向家壩天津ALSTOM機組空氣圍帶優化方案研究

[摘 要]向家壩電站8臺機組水輪機主軸密封全部采用自補償型端面機械密封，此密封設計科學，性能穩定。但天津ALSTOM生產的水輪機檢修密封在檢修維護方面存在結構缺陷，給機組安裝及檢修造成諸多不便。本文結合向家壩天津ALSTOM機組檢修過程中的實際問題及改進過程，對向家壩天津ALSTOM的機組水輪機檢修密封進行了詳細的結構分析，并提出了改進建議。

[關鍵詞]向家壩 空氣圍帶

中圖分類號：TG333.7 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）20-0044-01

一、 引言

向家壩電站天津ALSTOM機組水輪機主軸密封由檢修密封和工作密封組成。工作密封為軸方端面水壓式密封結構，自補償型。密封采用水潤滑和冷卻，主水源來自右岸地下電站廠內公用設備供水管，備用水源取自機組技術供水系統。

在機組停機時，為防止水進入頂蓋，在工作密封下方設置空氣圍帶式檢修密封。空氣圍帶僅限作為工作密封裝置檢修或停運時水輪機大軸密封之用，若機組停機備用時間較長，也可用空氣圍帶代替主軸工作密封。

空氣圍帶的出廠長度為13948mm，檢修密封底座圍帶安裝槽周長為13885mm。在圍帶的兩端有各有50mm的切割余量，標有切割安全線，現場可根據安裝需要進行切割，然后進行粘接。

主軸密封在結構方面從下到上的各主要部件分別為：檢修密封底座、空氣圍帶、檢修密封蓋、支撐座、防水箱和蓋板等。其中，檢修密封座由M20內六角螺栓與頂蓋直接連接，檢修密封蓋的M20內六角螺栓穿過檢修密封座與頂蓋連接，支撐座的M20把緊螺栓穿過檢修密封蓋、檢修密封座的通孔將以上三個部件把緊在頂蓋上?？諝鈬鷰Ч夤苈方M成由外至內依次為：外部供氣管—檢修密封座氣室—氣嘴套管—空氣圍帶氣嘴。

1-檢修密封底座；2-空氣圍帶；3-空氣圍帶進氣嘴；4-檢修密封封蓋；5-轉環；6-密封環；7-浮動環；8-調整彈簧；9-連板；10-密封支撐

二、向家壩天津ALSTOM機組空氣圍帶存在的問題介紹

1、檢修前檢查情況

在向家壩右岸機組第一次檢修過程中，先后發現天津ALSTOM生產的6F、5F機組空氣圍帶出現充氣不保壓的情況。對兩臺機組的空氣圍帶進行了拆卸檢查。檢查發現6F機組空氣圍帶切割端面出現破裂，說明在切割安全線以內的切割不一定安全；5F機組空氣圍帶進氣嘴脫落，如圖所示2。

2、6F機組空氣圍帶更換過程中出現的問題

（a）圍帶氣嘴脫落。

圍帶氣嘴安裝的位置較小，圍帶壓環與底座之間間隙較小，且氣嘴處圍帶厚度只有3mm，在圍帶氣嘴安裝過程中，有一條圍帶氣嘴被蹩壞，直接從圍帶上脫落，出現了跟5F機組一樣的情況。

（b）圍帶氣嘴拉斷。

圍帶氣嘴材質為H62黃銅，頭部為M6的螺紋，中間為Φ3的孔，螺紋孔實際厚度約為1mm，強度不夠。在圍帶氣嘴的安裝過程中，有一條圍帶氣嘴在較小拉伸力的情況下直接斷裂。

（C）氣嘴處漏氣。

圍帶氣嘴與檢修密封底座之間是靠一個7.50*1.80的O型密封圈進行密封。由于氣嘴密封面與檢修密封底座密封面之間間隙較小，且安裝位置不理想。在圍帶氣嘴安裝過程中，多次出現密封條被剪切的現象，進而導致圍帶氣嘴漏氣。

3、5F機組空氣圍帶的改進工作

（a）原空氣圍帶內部填充物為H62黃銅材質的彈簧，可壓縮性較差，所以在圍帶的兩端留有50mm的切割余量，但從6F機組的實際情況來分析，切割線以內的切割不一定安全；且空氣圍帶切割面較大，人工切割表面較粗糙，粘接效果不好。因此新空氣圍帶將內部填充物改為Silicone材質的硅膠，其壓縮性較好。檢修密封底座周長為13885mm，新空氣圍帶長度為14018，留133mm作為圍帶的周向壓縮，現場不對圍帶進行切割。

（b）針對圍帶氣嘴容易脫落的情況。如圖3所示，將氣嘴處的圍帶厚度由原來的3mm增加為8mm，保證其有足夠強度。且在圍帶壓環頂部加工一個4×4的倒角，以便于現場安裝。

（c）針對氣嘴強度不夠的情況。如圖3所示，將氣嘴材質由H62黃銅改為抗拉強度更好的不繡鋼材質，并將氣嘴螺紋部分改為M8螺紋，增加螺紋孔部分的厚度。進而增加氣嘴的抗拉強度。

（d）針對原空氣圍帶氣嘴處容易漏氣的情況，將空氣圍帶與檢修密封底座之間的密封形式改為如圖5所示的密封形式，將密封條位置改至壓環倒角處。密封條位置的改成，便于安裝，且不會出現密封條被剪切的現象。

1-空氣圍帶；2-Silicone填充物；3-密封圈；4-出氣通道；5-壓環

4、5F機組空氣圍帶安裝過中出現的問題及解決方法

5F機組空氣圍帶安裝到位后，進行0.5Mpa充氣試驗。但仍然存在氣嘴漏氣現象。經過分析得出以下結論：由于壓環與圍帶之間為非密封面，在壓環與圍帶之間能夠形成如圖3中4所示出氣通道。

三.結論

通過向家壩電站機組檢修密封檢修過程中出現的問題分析及在機組檢修過程中對檢修密封形式的各種嘗試及改造。較好地解決了向家壩電站天津ALSTOM機組檢修密封不保壓的缺陷。通過向家壩機組檢修密封改造后的運行情況來看，檢修密封的改造是成功的，值得推廣。

參考文獻

[1] 段開林，張方停.自補償型主軸密封在三峽機組上的應用.水電站機電技術，2004.

[2] 曹成高，呂國群，江曉林.三峽電站V G S 水輪機檢修密封改進建議.科技創新導報，2010.

[3] 祝繼文. 水輪機主軸密封技術及改造設計.科技創新與應用，2013.

作者簡介：

左文（1985—），男，大學本科，工程師，現從事工作：水輪機機組檢修。