貫流式機組主軸密封水流量中斷原因分析及處理

應(yīng)偉剛，何 霞，楊 瓊，李 炬

（1.黃河電力檢修工程公司，西寧 810006；2.黃河水電運行公司，西寧 810006）

引言

隨著低水頭徑流式水電站的開發(fā)，燈泡貫流式機組憑借其投資低、安裝工期短、檢修方便等優(yōu)勢越來越被廣泛應(yīng)用。廣西長洲水利樞紐工程布置15臺燈泡貫流式水輪發(fā)電機組，單機容量42MW，總裝機容量為630MW，內(nèi)江6臺機，外江9臺機。水輪發(fā)電機組設(shè)備分別為由天津阿爾斯通水電設(shè)備有限公司 （簡稱：天阿機組）、哈爾濱電機廠有限責(zé)任公司東芝水電設(shè)備 (杭州)有限公司聯(lián)合體 （簡稱：哈電機組）、東方電機股份有限公司 （簡稱：東電機組）制造，是國家“西電東送”計劃和實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重點項目。其中3號、4號、7號、8號、12～15號機組共8臺機組為哈電機組，5號、6號、10號、11號機組共4臺機組為東電機組，1號、2號、9號機組共3臺機組為天阿機組。在2007年長洲水利樞紐工程1號機組、2號機組 （以下簡稱1F、2F）投產(chǎn)運行期間,機組的主軸密封水流量中斷成為機組停機的主要原因。

主軸密封能有效地阻擋水流從主軸與頂蓋之間的間隙外溢，防止水輪機導(dǎo)軸承及頂蓋被淹，維持軸承和機組的正常運行。主軸密封做為水輪機一道重要保護裝置，如果出現(xiàn)嚴重問題，就有水淹廠房的危險，直接影響機組的安全穩(wěn)定運行。

1 流量中斷的原因

1F、2F機組在正常運行中上位機報主軸密封水流量中斷信號，流量顯示8L/min，密封水壓力0.1MPa，主軸密封溫度過高50℃報警事故停機。

事故分析組根據(jù)現(xiàn)場情況及圖紙分析，提出應(yīng)從主軸密封水系統(tǒng) （包括主軸密封管路自動化元件、機組主軸密封技術(shù)供水系統(tǒng)）和機組主軸密封裝置進行全面檢查，徹底查找造成機組事故停機的原因。

1.1 主軸密封管路自動化元件

（1）主軸密封管路上壓力變送器探頭被銹蝕，造成供水壓力顯示降低。

（2）主軸密封管路上示流計探頭被銹蝕，造成發(fā)供水流量降低信號及流量中斷信號。

1.2 主軸密封技術(shù)供水系統(tǒng)

（1）主軸密封技術(shù)供水總閥或系統(tǒng)管路漏水、堵塞、閥門掉頭造成供水中斷。

（2）主軸密封技術(shù)供水系統(tǒng)濾過器堵塞造成供水中斷。

（3）主軸密封技術(shù)供水離心泵：出口未達到流量要求，流量閥組閥芯未打開。

1.3 機組主軸密封裝置

（1）機組主軸密封環(huán)卡組損壞：水壓自調(diào)整端面式密封調(diào)整裝置彈簧損壞，平衡腔內(nèi)因浮游生物、貝類、水藻，因其繁殖速度極快，淤積平衡腔不能自由浮動，造成密封間隙過小，造成流量中斷。

（2）機組主軸密封環(huán)燒損：平衡腔內(nèi)的浮游生物、貝類、水藻，因其繁殖速度極快，淤積平衡腔不能自由浮動，造成密封間隙過小、浮動環(huán)卡阻，造成流量中斷。

2 檢查結(jié)果

根據(jù)事故分析組要求，逐一進行了主軸密封管路自動化元件、主軸密封技術(shù)供水系統(tǒng)、機組主軸密封裝置檢查。

（1）在檢查1F主軸密封技術(shù)供水系統(tǒng)濾過器時發(fā)現(xiàn)，濾過器安裝倒置，電器部分在濾過器下部,造成電器部分進水而誤發(fā)主軸密封水流量中斷信號。

