水電站機(jī)組主軸密封裝置運(yùn)行磨損問題及對(duì)策

韋家鵬

摘要：磨損問題是水電站機(jī)組主軸密封裝置的常見問題，會(huì)對(duì)設(shè)備造成損害。本文從密封裝置的設(shè)計(jì)、安全以及運(yùn)行等方面進(jìn)行分析，探討磨損形成的原因以及造成的損害，并且對(duì)該磨損問題提出了相應(yīng)的對(duì)策。

關(guān)鍵詞：水電站;主軸密封;運(yùn)行磨損

引言

水電站是我國重要的電站模式，在水電站運(yùn)行過程中，存在著主軸密封不穩(wěn)定、運(yùn)行磨損較大的問題。主軸密封裝置是水電站機(jī)組的核心保護(hù)裝置，其穩(wěn)定性對(duì)整個(gè)水電站運(yùn)行造成影響。但是在運(yùn)行過程中，容易發(fā)生水淹軸承等問題。選擇合適的主軸密封裝置，能夠保障水輪機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。從主軸密封裝置的運(yùn)行情況來看，運(yùn)行磨損是其運(yùn)行過程中的常見問題，影響使用安全和使用壽命。因此需要針對(duì)主軸密封裝置的運(yùn)行磨損進(jìn)行分析，提出解決措施，以確保水電站機(jī)組安全。

1 主軸密封裝置分析

1.1 主軸密封裝置的工作過程

在水電站機(jī)組的工作過程中，水流順著固定部件以及主軸轉(zhuǎn)動(dòng)部件進(jìn)入燈泡機(jī)艙內(nèi)，然后深入到達(dá)水導(dǎo)軸承。在運(yùn)行的過程中，為了防止水流進(jìn)入機(jī)艙內(nèi)部，需要合理設(shè)置主軸密封裝置。從水輪發(fā)電機(jī)機(jī)組的運(yùn)行情況來看，可以將主軸密封裝置分為停機(jī)態(tài)密封和運(yùn)行狀態(tài)密封兩種密封狀態(tài)。

1.2 主軸密封裝置的結(jié)構(gòu)

水電站機(jī)組的主軸密封裝置結(jié)構(gòu)主要是由密封環(huán)、密封環(huán)支架、密封座、滑環(huán)、壓緊彈簧等結(jié)構(gòu)構(gòu)成的。在水電站機(jī)組的運(yùn)行過程中，主軸密封裝置能夠起到有效的密封作用。主軸密封裝置的密封環(huán)為纖維橡膠，由螺栓固定于支架上;滑環(huán)為不銹鋼材料，在滑環(huán)的密封面上噴涂上一層陶瓷，能夠起到抗磨損的所用。在工作狀態(tài)下，水源連續(xù)供水，彈簧能夠?qū)⒚芊饷鎵壕o密封，從而起到密封的作用。密封裝置的供水設(shè)備不僅能夠持續(xù)供水，避免主軸密封干磨損，還可以起到冷卻和潤(rùn)滑的作用。在水電站機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)情況下，由主軸密封裝置灌入壓縮空氣進(jìn)入圍帶，圍帶橡皮膨脹，有效的填充于主軸密封裝置中的密封環(huán)支架和滑環(huán)之間。在啟動(dòng)密封之后，排出圍帶內(nèi)空氣，起到密封效果。

1.3 水電站機(jī)組主軸密封運(yùn)行分析

本文所研究的水電站所處的地區(qū)河砂情況相對(duì)嚴(yán)重，因此存在著水電站密封組件容易磨損，影響密封裝置的密封性能等問題。為了減少運(yùn)行磨損，水電機(jī)組在密封裝置進(jìn)口處設(shè)置迷宮環(huán)分半結(jié)構(gòu)的賽斯德爾密封圈。密封圈與主軸法蘭面的移動(dòng)支架相連接，能夠有效地阻止泥沙進(jìn)入，從而改善運(yùn)行情況。將主軸裝置的密封固定部分把合在導(dǎo)流錐體上，并且組成完整的密封體系，能夠形成反壓，以阻止外界河水中的泥沙進(jìn)入密封裝置內(nèi)。如果在運(yùn)行過程中，密封裝置的橡膠平板發(fā)生磨損，可以調(diào)節(jié)螺釘以控制器松緊度，從而確?？刂破髅芊庾饔谩?/p>

2 主軸密封裝置運(yùn)行檢修情況分析

本文所研究的水電站機(jī)組，在開機(jī)運(yùn)行半年內(nèi)，就出現(xiàn)兩個(gè)機(jī)組主軸密封裝置密封不緊密，漏水現(xiàn)象嚴(yán)重。為了改善漏水情況，在主軸裝設(shè)特質(zhì)橡膠圈，情況有所好轉(zhuǎn)。但是在2個(gè)月后，又再次出現(xiàn)漏水的問題，導(dǎo)致停機(jī)檢修。

