水輪機主軸密封技術探討

樊存

【摘要】水輪機的主軸密封效果不好會造成主軸在工作過程中產生摩擦，損壞設備，隨著磨損的增加還會造成漏水現象，降低水輪機的運行效率和使用壽命。文章概述了水輪機主軸密封的意義，探討了水輪機主軸密封技術。

【關鍵詞】水電站；水輪機；主軸密封；密封技術

一、主軸密封工作原理

水輪機的主軸密封主要分為停機密封和工作密封。停機密封主要起到輔助主軸密封的作用，它主要在水輪機停機檢修過程中起到密封的作用。一般情況下水電站停機密封使用空氣圍帶式密封形式較多，能占到百分之七十五左右，空氣圍帶式密封主要的工作原理是在正常工作時，水輪機軸和圍帶排氣之間保持一定距離間隙；需要進行停機檢修時，會向水輪機軸和圍帶排氣的空隙中充入一定壓力的壓縮空氣，這時空氣圍帶的橡膠會出現膨脹現象，使水輪機軸密封抱緊，阻止水出現泄漏現象。在運行狀態下也存在密封，主要是橡膠活塞式密封。主要有移動橡膠環、轉動環和密封座環三部分組成。轉動環需要在水輪機軸上進行固定，使之與機組保持同步的轉動。密封座環需要固定在內蓋法蘭的上面，一般情況下內部為U型設計，在U 型環內安放可移動的橡膠環，在橡膠環上每九十度鉆一個8毫米的圓孔，對稱兩個為銷子導向滑孔，確保橡膠環能沿著銷子進行上下兩個方向的運動。在圓周方向上不出現偏移現象。其余兩個為冷卻通水孔。座環U型底部進水孔的設計，從進入供水總管經電磁閥和手閥控制引水到進水孔，可以操作移動橡膠環向上移動使橡膠環和轉動環接觸，密封水輪機的漏水。

二、水輪機主軸密封控制技術

1、水輪機主軸的密封

（1）檢修密封：檢修密封按其結構型式可以分為：空氣圍帶式、機械式和抬機式檢修密封。但在實際中大多數運用空氣圍帶檢修密封。它主要由固定環和橡膠空氣圍帶組成，在工作時，向空氣圍帶充入0.4～0.7Mpa的空氣壓力，使空氣圍帶橡皮膨脹，報緊主軸，防止水進入；當開機時，將空氣圍帶里的壓縮氣體排除，使其收縮，讓空氣圍帶與主軸之間保持1.5～2mm的間隙。該檢修密封結構簡單，操作容易，密封效果好，大多數機組檢修密封都用此種結構。

（2）工作密封：工作密封按照密封結構型式可以分為：平板密封、徑向密封、盤根密封、端面密封以及迷宮環密封。

平板密封主要是利用單層橡膠板與固定在主軸上的不銹鋼轉環端面形成密封，靠水壓力進行密封，目前在中小型軸流機組中還應用。徑向密封它是由若干塊扇形碳精塊在鋼扇形塊內靠彈簧緊壓在主軸上，形成一層層的密封，在密封圈內開有小排水孔，將漏出的水由此排出，現在已經基本淘汰被端面密封所代替。盤根密封是由底封環、盤根、水封環、水封管和壓蓋等部件組成，它主要是靠底封環和壓蓋壓緊套在中間的盤根，起到密封作用。該密封在小型臥式機組中使用比較普遍。端面密封有機械式和水壓式兩種。機械端面密封它是依靠彈簧將裝有圓形橡膠塊的圓盤拖起，使圓形橡膠塊和固定在主軸上的不銹剛圓環緊貼起到密封作用。迷宮環密封的工作原理是在在水輪機轉輪頂部設有泵板裝置，由于泵板的吸出作用，主軸法蘭始終處于大氣之中，軸與軸封間不接觸并只有一層空氣，該密封有極長的壽命。該種新型密封已逐步被推廣，在多個電站中被應用，且運行效果較好。

2、水輪機大軸間隙密封

針對水輪機大軸間隙密封，通常水輪機結構設計一般設置有兩種密封裝置，一種是大軸端面密封，屬動態密封，采用清潔水作為密封介質，用于阻斷機組運行狀態下轉輪室與頂蓋之間的水流串動；另一種是檢修密封裝置，屬靜態密封，采用壓縮空氣作為密封介質，用于阻斷機組停機狀態下轉輪室與頂蓋之間的水流串動。這樣以來可以防止水淹軸承。當機組運行時，檢修密封裝置必須處于退出狀態，當機組停機且密封水退出后，檢修密封裝置需處于投入狀態。

3、實心圍帶結構

采用實心式心型密封條與密封座形成密閉氣室，在投入氣壓時氣壓將密封條推向大軸并與大軸貼緊密封從頂蓋上來的水，卸去氣壓后利用密封條自身的彈力和水壓作用恢復到原來的位置。實心式心型氣圍帶在使用中磨損變形，產生漏水，將密封槽徑向尺寸增加2.0mm，使其滿足心型橡皮條投入時在密封槽中移動距離的要求。當投入時壓縮空氣進入空氣圍帶，使空氣圍帶的凸出部位抱緊水輪機大軸，切斷尾水以防水淹水車室。

三、水輪機密封的檢修

在正式檢修之前，應該準備好檢修期間的材料，做好檢修儀器設備的采購規劃，根據檢修的實際情況，準備好檢修圖紙、備品配件等。閱讀任務書，了解具體的任務項目、指導書清單，了解檢修難度，核實檢修組內成員的實際情況，結合檢修組長和組員的具體能力分配職責。對水輪機的振動、擺度、瓦溫等數據信息進行記錄，也要將主閥靜水開關的時間進行必要的記錄。導葉漏水量、導葉開關時間以及導葉壓緊行程等也要記錄在案。各個檢修組應該準備好指導書、工單等審批工作，手續齊全之后，可以正式開始檢修工作，并將指導書、工票等帶到工作現場之中。與此同時，各個檢修組的負責人應該完成安全、技術、風險等方面信息的交底，讓每個工作人員都能夠熟悉檢修內容。還要在現場準備好相應的防護措施，防止檢修過程中造成污染。

結語

水輪機是水電站發電的重要設備，一旦出現故障就會造成一定損失。為此，應該通過觀察在這些障礙發生之前就予以排除，將設備故障可能造成的損失降低到最小。檢修人員應該在檢修的過程中秉持認真負責的態度，注意積累自己的經驗好技能，對發現的問題及時處理，提升水輪機運行的安全性與可靠性，為水電站的健康發展做出貢獻。

參考文獻：

[1]董東旭，王濤.淺談水輪機導軸承檢修工藝的提高[J].電子設計工程，2013，（20）.