水電站機(jī)組主軸密封裝置運(yùn)行磨損問(wèn)題及解決措施

楊 鳳

（四川明星電力股份有限公司，四川 遂寧 629000）

主軸密封裝置屬于水輪機(jī)中的核心保護(hù)措施，但容易發(fā)生水淹水導(dǎo)軸承、水淹廠房等事故。應(yīng)用工藝優(yōu)良、結(jié)構(gòu)合理的密封裝置，能夠保障水輪機(jī)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。其中，運(yùn)行磨損是水電站機(jī)組主軸密封裝置中的常見(jiàn)問(wèn)題，由此，從著手，進(jìn)行系統(tǒng)研究，并提出有效的解決措施，促進(jìn)主軸密封裝置安全運(yùn)行[1]。

1 主軸密封裝置

貫流式水輪發(fā)電機(jī)組在實(shí)際運(yùn)行中，水流會(huì)順著固定部件以及主軸轉(zhuǎn)動(dòng)部件間隙流入燈泡機(jī)艙中，甚至深入水導(dǎo)軸承，因此，應(yīng)該對(duì)主軸密封裝置進(jìn)行合理設(shè)置，阻止水流流入機(jī)艙內(nèi)，在這個(gè)過(guò)程中，主軸密封可以進(jìn)一步細(xì)分為運(yùn)行狀態(tài)密封和停機(jī)狀態(tài)密封。

水電站機(jī)組中的檢修密封以圍帶式結(jié)構(gòu)為主，可以在運(yùn)行狀態(tài)密封和停機(jī)狀態(tài)密封中[2-3]，將0.7 MPa壓縮空氣灌入圍帶中，促進(jìn)圍帶橡皮實(shí)現(xiàn)擴(kuò)張膨脹，針對(duì)固定支架和轉(zhuǎn)動(dòng)支架徑向間隙進(jìn)行合理填充，對(duì)間隙漏水問(wèn)題進(jìn)行有效防堵。機(jī)組啟動(dòng)密封運(yùn)行后，將空氣圍帶內(nèi)空氣排出，促進(jìn)氣體有效收縮，轉(zhuǎn)動(dòng)支架和空氣圍帶之間應(yīng)該維持1.5～2 mm之間的徑向間隙，預(yù)防機(jī)組運(yùn)行碰撞。

2 主軸密封裝置磨損原因分析

在以往研究中，通常結(jié)合不同機(jī)組主軸相關(guān)密封件的實(shí)際磨損情況及監(jiān)測(cè)結(jié)果，分析密封水室在實(shí)際運(yùn)行中，金屬部件之間是否存在機(jī)械運(yùn)行磨損問(wèn)題，是否中斷，是否導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)之間產(chǎn)生干摩擦力，磨損支架和密封材料。那么，主軸密封區(qū)域會(huì)出現(xiàn)冒煙、發(fā)熱等現(xiàn)象。但實(shí)際過(guò)程中，密封材料熔點(diǎn)和金屬部件相關(guān)熔點(diǎn)相比，要稍低一些，在損傷金屬部件轉(zhuǎn)動(dòng)支架表面和壓蓋之前發(fā)生熔化，即使發(fā)生干性摩擦，損壞密封材料，轉(zhuǎn)動(dòng)支架以及壓蓋抗磨環(huán)等金屬部件也不容易磨損，因此，主軸密封裝置磨損原因判斷流程較為復(fù)雜，在此，將其分為3部分，逐一分析。

2.1 泥沙入侵

出現(xiàn)泥沙入侵主軸密封裝置現(xiàn)象通常是由兩個(gè)方面原因?qū)е碌模?/p>

第一，主軸密封腔水室內(nèi)尚未形成0.1～0.2MPa的清潔密封水壓，墻內(nèi)清潔潤(rùn)滑水主要來(lái)自供水控制單元。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，壓力表簡(jiǎn)單地連接在控制單元的主管中，沒(méi)有其他的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)。在實(shí)際運(yùn)行中，無(wú)法有效地調(diào)整和測(cè)試干凈的密封水壓。一旦機(jī)組運(yùn)行工況發(fā)生變化，如果調(diào)整和操作不當(dāng)，將堵塞主軸密封供水管道，從而導(dǎo)致主軸密封潤(rùn)滑水直接中斷或低于極限值。在這種情況下，汛期河道挾沙將進(jìn)一步惡化。

