軸流轉漿式槳葉軟墊密封更換工藝淺談

【摘要】通過對轉輪槳葉密封原理介紹，漏油原因分析及槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊特種密封圈更換的控制工藝、步驟方法介紹，保證了機組的安全穩定、經濟運行，也可供水電行業同類機組借鑒。

【關鍵詞】槳葉；軟墊

1、概述：

蘇只水電站位于青海省化隆縣，水電站裝有三臺軸流轉漿式水輪發電機組，單機出力75MW，總裝機容量為225MW，年發電量為8.7億KW.h。水輪機型號ZZ（K15）—LJ—840，額定轉速71.4r/min，額定水頭16.0m，最大水頭20.7m，額定出力77.3MW；發電機型號SF75-84/13000，額定容量 88.24MVA ，額定功率75MW，額定電壓13.8KV。電站自2003年11月1日起開工建設， 2005年12月30日電站首臺機組正式并網發電。根據三號機組運行維護記錄發現機組回油箱油位有降低現象，每年需要向集油箱補充三桶（一桶為175KG）潤滑油，對機組外圍進行詳細檢查，管路法蘭、閥門未見漏油現象，在尾水區由于機組連續運行也未見水面有油跡，經分析回油箱油位下降是轉輪槳葉密封漏油引起，轉輪槳葉存在漏油問題不僅影響機組安全、經濟可靠運行，增加發電成本，而且嚴重污染水資源，因此必須對槳葉密封漏油進行處理。

2、槳葉密封原理

蘇只水電站轉輪直徑8.4米，重約230噸，為缸動式結構，其結構異常復雜，單個槳葉重約12.5噸，槳葉與轉輪體連接法蘭直徑為1.39米，槳葉密封安裝工藝繁瑣，槳葉與轉輪體之間密封采用金屬密封結構，由密封壓環、V型軟墊、凹型軟墊、金屬密封圈、彈簧等組成，為組合密封結構。結構如圖所示見圖1：

[1、密封壓環 2、密封支撐環（外） 3、V型軟墊 4、凹型軟墊 5、密封支撐環（內）6、金屬密封圈 7、彈簧]

此種密封組件可防止轉輪體內的油向外滲漏和轉輪體外的水向內侵入，密封組件安裝在轉輪體與葉片法蘭根部之間配合的密封槽內，密封圈外圈與轉輪體之間是沒有相對運動，當機組進行負荷調整轉輪槳葉轉動時，靜止的密封圈內圓與旋轉的轉輪槳葉法蘭柱面之間在調整范圍內由于摩擦作用將產生一定的低速相對運動，這就要求密封圈內面既要有良好的密封性能，又要求葉片法蘭柱面要有較高的光潔度及一定的潤滑條件，不至于在做相對運動時發生干摩擦而損壞密封。此種密封為徑向接觸式密封，通過密封壓板對密封圈的軸向壓縮量和徑向過盈量來進行密封，軸向壓縮量可通過密封壓板螺栓進行壓縮量調整，給予密封圈以一定軸向壓緊力，形成軸向壓縮，徑向過盈量則是靠設計制作尺寸配合軸向壓縮產生的徑向變形而得到。但因此密封圈材質較軟，槳葉法蘭直徑較大給密封圈更換工作增加較大難度。

3、漏油原因分析

檢修工作開始，尾水管檢修平臺搭設完畢，在進行槳葉全開、全關位置動作漏油情況檢查時發現3號槳葉密封壓板與槳葉法蘭柱面配合面處有透平油滲漏出來。然后將轉輪整體吊出至轉輪檢修工位，對轉輪體內的潤滑油抽排完畢后，分解3#槳葉發現槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊密封圈撕裂破損嚴重，槳葉密封壓板與槳葉法蘭密封柱面配合間隙處存有大量泥沙銹蝕。根據3#槳葉檢查情況決定對其它4個槳葉也進行分解發現槳葉兩道“V型”及“凹型”密封圈均有大量撕裂破損，樞軸與槳葉金屬密封面有不同程度劃痕。通過分解檢查槳葉密封分析得出，機組運行轉輪長期浸泡在水中，槳葉密封壓板與槳葉法蘭密封柱面間隙處侵入泥沙，槳葉轉動時帶動沙粒被迫轉動，造成“V型”軟墊密封圈密封面凹凸不平，機組長時間運行在轉輪室內水壓的作用下，侵入泥沙向密封圈內部發展，由于摩擦力增大“V型”軟墊密封圈不能克服相對的運動力，使密封圈受拉力不平衡被撕裂，“V型”軟墊密封圈接觸面壓力消失，導致漏油發生。

