越南某水電站主軸密封漏水量偏大原因分析及處理

王筱東

摘 要：越南某水電站兩臺機組自投運以來一直存在著主軸密封漏水問題，且越來越糟糕，嚴重影響了安全運行。經(jīng)過多次調(diào)查和實際考證，終于找到了主軸密封漏水偏大的原因，并進行了改造處理，取得了良好的效果。

關(guān)鍵詞：水輪機;主軸密封;技術(shù)改造

中圖分類號：TV738 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）20-0136-02

1 概況

某水電站位于越南廣南省邦河上，額定水頭330m，吸出高度-6.7m，額定轉(zhuǎn)速600rpm，單機容量50MW，總裝機容量為100MW，水輪機為立軸混流式。1號機于2018年6月發(fā)電并入越南國家電網(wǎng)，3個多月后發(fā)現(xiàn)運行時頂蓋漏水量越來越大，停機投入檢修密封后頂蓋基本不漏水。2號機在7月發(fā)電后就發(fā)現(xiàn)運行時頂蓋漏水量很大，停機投入檢修密封后頂蓋基本不漏水。

2 水輪機主軸密封工作原理

為防止水輪機的漏水進入水輪機室，進而滲入水導(dǎo)軸承，妨礙水導(dǎo)軸承的正常工作，水輪機裝有主軸密封。主軸密封裝在水輪機頂蓋上面、水導(dǎo)軸承下面，按工作性質(zhì)分為工作密封和檢修密封，結(jié)構(gòu)見圖1。

工作密封由活塞座、密封活塞和轉(zhuǎn)動環(huán)組成。活塞座采用不銹鋼，設(shè)4個密封活塞定位銷，用于限制密封活塞僅作上下運動、不作環(huán)向和徑向運動，底部設(shè)有進水孔;密封活塞采用耐油耐水聚氨酯材料，內(nèi)、外側(cè)各均勻布置8個Φ12mm尼龍導(dǎo)向柱，中部均勻布置16個Φ2.5mm通孔作為技術(shù)供水通道，底部接通主軸密封技術(shù)供水，密封活塞在通入活塞座底部的技術(shù)供水的壓力作用下，被向上頂起，接觸到轉(zhuǎn)動環(huán)后實現(xiàn)密封。同時，活塞座底部的技術(shù)供水則通過16個通孔進入到密封活塞與轉(zhuǎn)動環(huán)的接觸面，當密封活塞與轉(zhuǎn)動環(huán)接觸后，接觸面之間就形成了流動的水膜。這時若機組開始轉(zhuǎn)動，則轉(zhuǎn)動環(huán)與密封活塞的磨擦就是與流動水膜的磨擦。這樣流動水膜不僅能保護密封活塞，還能將磨擦引起的熱量帶走。根據(jù)廠家圖紙要求，主軸工作密封技術(shù)供水壓力視漏水情況在0.05-0.3MPa范圍內(nèi)調(diào)整，且不得中斷壓力水。密封活塞下部設(shè)銅帶，活塞座外設(shè)密封磨損監(jiān)測用金屬接近開關(guān)，當密封活塞磨損殆盡時發(fā)出信號。

檢修密封為橡膠材料的實心空氣圍帶，安裝在檢修密封座的圓槽內(nèi)。機組停機時，滲漏水經(jīng)轉(zhuǎn)輪和上止漏梳齒環(huán)之間的間隙流到轉(zhuǎn)輪上腔，這時空氣圍帶充氣投入，利用空氣圍帶方型凸頭抱緊水機軸，阻斷水流竄入水輪機頂蓋的通道，實現(xiàn)密封作用。再次啟機時，空氣圍帶要先排氣退出，滲漏水經(jīng)過轉(zhuǎn)輪和梳齒逐步減壓，利用阻力損失減小漏水量，只有少量漏水會流至水輪機室，經(jīng)過排水管排至集水井。

電站機組技術(shù)供水取自尾水，經(jīng)主濾水器過濾后供給機組各冷卻器，主軸工作密封用的技術(shù)供水還要通過精濾后才能使用，主過濾器末端水壓通常為0.4MPa，在每個精濾前后又各設(shè)有1個小型閘閥，用來調(diào)節(jié)主軸工作密封的水量和壓力，在主軸工作密封技術(shù)供水管上裝有壓力表用于監(jiān)視技術(shù)供水壓力。

3 原因分析

為了解決主軸密封漏水量大的問題，電站運行期間經(jīng)過多次調(diào)整、各種嘗試，均未改觀，最后于2018年11月檢修期間首先對2號機主軸工作密封進行解體。觀察發(fā)現(xiàn)，原厚度為60mm的工作密封活塞已嚴重磨損、毀壞、變形，見圖2。

其厚度最高處25mm、最低處15mm，且內(nèi)、外磨損不均勻。我們分析工作密封活塞在工作中可能出現(xiàn)下面幾種情況：

（1）首次開機時，因為技術(shù)供水管堵塞或其它原因?qū)е聣毫λ疅o法通入工作密封活塞下腔，使工作密封活塞無法頂起，這時因其上端面與轉(zhuǎn)動環(huán)之間仍保持有4.5mm的間隙，所以不會發(fā)生運動磨擦。

