果?；钊倪\(yùn)動(dòng)部分與固定部分之間有間隙，活塞運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力是壓力水源。經(jīng)過(guò)測(cè)量，水輪機(jī)內(nèi)部做功的壓力水，在經(jīng)過(guò)頂蓋迷宮式梳齒密封減壓后，其泄漏水壓力小于0.2MPa，而機(jī)組的技術(shù)供水水壓一般為0.25-0.35MPa，其壓力可以滿(mǎn)足活塞動(dòng)力，通過(guò)設(shè)置供水閥門(mén)調(diào)節(jié)壓力，使壓力水的作用既能推動(dòng)活塞移動(dòng)達(dá)到密封的需要，又不致因壓力過(guò)高從自身的間隙溢出，造成新的漏水。

4主軸密封裝置替代后的效果

替代后的端面水壓式密封結(jié)構(gòu)，以橡膠活塞環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)抗磨環(huán)為主體。該結(jié)構(gòu)安裝調(diào)整簡(jiǎn)單、維護(hù)方便，適用于150m以下水頭的混流式機(jī)組，其使用在頂蓋壓力范圍在0.4MPa～0.6MPa壓力內(nèi)。最大的優(yōu)點(diǎn)在于當(dāng)水質(zhì)較差，泥沙含量較高，大于2.213kg/m3時(shí)， 泥沙不直接磨損橡膠活塞環(huán)，而是磨損特殊材料制成的轉(zhuǎn)動(dòng)抗磨環(huán)，因而可以延長(zhǎng)密封橡膠活塞環(huán)的使用壽命，使用周期2～3年，水質(zhì)好時(shí)可維持一個(gè)大修周期。另外，密封橡膠活塞環(huán)在清潔水壓力的作用下運(yùn)動(dòng)，使密封端面與轉(zhuǎn)子的抗磨環(huán)接觸，同時(shí)清潔水又能通過(guò)端面密封內(nèi)的孔達(dá)到密封端面，使密封端面與抗磨環(huán)之間形成一道水膜，從而達(dá)到密封效果。同時(shí)，端面密封的密封端面與抗磨環(huán)之間的水膜還具有一定的潤(rùn)滑作用，能防止密封圈的下端面過(guò)快磨損。因而，替代后的主軸密封裝置主要產(chǎn)生了如下效果：

(1)運(yùn)行安全可靠。從技術(shù)分析可以看出, 替代方案采用橡膠活塞環(huán)和抗磨板的結(jié)構(gòu)型式，抗磨板采用特殊的抗磨材料提高了密封件的抗磨損性能, 增加了密封的使用壽命, 保證了機(jī)組的安全運(yùn)行。

(2)降低運(yùn)行成本，維護(hù)方便。對(duì)于密封裝置, 備件抗磨板、橡膠活塞密封, 無(wú)須其他備件。其主軸密封裝置使用周期2～3年，水質(zhì)好時(shí)可維持一個(gè)大修周期，大大降低了運(yùn)行成本。間隙式直槽密封，對(duì)技術(shù)供水水質(zhì)要求較高，而技改后的主軸密封裝置對(duì)水質(zhì)要求低，減少了運(yùn)行維護(hù)的費(fèi)用。

(3)提高發(fā)電效益。替代后的主軸密封裝置，在漲洪水含泥沙嚴(yán)重的情況下，機(jī)組不停機(jī)需要保廠用電，將密封損壞時(shí)，不需要將水機(jī)軸承部份全部拆除，只需要更換轉(zhuǎn)動(dòng)抗磨環(huán)即可。搶修一天就可恢復(fù)發(fā)電，可在原基礎(chǔ)上可節(jié)約2～3天，從而提高了發(fā)電量。改造后能滿(mǎn)足目前運(yùn)行維護(hù)要求，主要帶來(lái)了三個(gè)方面收益：

①改造后不需要新安裝頂蓋排水泵來(lái)進(jìn)行強(qiáng)排，可減少水泵購(gòu)置及維修費(fèi)用，每年可節(jié)約購(gòu)置及維修費(fèi)達(dá)2萬(wàn)元以上;

②由于排水泵的水二次注入集水井，隨著漏水量增大，嚴(yán)重增大集水井排水泵負(fù)荷，改造后主軸密封滲漏量減少，降低廠用電量，每年可節(jié)約廠用電15.55萬(wàn)kWh，增加電費(fèi)收入5萬(wàn)元左右;

