水輪機(jī)主軸密封技術(shù)探討

樊存

【摘要】水輪機(jī)的主軸密封效果不好會(huì)造成主軸在工作過(guò)程中產(chǎn)生摩擦，損壞設(shè)備，隨著磨損的增加還會(huì)造成漏水現(xiàn)象，降低水輪機(jī)的運(yùn)行效率和使用壽命。文章概述了水輪機(jī)主軸密封的意義，探討了水輪機(jī)主軸密封技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】水電站；水輪機(jī)；主軸密封；密封技術(shù)

一、主軸密封工作原理

水輪機(jī)的主軸密封主要分為停機(jī)密封和工作密封。停機(jī)密封主要起到輔助主軸密封的作用，它主要在水輪機(jī)停機(jī)檢修過(guò)程中起到密封的作用。一般情況下水電站停機(jī)密封使用空氣圍帶式密封形式較多，能占到百分之七十五左右，空氣圍帶式密封主要的工作原理是在正常工作時(shí)，水輪機(jī)軸和圍帶排氣之間保持一定距離間隙；需要進(jìn)行停機(jī)檢修時(shí)，會(huì)向水輪機(jī)軸和圍帶排氣的空隙中充入一定壓力的壓縮空氣，這時(shí)空氣圍帶的橡膠會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，使水輪機(jī)軸密封抱緊，阻止水出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。在運(yùn)行狀態(tài)下也存在密封，主要是橡膠活塞式密封。主要有移動(dòng)橡膠環(huán)、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和密封座環(huán)三部分組成。轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)需要在水輪機(jī)軸上進(jìn)行固定，使之與機(jī)組保持同步的轉(zhuǎn)動(dòng)。密封座環(huán)需要固定在內(nèi)蓋法蘭的上面，一般情況下內(nèi)部為U型設(shè)計(jì)，在U 型環(huán)內(nèi)安放可移動(dòng)的橡膠環(huán)，在橡膠環(huán)上每九十度鉆一個(gè)8毫米的圓孔，對(duì)稱(chēng)兩個(gè)為銷(xiāo)子導(dǎo)向滑孔，確保橡膠環(huán)能沿著銷(xiāo)子進(jìn)行上下兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。在圓周方向上不出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。其余兩個(gè)為冷卻通水孔。座環(huán)U型底部進(jìn)水孔的設(shè)計(jì)，從進(jìn)入供水總管經(jīng)電磁閥和手閥控制引水到進(jìn)水孔，可以操作移動(dòng)橡膠環(huán)向上移動(dòng)使橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)接觸，密封水輪機(jī)的漏水。

二、水輪機(jī)主軸密封控制技術(shù)

1、水輪機(jī)主軸的密封

（1）檢修密封：檢修密封按其結(jié)構(gòu)型式可以分為：空氣圍帶式、機(jī)械式和抬機(jī)式檢修密封。但在實(shí)際中大多數(shù)運(yùn)用空氣圍帶檢修密封。它主要由固定環(huán)和橡膠空氣圍帶組成，在工作時(shí)，向空氣圍帶充入0.4～0.7Mpa的空氣壓力，使空氣圍帶橡皮膨脹，報(bào)緊主軸，防止水進(jìn)入；當(dāng)開(kāi)機(jī)時(shí)，將空氣圍帶里的壓縮氣體排除，使其收縮，讓空氣圍帶與主軸之間保持1.5～2mm的間隙。該檢修密封結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作容易，密封效果好，大多數(shù)機(jī)組檢修密封都用此種結(jié)構(gòu)。

（2）工作密封：工作密封按照密封結(jié)構(gòu)型式可以分為：平板密封、徑向密封、盤(pán)根密封、端面密封以及迷宮環(huán)密封。

平板密封主要是利用單層橡膠板與固定在主軸上的不銹鋼轉(zhuǎn)環(huán)端面形成密封，靠水壓力進(jìn)行密封，目前在中小型軸流機(jī)組中還應(yīng)用。徑向密封它是由若干塊扇形碳精塊在鋼扇形塊內(nèi)靠彈簧緊壓在主軸上，形成一層層的密封，在密封圈內(nèi)開(kāi)有小排水孔，將漏出的水由此排出，現(xiàn)在已經(jīng)基本淘汰被端面密封所代替。盤(pán)根密封是由底封環(huán)、盤(pán)根、水封環(huán)、水封管和壓蓋等部件組成，它主要是靠底封環(huán)和壓蓋壓緊套在中間的盤(pán)根，起到密封作用。該密封在小型臥式機(jī)組中使用比較普遍。端面密封有機(jī)械式和水壓式兩種。機(jī)械端面密封它是依靠彈簧將裝有圓形橡膠塊的圓盤(pán)拖起，使圓形橡膠塊和固定在主軸上的不銹剛圓環(huán)緊貼起到密封作用。迷宮環(huán)密封的工作原理是在在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪頂部設(shè)有泵板裝置，由于泵板的吸出作用，主軸法蘭始終處于大氣之中，軸與軸封間不接觸并只有一層空氣，該密封有極長(zhǎng)的壽命。該種新型密封已逐步被推廣，在多個(gè)電站中被應(yīng)用，且運(yùn)行效果較好。