（2）在檢查2F主軸密封裝置時發(fā)現(xiàn)，設(shè)計時要求漏水量不大于240 L/min，漏水集中用管路排出。但實際供水壓力過低，滿足不了實際壓力要求，直接造成主軸密封水降低，同時平衡腔內(nèi)因浮游生物、貝類、水藻的快速繁殖，淤積平衡腔不能自由浮動，密封間隙過小，造成主軸密封水流量中斷。

下面就根據(jù)1F、2F檢查情況，提出防止主軸密封水流量中斷的幾種措施。

3 防止主軸密封水流量中斷幾種措施

對于如何防止主軸密封水中斷，造成機組事故停機，根據(jù)原設(shè)計聯(lián)絡(luò)會、設(shè)計圖、現(xiàn)場實際情況，可以通過以下幾個方面解決。

3.1 水質(zhì)方面

直接使用未處理的壩前西江上游水是造成壓力傳感器和示流器探頭銹蝕、主軸密封環(huán)卡組損壞的主要原因，首先要解決水質(zhì)問題。

內(nèi)、外江廠房各安裝全自動一體化凈水器（兩臺），布置在壩面34.40米層廠房下游側(cè)；各廠房各設(shè)置加藥裝置 （2臺），布置在廠房24米層副廠房下游側(cè)；廠房各設(shè)置主軸密封供水泵2臺 （單級單吸臥式離心水泵，布置在廠房6米層副廠房下游側(cè)；各設(shè)置清水池 （2個），布置在廠房28米層副廠房下游側(cè)；各設(shè)置濾水器CLSC-B型2臺、濾水器CLSC-II型2臺，布置6米層副廠房下游側(cè)。

全自動一體化凈水器系統(tǒng)圖如圖1所示。水源取自壩前西江上游水庫，經(jīng)粗濾、精濾后分別供軸承油冷卻器和主軸密封用水。軸承油冷卻器由機組冷卻器供水泵加壓供水，主軸密封供水則由主軸密封供水泵將水加壓至位于壩頂34.4m高程的一體化凈水器。經(jīng)全自動一體化凈水器裝置，沉淀、過濾凈化后的水存儲在位于副廠房28.0m高程的清水池內(nèi)，再通過管道供至6米層副廠房上游側(cè)主軸密封技術(shù)供水總管供機組主軸密封用水。從而改善上游水源的問題。

3.2 運行方面

合理擬定貫流式機組一體化凈水器的運行方式。運行時間的長短、虹吸方式對主軸密封水的水質(zhì)有一定的影響。應(yīng)多做虹吸，改善水質(zhì)的根本問題。

3.3 日常維護及檢修方面

（1）示流器檢查

主軸密封水示流器報流量中斷報警，應(yīng)首先檢查示流器顯示情況，長洲水利樞紐所采用的示流器均為圖魯克系列帶流量大小指示燈的示流器，現(xiàn)場檢查較直觀。

（2）濾芯堵塞處理

檢查供水閥門、技術(shù)供水系統(tǒng)濾水器粗濾、精濾壓差正常，全自動一體化凈水器凈化后出水正常。主軸密封水濾過器前后壓差不大于0.03MPa。對主軸密封技術(shù)供水系統(tǒng)，濾水器及連接管路用檢修低壓氣0.6MPa吹掃。

（3）日常檢修維護

針對不同廠家的主軸密封結(jié)構(gòu)形式不同，對運行期間出現(xiàn)的主軸密封流量中斷采用相應(yīng)的方式、方法。結(jié)構(gòu)不同對密封水流量變化要求不同，也是導(dǎo)致在汛期時，水位落差小、水質(zhì)差、發(fā)生流量低及流量中斷造成事故停機現(xiàn)象發(fā)生的原因。

a）哈電機組

其主軸密封型式采用平板加梳齒組合密封，并設(shè)有密封壓緊量的自動調(diào)整裝置。主軸密封應(yīng)有較小的漏水量，其漏水量不大于35 L/min。密封結(jié)構(gòu)如2所示。

圖2 平板加梳齒組合密封式結(jié)構(gòu)示意圖

b）東電機組

其主軸密封形式是間隙密封加徑向盤根的組合形式。主軸密封的漏水量不大于35 L/min，總的密封排水量不大于75 L/min。密封結(jié)構(gòu)如3所示。