對(duì)機(jī)組的漏水情況進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)下面問題：（1）主軸密封裝置的橡膠平板磨損嚴(yán)重，從主軸密封裝置的橡膠平板和抗磨環(huán)來看，橡膠平板的磨損十分嚴(yán)重，基本上達(dá)不到密封的效果，而且其工作的部位基本已經(jīng)全部磨損;（2）密封裝置的抗泥沙密封圈和轉(zhuǎn)動(dòng)支架接觸部位磨損，從接觸部位來看，出現(xiàn)了嚴(yán)重磨損后的溝槽，泥沙對(duì)接觸部位的磨損十分嚴(yán)重，造成抗泥沙密封圈的磨損變形。

3 主軸密封裝置磨損原因分析

結(jié)合主軸密封裝置的結(jié)構(gòu)以及磨損情況，通常主軸密封裝置的磨損會(huì)分為多種情況。如果是金屬部件引發(fā)的磨損，會(huì)導(dǎo)致冒煙、發(fā)熱等情況，但是在實(shí)際運(yùn)行過程中，主要是密封材料磨損，金屬部件不易損壞。結(jié)合主軸密封裝置的運(yùn)行情況和特點(diǎn)，分析其磨損的原因如下。

3.1 泥沙入侵

對(duì)機(jī)組主軸密封部件的磨損痕跡以及運(yùn)行監(jiān)控來看，機(jī)組內(nèi)部并沒有發(fā)生金屬部件的磨損，也沒有出現(xiàn)供水不足引發(fā)的干磨等情況。對(duì)磨損的情況來看，沒有金屬磨損的痕跡，磨損部位也沒有出現(xiàn)發(fā)熱冒煙等情況，因此可知主要發(fā)生干性摩擦，而不是金屬部件磨損。對(duì)發(fā)電機(jī)組進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)主軸密封下面有大量的泥沙，可知主要是由于泥沙入侵密封部件，從而造成了密封部件的磨損。

結(jié)合主軸密封部件磨損和泥沙的情況可知，引發(fā)泥沙入侵的情況主要有下面幾種：（1）主軸密封腔水室內(nèi)沒有形成清潔密封水壓，而且主軸密封供水單元的過濾功能不全，在控制單元總管上只有一個(gè)壓力表，沒有其他的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)，導(dǎo)致運(yùn)行過程沒有形成有效的密封水壓，在外界泥沙等作用下，供水管道將會(huì)發(fā)生堵塞，從而導(dǎo)致主軸密封潤(rùn)滑水壓過低，引發(fā)泥沙磨損，尤其在水電站所處的汛期，泥沙磨損會(huì)更加嚴(yán)重;（2）機(jī)組啟動(dòng)與監(jiān)控系統(tǒng)存在缺陷，在停機(jī)檢修過程中，對(duì)機(jī)組的啟動(dòng)和運(yùn)行情況進(jìn)行分析，研究顯示在開機(jī)過程中，需要經(jīng)過10s之后才能開啟主軸密封供水;而在停機(jī)過程中，主軸密封供水停止后2min才能關(guān)閉空氣圍帶密封;導(dǎo)致每次在開停機(jī)的過程中，清潔密封水中斷，含有泥沙的河水在靜壓力的作用下進(jìn)入密封系統(tǒng)，長(zhǎng)期積累引發(fā)密封系統(tǒng)的密封磨損。

從主軸密封裝置的磨損來看，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，帶有大量泥沙的流道水進(jìn)入體系內(nèi)。河道水在輪轉(zhuǎn)體的間隙中通過，泥沙進(jìn)入纖維編織盤根，并且與轉(zhuǎn)動(dòng)支架形成磨損。當(dāng)密封系統(tǒng)內(nèi)的清潔水壓過低，達(dá)不到預(yù)定值時(shí)，將會(huì)導(dǎo)致泥沙侵入轉(zhuǎn)動(dòng)支架接觸面，逐漸對(duì)密封系統(tǒng)其他部件造成污染。長(zhǎng)此以往，將會(huì)形成惡性循環(huán)，泥沙對(duì)平板橡膠和抗磨環(huán)形成磨損，最終造成嚴(yán)重的磨損情況，影響其密封效果。