2、水輪機(jī)大軸間隙密封

針對(duì)水輪機(jī)大軸間隙密封，通常水輪機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)一般設(shè)置有兩種密封裝置，一種是大軸端面密封，屬動(dòng)態(tài)密封，采用清潔水作為密封介質(zhì)，用于阻斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下轉(zhuǎn)輪室與頂蓋之間的水流串動(dòng)；另一種是檢修密封裝置，屬靜態(tài)密封，采用壓縮空氣作為密封介質(zhì)，用于阻斷機(jī)組停機(jī)狀態(tài)下轉(zhuǎn)輪室與頂蓋之間的水流串動(dòng)。這樣以來(lái)可以防止水淹軸承。當(dāng)機(jī)組運(yùn)行時(shí)，檢修密封裝置必須處于退出狀態(tài)，當(dāng)機(jī)組停機(jī)且密封水退出后，檢修密封裝置需處于投入狀態(tài)。

3、實(shí)心圍帶結(jié)構(gòu)

采用實(shí)心式心型密封條與密封座形成密閉氣室，在投入氣壓時(shí)氣壓將密封條推向大軸并與大軸貼緊密封從頂蓋上來(lái)的水，卸去氣壓后利用密封條自身的彈力和水壓作用恢復(fù)到原來(lái)的位置。實(shí)心式心型氣圍帶在使用中磨損變形，產(chǎn)生漏水，將密封槽徑向尺寸增加2.0mm，使其滿足心型橡皮條投入時(shí)在密封槽中移動(dòng)距離的要求。當(dāng)投入時(shí)壓縮空氣進(jìn)入空氣圍帶，使空氣圍帶的凸出部位抱緊水輪機(jī)大軸，切斷尾水以防水淹水車(chē)室。

三、水輪機(jī)密封的檢修

在正式檢修之前，應(yīng)該準(zhǔn)備好檢修期間的材料，做好檢修儀器設(shè)備的采購(gòu)規(guī)劃，根據(jù)檢修的實(shí)際情況，準(zhǔn)備好檢修圖紙、備品配件等。閱讀任務(wù)書(shū)，了解具體的任務(wù)項(xiàng)目、指導(dǎo)書(shū)清單，了解檢修難度，核實(shí)檢修組內(nèi)成員的實(shí)際情況，結(jié)合檢修組長(zhǎng)和組員的具體能力分配職責(zé)。對(duì)水輪機(jī)的振動(dòng)、擺度、瓦溫等數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄，也要將主閥靜水開(kāi)關(guān)的時(shí)間進(jìn)行必要的記錄。導(dǎo)葉漏水量、導(dǎo)葉開(kāi)關(guān)時(shí)間以及導(dǎo)葉壓緊行程等也要記錄在案。各個(gè)檢修組應(yīng)該準(zhǔn)備好指導(dǎo)書(shū)、工單等審批工作，手續(xù)齊全之后，可以正式開(kāi)始檢修工作，并將指導(dǎo)書(shū)、工票等帶到工作現(xiàn)場(chǎng)之中。與此同時(shí)，各個(gè)檢修組的負(fù)責(zé)人應(yīng)該完成安全、技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)等方面信息的交底，讓每個(gè)工作人員都能夠熟悉檢修內(nèi)容。還要在現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備好相應(yīng)的防護(hù)措施，防止檢修過(guò)程中造成污染。

結(jié)語(yǔ)

水輪機(jī)是水電站發(fā)電的重要設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障就會(huì)造成一定損失。為此，應(yīng)該通過(guò)觀察在這些障礙發(fā)生之前就予以排除，將設(shè)備故障可能造成的損失降低到最小。檢修人員應(yīng)該在檢修的過(guò)程中秉持認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，注意積累自己的經(jīng)驗(yàn)好技能，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及時(shí)處理，提升水輪機(jī)運(yùn)行的安全性與可靠性，為水電站的健康發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]董東旭，王濤.淺談水輪機(jī)導(dǎo)軸承檢修工藝的提高[J].電子設(shè)計(jì)工程，2013，（20）.