4、槳葉密封第一次更換

4.1 準備工作

根據圖紙標明槳葉密封為兩道“V型”及“凹型”軟型密封圈組成，技術要求標明：把V型軟墊，凹型軟墊裝在密封支承環上，確認周長是否正確，合縫處允許間隙1mm，余量2mm；安裝V型軟墊，凹型軟墊時，4只軟墊切斷處應90。錯位布置；安裝時，切斷處用密封膠粘接牢固；葉片安裝時，將轉輪體的水平調整到0.05mm/m以內。按照要求用專用工具吊平后裝入。

4.2 處理過程

檢查提供的槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊密封圈備品與槳葉軸頸和內側壓環進行預裝，發現四道備品密封圈直徑偏大、截面加工厚度不對稱且材質較軟，經討論決定按照圖紙技術要求對密封圈進行現場切割、粘接配裝。全面清掃槳葉、樞軸接觸面，對樞軸與槳葉金屬密封面少量劃痕用天然油石進行研磨，研磨完畢后用刀口尺對金屬密封面進行測量，刀口尺與金屬密封面用0.02mm塞尺不能通過后粘接密封圈回裝槳葉，槳葉回裝至密封安裝位置，先將第一道“V型”軟墊密封圈用專用工具（木質楔子板）推入至內側支撐環位置，再依次將其余3到密封圈推入到安裝位置。密封圈安裝到位后回裝外側密封支撐環，安裝四塊槳葉密封壓板后打緊壓板螺栓。回裝工作完畢后進行0.8MPa（30分鐘）轉輪體打壓試驗，發現2號槳葉密封出現漏油現象，為此將2#槳葉密封壓板螺栓全部旋松后再對稱進行緊固，2#槳葉密封漏油現象停止。轉輪體保壓試驗完畢進行槳葉16小時動作試驗（槳葉1小時全開、全關動作一次），2#、3#槳葉在動作試驗進行到第三小時開始漏油，對槳葉密封壓板螺栓再次進行調整但漏油現象無法消除，檢查發現3#槳葉密封壓板間隙處已有密封碎屑擠出。槳葉16小時動作試驗失敗，立即對2#、3#槳葉進行分解。槳葉分解后檢查發現2#、3#槳葉密封圈已大量破損并有堆積現象，隨后對其他槳葉進行分解檢查發現第一道 “V型”密封圈均有少量堆積、翻邊現象。

4.3 更換漏油原因分析

此次更換槳葉兩道“V型”及“凹型”軟墊密封圈存在與圖紙尺寸不符合、截面加工厚度不對稱及密封圈材質較軟現象，安裝時要對密封圈進行切割、粘接，在進行切割、粘接時只能依靠操作人員的經驗，對密封圈的預緊量、平整度等指標無法達到原值，預緊量無法完全控制會出現密封圈尺寸過大或過小現象；密封圈尺寸過小，槳葉動作時密封圈與槳葉軸頸摩擦增大密封圈容易發生撕裂情況，密封圈尺寸過大會在旋緊壓板螺栓后發生密封圈堆積現象，槳葉動作時槳葉法蘭柱面摩擦密封圈容易發生堆積情況；在第一道槳葉“V型”軟墊密封圈更換推進時，使用的專用工具（木質楔子板）因端部硬度較大，在推進“V型”軟墊密封圈（材質較軟）時容易發生密封圈翻邊、擠邊等現象；在回裝槳葉密封壓板時發現，2#、3#槳葉進、出水邊兩側壓板較緊，需要外力打擊壓板才能回裝到位，這樣回裝槳葉密封壓板時密封圈容易受外力擠壓造成堆積；槳葉密封圈安裝時操作人員對施工工藝掌握不熟練，也會導致密封圈安裝不到位發生槳葉漏油現象。

