水輪機(jī)主軸密封結(jié)構(gòu)漏水原因分析及改造措施

(安徽省淠史杭灌區(qū)管理總局淠東干渠管理處，安徽 六安 237009)

QC(Quality Control)方法在產(chǎn)品質(zhì)量管理上已得到普遍運(yùn)用。近年來(lái)，運(yùn)用QC方法提高安全生產(chǎn)管理效率已在許多行業(yè)中開(kāi)展。QC管理方法具有較強(qiáng)的科學(xué)性和規(guī)范性，可以避免粗放式的管理理念、方法和經(jīng)驗(yàn)主義造成的管理效果不穩(wěn)定的局面。用QC小組活動(dòng)這一科學(xué)、有序、規(guī)范的方法和手段指導(dǎo)管理工作，可以確保安全生產(chǎn)狀況處于受控狀態(tài)。淠東干渠管理處九里溝水電站運(yùn)用QC方法，優(yōu)化了水輪機(jī)主軸密封結(jié)構(gòu)，大大縮短了檢修時(shí)間，取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和工程效益。

1 選題背景

九里溝水電站位于六安市北郊，利用淠河總干和淠東干渠的輸水落差發(fā)電，裝有JP502-LH-180水輪機(jī)三臺(tái),水輪機(jī)的主軸采用盤(pán)根密封。自運(yùn)行以來(lái)，主軸密封漏水嚴(yán)重。由于原始設(shè)計(jì)時(shí)沒(méi)有充分考慮機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸的限制，造成難以準(zhǔn)確地調(diào)試密封盤(pán)根，多次維修未能徹底解決這一問(wèn)題，漏水量大時(shí)容易造成水淹泵房，嚴(yán)重威脅運(yùn)行安全。該站決定成立QC小組，用QC方法消除這一隱患。

2 現(xiàn)狀調(diào)查

九里溝水電站于2014年進(jìn)行了增效擴(kuò)容改造。在改造過(guò)程中，水導(dǎo)軸承原設(shè)計(jì)為旋轉(zhuǎn)油盆巴氏合金筒瓦結(jié)構(gòu)，主軸密封位于旋轉(zhuǎn)油盆下方。試運(yùn)行時(shí)發(fā)現(xiàn)，主軸密封經(jīng)過(guò)一段時(shí)間運(yùn)行，填料磨損，漏水量明顯增大，須要壓緊盤(pán)根。但由于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，壓緊盤(pán)根須要先拆卸水導(dǎo)軸承，而水導(dǎo)軸承的設(shè)計(jì)不利于安裝拆卸，旋轉(zhuǎn)油盆蓋在裝拆中，操作空間僅70mm，且須要盲操裝拆固定螺栓，工作效率極低，一次裝拆最少須要3天。同時(shí)，水導(dǎo)拆除后才能調(diào)整盤(pán)根，使得盤(pán)根松緊度不能帶水調(diào)整，全部回裝完畢后才能試車(chē)，如果太松則漏水量太大，如果太緊則很快會(huì)燒毀填料，調(diào)整不當(dāng)只能重復(fù)拆裝調(diào)整。2號(hào)機(jī)是先安裝完成的機(jī)組，投運(yùn)僅兩個(gè)月，就發(fā)生過(guò)兩次密封填料燒毀和一次水淹水導(dǎo)的事故。鑒于以上情況，該站制定了調(diào)整方案，將水導(dǎo)瓦從稀油潤(rùn)滑巴氏合金瓦改成水潤(rùn)滑彈性金屬塑料瓦，取消旋轉(zhuǎn)油盆。把更換盤(pán)根的時(shí)間從3天以上縮短到8h左右，而且再也不用擔(dān)心水淹水導(dǎo)的事故發(fā)生。

