水輪機(jī)主軸密封技術(shù)研究

于家盛

摘 要 近年來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，在發(fā)展的同時(shí)，對(duì)供電的需求也不斷提高，而現(xiàn)如今電力生產(chǎn)的主要渠道是通過(guò)水電廠(chǎng)，水電廠(chǎng)如今和人們的生活密切相連。在水電廠(chǎng)中，水輪機(jī)是其重要的組成部分，而對(duì)水輪機(jī)來(lái)說(shuō)，主軸密封是不可缺少的重要部件。但是主軸密封容易出現(xiàn)故障，其安全性沒(méi)有得到非常好的保障，所以這個(gè)問(wèn)題也是目前國(guó)內(nèi)水電行業(yè)亟待解決的問(wèn)題。目前水輪機(jī)通常會(huì)在高壓、高速的環(huán)境下進(jìn)行工作，這對(duì)水輪機(jī)的工作又造成了非常大的壓力，其中的密封件容易受到水中的泥沙磨損，漏水的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，這使得工作效率急劇下降，可靠性也隨之降低，所以需要定時(shí)的更換密封件。針對(duì)出現(xiàn)的這種狀況，水輪機(jī)的主軸密封才開(kāi)始出現(xiàn)，它的出現(xiàn)代替了傳統(tǒng)的水輪機(jī)密封元件，能夠使水輪機(jī)正常運(yùn)作，且提高了工作效率和質(zhì)量。

關(guān)鍵詞 水電站;水輪機(jī);主軸密封;密封技術(shù)

1 水輪機(jī)主軸密封的意義和分類(lèi)

水輪機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)化機(jī)器，是通過(guò)一定的方式將水能轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)的機(jī)械能，產(chǎn)生機(jī)械能之后，再通過(guò)轉(zhuǎn)輪的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生電能。水輪機(jī)的動(dòng)力來(lái)源于水，由于我國(guó)的地勢(shì)特點(diǎn)以及河流特點(diǎn)，河流中的泥沙較多，尤其是在雨季，較多的泥沙會(huì)給傳統(tǒng)的密封方式帶來(lái)破壞。很多密封方式在使用一段時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，從而影響正常的使用，開(kāi)始出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象。

水輪機(jī)的主軸密封能夠?qū)λ啓C(jī)起到保護(hù)作用，這種裝置的使用能夠保證水輪機(jī)正常運(yùn)行，它能夠有效阻擋水流從主軸與頂蓋之間間隙上溢，能夠防止水輪機(jī)導(dǎo)軸承及頂蓋被淹，能夠維持軸承和機(jī)組的正常運(yùn)行。

在目前水輪機(jī)主軸密封主要有兩種分類(lèi)：①按工作性質(zhì)劃分的，分為檢修密封和工作密封。工作密封中有又有許多分類(lèi)，按照密封的結(jié)構(gòu)形式可以分為：平板密封、盤(pán)根密封、端面密封等;②按水輪機(jī)主軸密封結(jié)構(gòu)劃分的，分為接觸式密封和非接觸式密封。非接觸式密封方式包括反螺旋密封、離心式密封[1]。

2 水輪機(jī)主軸密封控制技術(shù)

2.1 水輪機(jī)主軸的密封

檢修密封：檢修密封按其結(jié)構(gòu)形式可以分為：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)。

工作密封：工作密封按照密封結(jié)構(gòu)形式可以分為：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鋼圓環(huán)緊貼起到密封作用。迷宮環(huán)密封的工作原理是在水輪機(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]。

2.2 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)。這樣一來(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)。

2.3 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)心式心形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(mǎn)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。

3 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[3]。

4 結(jié)束語(yǔ)

在水電廠(chǎng)的實(shí)際工作中，水輪機(jī)的主軸密封處于非常重要的位置，它能夠影響水輪發(fā)電機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)，好的密封方式能夠使水輪發(fā)電機(jī)處于較穩(wěn)定、可靠的狀態(tài)。相關(guān)工作人員應(yīng)該秉持認(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] 李軍，朱曉東，王申，等.水輪機(jī)主軸密封水壓異常波動(dòng)原因分析及處理[J].西北水電，2018，169（2）：70-72，76.

[2] 李會(huì)敏，楊光永，陳躍斌，等.小型水輪機(jī)組主軸密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].電氣技術(shù)，2018，19（1）：72-76.

[3] 陳傳坤.多布水電站主軸密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和安裝工藝[J].水電站機(jī)電技術(shù)，2016，39（3）：1-2.