第二，機(jī)組相關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)的停機(jī)流程存在設(shè)置故障，在對(duì)機(jī)組過(guò)程進(jìn)行監(jiān)視和檢查的過(guò)程中，如果發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)過(guò)程中空氣保護(hù)罩密封被抽出，那么延時(shí)10～20 s后，開啟主軸密封電動(dòng)蝶閥，提供干凈的密封水，然后，啟動(dòng)葉片脈沖轉(zhuǎn)子，機(jī)組在停機(jī)期間歸零，關(guān)閉主軸密封電動(dòng)蝶閥，2 min后風(fēng)帽密封正式投入運(yùn)行。在機(jī)組啟停過(guò)程中，在10～20 s以及20多分鐘后，腔室中的清洗和密封水中斷。在這種情況下，在0.1 MPa靜壓作用下，流道內(nèi)的渾水會(huì)沖入密封系統(tǒng)，破壞系統(tǒng)的清潔度，造成機(jī)組運(yùn)行后密封磨損，特別是汛期，渾濁現(xiàn)象更為嚴(yán)重。

2.2 設(shè)計(jì)安裝問(wèn)題

在機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中，旋轉(zhuǎn)支承擺動(dòng)幅度較大，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)支承與L形密封形成摩擦力，隨著旋轉(zhuǎn)頻率的增加或減小，交變力進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)旋轉(zhuǎn)支架和螺栓的損壞超過(guò)極限時(shí)，系統(tǒng)會(huì)發(fā)生沉積物侵入，導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)支架嚴(yán)重磨損，影響整體密封效果。在機(jī)組后期檢修過(guò)程中，支架轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致螺栓斷裂，主軸法蘭面與旋轉(zhuǎn)支架松動(dòng)，造成大量漏水危機(jī)。通常情況下，通過(guò)檢查發(fā)現(xiàn)，前椎體翼緣與導(dǎo)向椎體連接處的位移、下沉導(dǎo)致固定支架與傳動(dòng)支架不同心，旋轉(zhuǎn)過(guò)程中出現(xiàn)柱面碰撞磨損問(wèn)題，而相關(guān)的拆裝螺栓也因疲勞損壞而斷裂。

2.3 運(yùn)行問(wèn)題

由于管理人員操作誤差等問(wèn)題，將影響主軸密封系統(tǒng)的正常密封供水，即在機(jī)組長(zhǎng)期不穩(wěn)定運(yùn)行的情況下，相關(guān)擺動(dòng)值和振動(dòng)超標(biāo)，旋轉(zhuǎn)支架擺動(dòng)幅度大，也會(huì)對(duì)密封裝置造成一定損壞。

3 治理措施

3.1 優(yōu)化完善系統(tǒng)啟停步驟

對(duì)監(jiān)控系統(tǒng)的啟停過(guò)程進(jìn)行全面優(yōu)化，也就是說(shuō)，在啟動(dòng)過(guò)程中設(shè)置主軸密封供水蝶閥，延時(shí)保證腔體供水和建壓后，抽出空氣保護(hù)罩密封。停機(jī)過(guò)程中機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)零后，投入正常氣封圍帶，關(guān)閉主軸密封供水蝶閥。

3.2 針對(duì)供水管路實(shí)施技術(shù)改造

改進(jìn)主軸密封相關(guān)給水管道整體技術(shù)，在與機(jī)艙內(nèi)密封室相連的供水管內(nèi)安裝控制閥，并設(shè)置能準(zhǔn)確顯示密封室內(nèi)水壓變化的精密壓力表，以便對(duì)密封室內(nèi)水壓進(jìn)行觀測(cè)分析，合理控制密封室內(nèi)的壓力參數(shù)，提高密封效果。

4 日常檢修維護(hù)

發(fā)電機(jī)組主軸密封主要由平板密封和梳齒密封組成，同時(shí)，主軸密封漏水量相對(duì)較小，相關(guān)漏水量不超出每分鐘35 L，也要設(shè)置密封壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，具體密封結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 平板梳齒組合密封結(jié)構(gòu)

如圖1所示，主軸密封采用自動(dòng)水壓調(diào)節(jié)方式，總漏水量不超過(guò)240 L/min，濃水泄漏量主要通過(guò)管道排放。

對(duì)有關(guān)設(shè)備，應(yīng)檢修主軸密封，合理調(diào)整壓蓋、彈簧、螺栓等部件，檢查浮環(huán)的靈活性。對(duì)主軸密封給水管道及平衡室進(jìn)行低氣壓檢修，檢查啟動(dòng)流量是否正常。

5 結(jié)語(yǔ)

在水電廠技術(shù)改造過(guò)程中，要嚴(yán)格控制質(zhì)量問(wèn)題，系統(tǒng)分析影響質(zhì)量的因素，合理劃分風(fēng)險(xiǎn)因素，形成有效的控制措施，實(shí)施全過(guò)程質(zhì)量控制，有效避免過(guò)分關(guān)注廠家的質(zhì)量承諾，保證一次性改造成功，防止同類問(wèn)題再次發(fā)生。