通過(guò)兩年的運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，雖然水導(dǎo)瓦改造后不存在水淹水導(dǎo)的隱患了，但每次緊固或更換主軸密封盤(pán)根時(shí)，仍然須要拆卸水導(dǎo)，停機(jī)處理；每次緊固盤(pán)根只需0.5h，拆裝水導(dǎo)則需要5.5h，且盤(pán)根的松緊度調(diào)整完全憑運(yùn)氣。一旦因?yàn)榉姥吹忍厥庠蛟斐刹荒芗皶r(shí)停機(jī)處理，漏水就會(huì)大幅度增加，給集水井排水帶來(lái)壓力，稍有不慎，就有水淹泵房的危險(xiǎn)，形成較大安全隱患。為消除隱患，減少停機(jī)損失，降低檢修工作量，節(jié)約能源，須要進(jìn)一步解決這一問(wèn)題。

3 目標(biāo)設(shè)定

QC小組根據(jù)設(shè)備現(xiàn)狀和改造難易程度，通過(guò)詳細(xì)的分析討論，將本次QC目標(biāo)設(shè)定為：縮短密封檢修處理時(shí)間，更換盤(pán)根由改造前的8h縮短為改造后的1h左右；緊固盤(pán)根由改造前的6h縮短為改造后的30min左右，并實(shí)現(xiàn)不停機(jī)操作。目標(biāo)的可行性分析如圖1所示。

4 原因分析

密封結(jié)構(gòu)如圖2所示。針對(duì)主軸密封漏水量大、檢修困難的品質(zhì)特性，采用魚(yú)骨圖(特性要因圖)法，從人、機(jī)、料、環(huán)、法五個(gè)層面進(jìn)行梳理分析，最終得出影響目標(biāo)的末端因素主要有以下幾個(gè)方面：

a.環(huán)境因素。機(jī)坑狹小，沒(méi)有足夠的操作空間，主軸密封裝拆困難。

b.材料因素。盤(pán)根材料的選型不合適，要兼顧材料的耐磨性、彈性、潤(rùn)滑性和密封性。

c.方法因素。盤(pán)根的裝拆程序不合理。

5 確定要因

5.1 要因分析

為了找出主軸密封檢修時(shí)間長(zhǎng)的主要原因，QC小組制定了要因確認(rèn)分析表，詳見(jiàn)表1。

5.2 確認(rèn)要因

a.該機(jī)的水導(dǎo)軸承和主軸密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不科學(xué)，沒(méi)有充分考慮到安裝實(shí)際。由于大機(jī)組結(jié)構(gòu)尺寸較大，可以在不拆卸水導(dǎo)軸承的情況下直接調(diào)整或更換密封填料，本機(jī)屬小型機(jī)組，支持蓋較小，不拆卸水導(dǎo)軸承無(wú)法對(duì)主軸密封進(jìn)行調(diào)整或更換。結(jié)構(gòu)尺寸的限制屬要因，但無(wú)法更改。

b.盤(pán)根材料對(duì)密封效果和調(diào)整周期也有較大影響，先后試用石墨、聚四氟乙烯、芳綸纖維等不同性能的材料，但效果均不明顯，說(shuō)明盤(pán)根材料選型不合理不是要因。

表1 要因確認(rèn)分析

c.該機(jī)的盤(pán)根結(jié)構(gòu)位于水導(dǎo)下方，調(diào)整主軸密封這一操作本身時(shí)間短、工藝簡(jiǎn)單，但大量時(shí)間都花在拆裝水導(dǎo)軸承上，且須停機(jī)，時(shí)間長(zhǎng)、勞動(dòng)量大、調(diào)節(jié)精度差，對(duì)發(fā)電和安全生產(chǎn)都造成重大影響。如能優(yōu)化結(jié)構(gòu)，使盤(pán)根的裝拆無(wú)須拆卸水導(dǎo)，則可解決問(wèn)題。盤(pán)根的裝拆程序不合理屬要因。

6 對(duì)策實(shí)施

6.1 制定思路

通過(guò)對(duì)要因的分析發(fā)現(xiàn)，改變主軸密封的位置，可以解決問(wèn)題。原水導(dǎo)軸承是稀油潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，不能進(jìn)水，所以必須將主軸密封設(shè)置在軸承下方，阻止?jié)B漏水進(jìn)入旋轉(zhuǎn)油盆。改成水潤(rùn)滑彈性金屬塑料瓦后，水導(dǎo)瓦就在水中運(yùn)行，此時(shí)可將主軸密封改造到水導(dǎo)軸承上方，這樣，更換盤(pán)根就不需要拆除水導(dǎo)了，緊固盤(pán)根則可以不停機(jī)操作。該站發(fā)電水源來(lái)自灌溉渠道，常年保持清潔的Ⅱ類(lèi)水，密封位置調(diào)整后，并無(wú)發(fā)電用水對(duì)水導(dǎo)產(chǎn)生過(guò)量的磨損侵蝕之憂(yōu)。