3.2 設(shè)計(jì)安裝不合理

本文所研究的水電站機(jī)組的主軸密封是針對(duì)泥沙較多的地區(qū)推出的結(jié)構(gòu)，密封工作面有所增強(qiáng)，但是沒有聯(lián)軸螺栓保護(hù)罩。在運(yùn)行的過程中，由于轉(zhuǎn)動(dòng)支架懸空，影響了法蘭面的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并且出現(xiàn)主軸和轉(zhuǎn)動(dòng)支架安裝不同心、轉(zhuǎn)動(dòng)支架與固定支架安裝不同心的情況。在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，支架擺度過大，導(dǎo)致機(jī)組螺栓受力超出限度，影響了整體的密封效果。

在對(duì)漏水的機(jī)組進(jìn)行檢查的過程中，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)支架把合螺栓受力超出限制，其變形嚴(yán)重。由于把合螺栓部分?jǐn)嗔?，從而造成法蘭面松脫，嚴(yán)重影響主軸密封的密封功能，引發(fā)大量漏水。究其原因，在于主軸密封的設(shè)計(jì)與安裝不合理，出現(xiàn)疲勞損傷而造成部件斷裂，引發(fā)漏水。

3.3 運(yùn)行情況

在主軸密封裝置運(yùn)行過程中，由于人員調(diào)整失誤，導(dǎo)致供水系統(tǒng)異常，引發(fā)供水不足。在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中，由于機(jī)組振動(dòng)和擺度超標(biāo)，導(dǎo)致擺動(dòng)幅度過大，最終引發(fā)密封裝置受損。

4 主軸密封裝置運(yùn)行磨損對(duì)策

針對(duì)主軸密封裝置的運(yùn)行磨損，采取以下方式解決相應(yīng)的問題，確保密封裝置穩(wěn)定運(yùn)行。

4.1 優(yōu)化密封裝置

針對(duì)當(dāng)前的密封裝置，更換為耐磨性更強(qiáng)、壽命更長(zhǎng)的材質(zhì)。首先，為了減輕密封圈對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)支架的磨損，選擇GFO纖維編織盤根進(jìn)行密封;其次，為了避免轉(zhuǎn)動(dòng)支架結(jié)構(gòu)受力變形，在轉(zhuǎn)動(dòng)支架內(nèi)側(cè)增加法蘭面，從而提升其強(qiáng)度，優(yōu)化法蘭面和移動(dòng)支架;更換并且安裝新的密封材料，做好安裝質(zhì)量管理，確保裝配效果。

4.2 優(yōu)化監(jiān)控系統(tǒng)

為了更好地控制泥沙進(jìn)入密封系統(tǒng)，對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的啟動(dòng)和停機(jī)步驟進(jìn)行優(yōu)化。為了避免啟動(dòng)存在的低壓情況，選擇先開啟主軸密封供水，然后開啟空氣圍帶密封，從而避免發(fā)生密封供水水壓過低的情況。同時(shí)在主軸密封供水管路增加控制調(diào)節(jié)閥，對(duì)密封腔內(nèi)的水壓進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控。

4.3 加強(qiáng)日常檢修維護(hù)

針對(duì)機(jī)組的主軸密封情況，需要加強(qiáng)日常檢修與維護(hù)管理。定期開展檢修管理，對(duì)主軸密封功能進(jìn)行檢查，并且對(duì)螺栓、彈簧等部件進(jìn)行合理調(diào)整。運(yùn)行過程中，嚴(yán)格控制主軸密封漏水量，選擇管道排放泄漏量。如果漏水量過大，需要加強(qiáng)管理。

4.4 改造后效果分析

僅供優(yōu)化處理后的機(jī)組，主軸密封運(yùn)行情況良好。在其他機(jī)組也發(fā)生漏水情況之后，開展停機(jī)檢修。結(jié)果顯示主要是裝置設(shè)計(jì)與安裝不合理、泥沙磨損等情況。通過優(yōu)化設(shè)計(jì)、更換磨損部件、優(yōu)化管理方式，最終機(jī)組恢復(fù)正常，漏水情況得到改善。半年后機(jī)組依然穩(wěn)定運(yùn)行，密封裝置運(yùn)行良好，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

主軸機(jī)組密封裝置是水電站的重要設(shè)備，對(duì)于內(nèi)部運(yùn)行具有重要的意義。針對(duì)密封裝置磨損的問題，需要通過系統(tǒng)性的問題分析，劃分風(fēng)險(xiǎn)因素，并且結(jié)合以往的經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況，采取有效的方式進(jìn)行控制。同時(shí)要加強(qiáng)教育培訓(xùn)，形成全員質(zhì)量管理的氛圍，及時(shí)處理相關(guān)的問題。通過優(yōu)化設(shè)備設(shè)計(jì)、優(yōu)化安全流程與管理流程，以降低磨損風(fēng)險(xiǎn)，避免同類問題發(fā)生。

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