小型軸流式水輪機主軸密封裝置的改造

魏起波 ，徐建軍 ，謝國強

（1.臨沂市岸堤水庫管理處，山東 蒙陰 276217；2.臨沂市水利工程處，山東 臨沂 276000）

山東省岸堤水電站一號機水輪機型號為ZD560-LH-180，額定出力為2384kW，發電機額定功率為2200kW，額定轉速為 300r/min，安裝高程為151.674m，設計流量為14.3 m3/s。多年來水輪機主軸密封一直沒有得到很好的解決，當導水葉開度增大到60%以上時主軸密封處就溢水，溢水速度遠遠超過排水孔排走的速度，水導軸承被淹沒，潤滑油被水排出帶走，軸瓦全部浸泡在水中，嚴重影響了水導軸承的安全運行。

1 原來采取的密封方法

1.1 空氣圍帶主軸帶密封

此種方法是在水輪機支撐蓋與主軸之間加一個環型氣囊帶，然后把氣囊接通電站內低壓氣，氣囊充氣膨脹使主軸與氣囊緊密接觸，達到止水的目的。這種方法水輪機運行一段時間后，主軸與氣囊摩擦產生熱如果得不到水的及時帶走，氣囊會因高溫而燒壞，最終還是失去止水作用。

1.2 盤根主軸密封

它主要是由盤根盒、石棉盤根和壓環組成。它先將石棉盤根用石蠟浸透后，再將石棉盤根上涂上碳粉，然后將石棉盤根剪成幾段填充入盤根盒內，填充3～4圈后用壓環壓緊。這種方法當時能起到止水的目的，但當主軸轉動時很容易磨損，當磨損后漏水嚴重。

1.3 徑向密封

利用數層碳精塊或其他耐磨材料，在機械彈簧等方式的下沿徑向與套在主軸上的抗磨被套形成徑向密封面，并通過清水潤滑，密封塊磨損后在彈簧的作用下，可以徑向移動，繼續貼緊主軸襯套，這種密封結構復雜安裝檢修較困難，彈簧性能不易保證且易銹蝕腐爛失去彈性，止水失敗。

以上方法都沒能達到可靠止水的目的，只能被動的在水導漏水處安裝一臺自吸水泵，把漏出的水及時排走，但是這要求運行人員經常巡視，如果漏水量超過自吸泵的最大排水量，也會淹沒水導軸承，從而加重了運行人員的工作量。

2 改造后的密封裝置

此密封裝置如圖所示：圖1是結構圖，圖2是圖1的局部放大圖，圖3是離心盤結構圖，此種裝置是雙層結構，上層分兩部分，分別是固定部分和隨主軸轉動的轉動部分，固定部分有固定在水輪機頂蓋上的密封座9，密封座上安裝有一塊橡膠平板3，橡膠平板3的下平面設有頂板5，頂板5上與橡膠平板3相貼合的部位設置壓力孔6，橡膠平板3及頂板5通過螺栓10安裝在密封座9上，1是壓板。轉動部分有抗磨環4安裝在主軸上。抗磨環4與固定部分的橡膠平板3上平面緊密貼合，組成密封部分。抗磨環與橡膠平板之間的間隙不大于0.4mm，最好為 0.2～0.4mm，工作時橡膠平板與抗磨環之間為無接觸密封，因此磨損很小，使用壽命很長并且間隙處能形成壓力水膜，微小的壓力水膜不僅起到密封作用還防止砂粒進入，此部分作為后備密封裝置。

下層是離心盤7，其結構如圖3，由兩塊半環組成，固定在主軸上，離心盤結構與離心式水泵的離心體相似，盤上放射狀分布著離心孔道。離心盤7與密封座9之間的間隙要盡量小以減小間隙漏水量，但不小于水導處軸的最大擺度。此離心盤起回流或減壓作用。

本裝置的工作原理是：開機時，在水流沖擊下水輪機主軸帶動抗磨環4和離心盤7一起轉動，轉輪上一部分壓力水通過離心盤和密封座之間的間隙進入的空腔11內，在重力的作用下，水又進入離心道8內，在離心力的作用下水向離心盤圓周運動，然后又回到離心盤下面，達到回流水的目的。離心盤產生的離心力大小與機組主軸的轉速和離心盤的直徑有關，機輪轉速較高的水輪機，僅用此裝置就能達到止水的目的，機組轉速較低或者離心盤直徑較小時，離心盤產生的離心力小于轉輪上水壓力時，水就緩緩進入到空腔11內且進一步上行，但壓力已變的很小，當水上升到頂板5時，水壓通過壓力孔6作用在橡膠平板3上，使橡膠平板3緊貼在抗磨環4上，阻止了水進一步向上流動，從而達到了止水的目的。

本裝置的最大特點是安裝了離心盤，以動止動，靜止的物體很好密封，但密封轉動的部位并非容易，以往多被動的采用靜止的東西硬封轉動的東西，現巧妙的利用了轉動部分自身來密封自身，方法新穎。本裝置的另一個特點，是無接觸密封，利用間隙水膜封水，摩擦力小，當空腔11內的水達不到橡膠板時，橡膠板3與抗摩環4根本不接觸，沒有摩擦，所以本裝置使用壽命長。離心盤可以鑄造另作必要的加工，抗摩環配合面需加工光滑與平整，橡膠板要軟硬適中具有彈性為好。整個裝置結構簡單，容易制造，安裝方便。

3 結 語

自從岸堤水電站一號機水輪機主軸密封裝置改造后，導葉開度開至80%運行時幾乎沒有滲水，本裝置運行半年多來，狀態良好，安全可靠，從真正意義上結束了岸堤水電站一號機水輪機主軸不能封水的歷史，效果很好。