4.4 采取措施

聯系廠家重新制作合格材質、尺寸與圖紙技術要求一致槳葉密封圈，對安裝時推入密封圈用的專用工具進行了改良，切割一段更換下來的“凹型”密封圈粘接到特制的把手上，專用工具端部使用“凹型”密封后因材質、形態與第一道 “V型”槳葉密封圈接近可減少翻邊、擠邊等現象，制作的專用手柄也解決了槳葉法蘭進、出口邊密封圈安裝困難的問題；回裝槳葉時注意安裝位置，槳葉法蘭把合面與樞軸接觸面要有5—6cm的距離，保證槳葉進、出水邊兩側密封壓板順利安裝，避免使用外力安裝槳葉進、出水邊兩側密封壓板。壓板在回裝前表面涂抹少量潤滑脂，減少壓板安裝時與支撐環摩擦造成密封圈錯位、損傷的幾率；為使本次槳葉密封更換工作一次性成功，特制定槳葉密封圈更換檢修工藝及注意事項，并要求施工人員在整個施工過程中嚴格執行。

5、槳葉密封第二次更換

首先將兩道“V型”及兩道“凹型”軟墊密封圈與槳葉密封內側壓環進行配裝，密封圈預裝合適后在密封壓環與第一道“V型”密封圈結合面上涂抹黃油進行黏結。槳葉回裝前檢查樞軸表面與槳葉法蘭結合面平滑無高點、毛刺，槳葉回裝至密封圈安裝位置時將密封壓環與第一道“V型”密封圈用自制專用工具對稱慢慢推入，安裝到位后用手電筒檢查“V型”密封圈是否有錯位、翻邊現象，槳葉葉片進出口根部無法觀察到的部位用塞尺進行檢查，第一道“V型”密封圈回裝到位進行三級驗收合格后進行第二道密封圈回裝，在第二道凹型密封圈與第一道密封結合部位涂抹黃油后對稱推入到位。第三道、第四道密封圈按以上步驟進行，四道密封圈回裝到位后再次用手電筒檢查密封圈是否有錯位、翻邊現象，槳葉葉片進出口根部無法觀察到的部位用塞尺進行檢查。經三級驗收合格后回裝外側密封壓環。回裝槳葉密封壓板時把合密封壓板螺栓時要安排專人進行，對稱把合壓板螺栓，把合力度要均勻；回裝槳葉，打緊槳葉把合螺栓后按照技術要求進行了16小時槳葉動作試驗、轉輪耐壓試驗，全面檢查槳葉、轉輪各部均無滲漏油現象，試驗合格。

6、總結

蘇只軸流轉槳式水輪機槳葉密封漏油處理必須將轉輪整體吊出機坑，分解槳葉后方可進行，更換過程比較復雜。對于軸流轉槳式水輪機，轉輪是其重要的核心部件之一，而槳葉做為機組運行工況的一套控制設備，其槳葉密封漏油直接影響調速器系統壓油裝置的頻繁啟動造成設備損傷，而且會造成水輪發電機組的安全穩定運行，更會造成對我們賴以生存的母親河的污染。因此槳葉密封漏油處理一次性成功與否會直接造成人力、物力的投入及檢修工期延誤等后果。通過本次對轉輪槳葉“V型”及“凹型”軟墊密封圈更換實踐，探討出此種特殊軟墊密封圈更換的控制工藝和步驟，保證了機組的安全穩定、經濟運行，也可供水電行業同類機組借鑒。

參考文獻：

[1]葉片密封裝配圖、轉輪裝配圖。

[2]現場安裝作業指導書.東芝水電設備有限公司.2005）。