（2）開機時，工作密封活塞頂起后，若技術(shù)供水突然中斷，則工作密封活塞也不會發(fā)生運動磨擦;若技術(shù)供水水壓太大，則可能使工作密封活塞緊貼轉(zhuǎn)動環(huán)，發(fā)生運動磨擦。

（3）停機時，若技術(shù)供水切斷后，工作密封活塞卡在了頂起位置，那么下次開機時，工作密封活塞將會被水壓頂緊，通流孔也會被轉(zhuǎn)動環(huán)堵死，磨擦面之間就無法形成流動水膜。若此時機組轉(zhuǎn)動，那么在轉(zhuǎn)動初期就會出現(xiàn)短時干磨擦或臨界干磨擦的情況。

所以，若存在定位銷生銹、傾斜，或工作密封活塞的定位銷孔偏小、變形等情況，則工作密封活塞在機組停機后就會卡在頂端。

經(jīng)過上述分析和現(xiàn)場照片，我們認為：電站2號機組在停機后，由于工作密封活塞仍卡在頂起位置，導(dǎo)致工作密封活塞的磨擦面在下次開機時沒有產(chǎn)生流動水膜，轉(zhuǎn)動環(huán)與工作密封活塞之間出現(xiàn)干磨擦或臨界干磨擦，最終致使工作密封活塞嚴重磨損、毀壞。

4 處理與對策

（1）將備件工作密封活塞放入活塞座時，明顯發(fā)卡、很難放入。復(fù)測周長后發(fā)現(xiàn)明顯偏長，所以將其周長裁去6mm、定位銷孔直徑周向擴大1mm、下端面內(nèi)外徑各刮去1mm，保證工作密封活塞能夠輕易滑動，不被卡死。

（2）將16個均布的Φ2.5mm通流孔增大到Φ4mm，增加潤滑技術(shù)供水流量。

（3）將工作密封活塞內(nèi)、外側(cè)16個均布的Φ12mm導(dǎo)向柱向上墊高突出端面0.3mm，使其與轉(zhuǎn)動環(huán)的磨擦面之間形成固定的0.3mm間隙。這樣即使工作密封活塞失壓后被卡住，只要頂蓋有一些清潔水，當機組運行后，轉(zhuǎn)動環(huán)就能將水引入磨擦面，在磨擦面之間形成流動的水膜。

（4）通過臨時壓力水源測試，密封活塞在水壓為0.04MPa時就已形成足夠的流動水膜。

（5）2號機再次投運后，頂蓋漏水量明顯很小，經(jīng)過長期運行后依然沒有變大，事實證明上述改造處理得當，效果明顯。

5 建議

（1）根據(jù)開機流程，主軸工作密封要先通入技術(shù)供水，尤其是新安裝的機組，在技術(shù)供水壓力還沒有整定到一個合理的范圍時，開機前應(yīng)該盡可能的調(diào)低技術(shù)供水壓，機組運行后再一步步調(diào)整。

（2）在工作密封活塞上均勻設(shè)置通水孔、孔徑一定要合理，能使底部的水從多個通孔流到工作密封活塞和轉(zhuǎn)動環(huán)的接觸面，增加動壓效應(yīng)、減少接觸面壓比，提高冷卻效果。

（3）新型密封活塞材料聚氨酯雖然較傳統(tǒng)的橡膠材料更加耐磨，但是由于其摩擦發(fā)熱不會和橡膠材料那樣發(fā)出燒焦的味道，一般不宜發(fā)現(xiàn)磨損異常。建議用PT100監(jiān)測密封活塞溫度，溫度異常時及時做出調(diào)整。

（4）電站運行人員必須注意觀察機組運行時頂蓋壓力、漏水量和主軸密封技術(shù)供水壓力，合理調(diào)整工作密封運行水壓，防止因壓力過高導(dǎo)致主軸工作密封活塞和轉(zhuǎn)動環(huán)的比壓過大而燒毀。廠家圖紙中推薦的工作密封技術(shù)供水壓力值僅供參考，運行人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場實際情況靈活調(diào)整，如果發(fā)現(xiàn)頂蓋漏水量變大，不能只知道增大技術(shù)供水壓力，也應(yīng)嘗試降低技術(shù)供水壓力，反而可能會使漏水量減小、也會減少工作密封活塞與轉(zhuǎn)動環(huán)的壓比。

參考文獻

[1] 孫玉名.淺析中寨電站水輪機主軸密封的結(jié)構(gòu)改造[J].云南水力發(fā)電，2005（1）：88-89.

[2] 韋蘭庭.混流式水輪機主軸密封燒損事故處理[J].水利電力，2013（7）：40-42.

Analysis and Treatment on Big Leakage from the Main Shaft Seal of

A Hydropower Project in Vietnam

WANG Xiao-dong

（Dongfang Electric International Corporation，Chengdu Sichuan ?611731）

Abstract：There has been a problem of leakage from the main shaft seal since the two units of a hydropower station in Vietnam have been put into operation， which is becoming more and more bad， seriously affecting the safety operation. After many investigations and actual verifications， the reason of big leakage from the main shaft seal was found and treated， good results were obtained.

Key words：hydro turbine; main shaft seal; technical reform