③可以減少因漏水定期的消缺時(shí)間，每年可多發(fā)電75萬(wàn)kWh,增加電費(fèi)收入23萬(wàn)元。同時(shí)減少集水井排水泵檢修維護(hù)周期，并減少電廠檢修維護(hù)工作量。

5結(jié)語(yǔ)

對(duì)水輪機(jī)組的主軸密封的替代，需要針對(duì)水電站的實(shí)際情況，采取簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用的處理措施。在不對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變的情況下，對(duì)水質(zhì)、機(jī)組機(jī)型等因素進(jìn)行具體分析，選擇最為科學(xué)的密封結(jié)構(gòu)，不僅能達(dá)到較好的密封效果，也能使密封結(jié)構(gòu)安裝和維護(hù)更加簡(jiǎn)便，提高水輪機(jī)組運(yùn)行的效率，從而保證水電站供電質(zhì)量。實(shí)踐結(jié)果表明，本電廠采用的端面水壓密封結(jié)構(gòu)的替代，取得了良好的效果。

參考文獻(xiàn):

[1]趙海剛，馬志龍，徐大榮. 水輪機(jī)主軸密封比較與分析綜述[J]. 小水電，2009(3):25-28.

[2]翟建平廖煥華. 水輪機(jī)主軸密封漏水的故障分析及處理[J]. 潤(rùn)滑與密封，2011，36(12)：104-106.

何軍(1976-)，男，四川蘆山人，畢業(yè)于西安航空技術(shù)高等專(zhuān)科學(xué)校熱能工程專(zhuān)業(yè)，工程師，四川大川電力有限公司生技部經(jīng)理助理，從事水電生產(chǎn)安全運(yùn)行及設(shè)備管理工作;

李慧(1989-)，女，湖北荊州人，河海大學(xué)水利工程碩士，于四川大川電力有限公司從事水電生產(chǎn)運(yùn)行維護(hù)工作；

洪學(xué)亮(1965-)，男，四川大邑人，畢業(yè)于重慶水輪機(jī)廠職工大學(xué)水輪機(jī)及調(diào)速器安裝專(zhuān)業(yè)，技師，四川大川電力有限公司大川電廠廠長(zhǎng)助理，從事水輪機(jī)安裝與維護(hù)、水電廠設(shè)備管理工作；

劉知雨(1989-)，男，遼寧昌圖人，畢業(yè)于三峽大學(xué)科技學(xué)院水利水電工程專(zhuān)業(yè)，助理工程師，于四川大川電力有限公司從事水電生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)管理工作.

(責(zé)任編輯：卓政昌)

金沙江白鶴灘水電站環(huán)境影響報(bào)告書(shū)獲環(huán)境保護(hù)部批復(fù)

日前，環(huán)境保護(hù)部以環(huán)審[2015]240號(hào)文對(duì)金沙江白鶴灘水電站環(huán)境影響報(bào)告書(shū)進(jìn)行了批復(fù)，原則同意環(huán)境影響報(bào)告書(shū)所列建設(shè)內(nèi)容和擬采取的生態(tài)環(huán)境保護(hù)措施。 白鶴灘水電站是我國(guó)繼三峽、溪洛渡之后的又一座千萬(wàn)千瓦級(jí)的水電站，其環(huán)境影響程度大。本工程環(huán)境影響評(píng)價(jià)工作前后歷時(shí)10年，在評(píng)價(jià)過(guò)程中對(duì)區(qū)域環(huán)境進(jìn)行了詳細(xì)的監(jiān)測(cè)、調(diào)查，先后開(kāi)展了多項(xiàng)專(zhuān)題研究，提交了18冊(cè)約280萬(wàn)字的環(huán)境影響評(píng)價(jià)成果。作為裝機(jī)規(guī)模僅次于三峽水利樞紐的國(guó)內(nèi)第二大水電站，華東院對(duì)白鶴灘項(xiàng)目的環(huán)境影響進(jìn)行了深入研究，在水生生物棲息地保護(hù)、水溫影響及低溫水減緩措施等方面又取得了顯著的突破。報(bào)告書(shū)于2014年8月審查通過(guò)后，華東院會(huì)同三峽公司精心準(zhǔn)備了環(huán)境保護(hù)部司務(wù)會(huì)、司長(zhǎng)專(zhuān)題會(huì)、部務(wù)會(huì)和部長(zhǎng)專(zhuān)題會(huì)的匯報(bào)材料，使項(xiàng)目環(huán)評(píng)順利獲得了審批。

收稿日期:2015-10-29

文章編號(hào):1001-2184(2015)06-0172-03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

中圖分類(lèi)號(hào):TK733+.1；U464.133+.4；TM358

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