6.2 改造方案

利用原上油盆加工成為密封座的安裝基礎(chǔ)，將原密封整體上移至上油盆內(nèi)，這樣工程量小，不影響軸承外觀，還可以利用原油盆蓋的迷宮環(huán)結(jié)構(gòu)，防止運(yùn)行中滲漏水飛濺。具體方案見(jiàn)圖3。

圖3 主軸密封改造

6.3 改進(jìn)后的對(duì)策目標(biāo)檢查

2017年3月，QC小組結(jié)合九里溝水電站年度檢修，對(duì)3號(hào)機(jī)主軸密封進(jìn)行了改造。經(jīng)發(fā)電運(yùn)行使用至今，密封上移后，每次緊固盤(pán)根只須要10～15min，且可不停機(jī)進(jìn)行；更換盤(pán)根時(shí)間不到1h。改造后可以在帶水運(yùn)行的情況下調(diào)整盤(pán)根松緊度，調(diào)整簡(jiǎn)單、精確，大大減少了漏水量，也減少了集水井的排水泵啟動(dòng)次數(shù)和運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)要求。

7 效果檢查

7.1 改造前后效果對(duì)比

檢查內(nèi)容：主軸密封漏水處理環(huán)節(jié)用時(shí)量化指標(biāo)，分別取改造前和改造后兩次處理時(shí)間的平均值。見(jiàn)表2。

表2 改造前后主軸密封處理用時(shí)對(duì)比

7.2 效益分析

7.2.1 經(jīng)濟(jì)效益

本次改造，沒(méi)有增加機(jī)組設(shè)備，主要是消除原設(shè)計(jì)缺陷，在原設(shè)備基礎(chǔ)上進(jìn)行再設(shè)計(jì)和加工，改造的費(fèi)用為6000元/臺(tái)。

通過(guò)改造，主軸密封滲漏水處理時(shí)間大大縮短。按照每年緊固盤(pán)根操作11次、更換填料1次計(jì)算，改造前須要停機(jī)74h，改造后僅須停機(jī)45min。按照額定負(fù)荷1600kW計(jì)算，發(fā)電效益一項(xiàng)即可節(jié)約43282元；檢修勞動(dòng)量大大降低，節(jié)約了檢修成本；排水泵運(yùn)行時(shí)間減少，節(jié)約了電力成本。經(jīng)濟(jì)效益具體分析見(jiàn)表3。

表3 主軸密封QC活動(dòng)技術(shù)改造經(jīng)濟(jì)效益分析(一臺(tái)機(jī)組) 單位：元

注電費(fèi)按上網(wǎng)電價(jià)0.3693元/(kW·h)計(jì)，人工成本按140元/工日計(jì)，材料成本按密封填料1000元/次計(jì)，輔料200元/次計(jì)。

7.2.2 安全效益和社會(huì)效益

a.提高設(shè)備安全性能，消除水淹泵房的安全隱患。

b.提高機(jī)組的可靠性和穩(wěn)定性，從而提高供水保證率和汛期調(diào)度的靈活性。

c.降低檢修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

8 結(jié) 語(yǔ)

九里溝電站水輪機(jī)主軸密封漏水量大的問(wèn)題長(zhǎng)時(shí)間未得到根本解決。本次對(duì)主軸密封的改造取得了成功，其意義不僅在于消除設(shè)備缺陷，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益，還在于通過(guò)QC方法的運(yùn)用，使改造過(guò)程體現(xiàn)科學(xué)管理、規(guī)范管理的原則，提高員工分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，增強(qiáng)團(tuán)隊(duì)精神和創(chuàng)新精神。今后還要按照持續(xù)改進(jìn)的要求，用QC方法進(jìn)一步指導(dǎo)檢修管理的實(shí)踐。