該機型自機組投運以來，也一次都未報主軸密封流量中斷信號，主軸密封水漏水量較小。

c）天阿機組

其主軸密封型式為水壓自調(diào)整端面式，漏水量不大于240 L/min，漏水集中用管路排出。密封結(jié)構(gòu)如4所示。

圖3 間隙密封加徑向盤根的組合形式結(jié)構(gòu)示意圖

在機組投運以來，只有該類型機組報主軸密封流量中斷信號時，造成機組停機。對此，進行主軸密封檢修，調(diào)整螺栓、彈簧、壓蓋，對密封浮動環(huán)靈活度進行動作檢查。用檢修低壓氣（0.6MPa）吹掃主軸密封水連接管路及平衡腔，開機檢查流量正常，但在汛期運行一段時間后仍未消除。對此在主軸密封濾過器前加裝管道泵，與平衡腔供水管連接并加裝控制閥（注：調(diào)節(jié)浮動環(huán)平衡腔壓力以免壓力過高，造成密封磨損），在機組出現(xiàn)流量低時投入，以保證機組流量正常。

圖4 水壓自調(diào)整端面式結(jié)構(gòu)示意圖

圖5為廣西長洲水利樞紐貫流式水輪機發(fā)電機組主軸密封水簡單示意圖。從圖中可以看出三個制造廠家的主軸密封水管線因主軸密封的形式不同管線布置也不同，圖中也畫出天阿機組的主軸密封管線改造前后的示意圖。

圖5 長洲水利樞紐貫流式水輪機發(fā)電機組主軸密封水簡單示意圖

4 措施效果分析

4.1 一體化凈水器系統(tǒng)效果

通過在內(nèi)、外江廠房各安裝全自動一體化凈水器系統(tǒng)，經(jīng)過幾年的對水質(zhì)的取樣分析，以2009年6月份水質(zhì)為例：進水口水質(zhì)為Ⅲ類水，經(jīng)全自動一體化凈水器系統(tǒng)處理為I類水,解決了夏天由于浮游生物、貝類、水藻淤積平衡腔不能自由浮動，主軸密封間隙過小，造成主軸密封水流量中斷而事故停機的問題。

4.2 管道泵效果

繼天阿機組2F機主軸密封濾過器前加裝管道泵后，逐步在1號機組、9號機組主軸密封濾過器前也加裝管道泵，也有效解決了主軸密封流量下降的問題。

通過技術(shù)改造解決了各機型主軸密封水流量中斷的源頭問題，極大減少了檢修、維護人員工作量，同時加大自動化元件、濾芯堵塞的處理工作，使各機型由于主軸密封水流量中斷造成機組非停事件減少至 “零”。

5 結(jié)論

通過對主軸密封水流量中斷造成機組事故停機原因的檢查處理，可以看出對于不同的主軸密封結(jié)構(gòu)形式，檢查方法基本一致。因此，對于防范主軸密封水流量中斷的措施具有一定的借鑒性。

為減少因主軸密封水流量中斷引起機組事故停機，首先應(yīng)在水質(zhì)面采取凈化措施?，F(xiàn)在全國各水電站都有關(guān)于 “如何防止主軸密封流量中斷措施”的成熟經(jīng)驗，一體化凈水系統(tǒng)在水質(zhì)不佳的電廠都有應(yīng)用，凈化后水質(zhì)可以滿足主軸密封系統(tǒng)的高水質(zhì)要求，從而保證機組安全穩(wěn)定運行。其次，要合理擬定貫流式機組一體化凈水器的運行方式。 同時，加強對主軸密封系統(tǒng)的日常維護及檢修工作。日常巡回時對流量計顯示不正確、濾芯堵塞做到專人負責(zé)，有缺陷及時消除；針對不同廠家的主軸密封結(jié)構(gòu)形式，對主軸密封流量大小進行不同的檢修工藝調(diào)整，提高檢修工藝水平，做到有效管理，減少機組事故停機的次數(shù)，延長運行周期，確保發(fā)揮機組的最大經(jīng)濟效益。

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