軸流轉漿式機組主軸密封漏水量超標治理

葉倩倩，王環東，張永慧

(吉林松江河水力發電有限責任公司，吉林 撫松 134500)

1 設備概況

某水電站裝有2臺軸流轉槳式機組，水輪機型號ZZ550-LH-380，額定轉速200 r/min，額定容量35 MW，機組型式為三導懸式結構。工作密封采用填料式盤根密封，由不銹鋼軸套、密封壓蓋、密封填料、彈簧、壓板等組成，具有一定的自動調節功能。工作密封下部裝有空氣圍帶式檢修密封，長期停機或停機檢修時，通入0.5—0.7 MPa的壓縮空氣，由橡膠圍帶唇邊進行密封，阻斷下游尾水進入頂蓋。

該水電站2號機組自2010年投運以來，主軸漏水量隨著運行小時數的增加而日益增大，每次機組檢修均對其密封性進行針對性地處理，但均無明顯效果；機組運行發電時頂蓋排水泵每1—2 min就要啟動1次，停機時約8 min啟動1次。排水泵的頻繁啟動導致其故障頻發，近年來多次出現排水泵燒損導致頂蓋上水事件，嚴重影響了機組的安全穩定運行。

2 主軸密封漏水量超標原因分析

2.1 工作密封型式不合理

工作密封原設計為填料式盤根密封，配合彈簧和壓板進行預壓緊，且彈簧壓縮量在機組正常運行時能進行自調整。這種密封結構存在彈簧預壓縮量的調整無法準確把握和控制，密封潤滑水量和漏水量無法定量計算，密封件磨損后壓緊量調節困難等問題。同時，當機組受水力影響使水導擺度增大時，彈簧預壓縮量不能完全補償其受損的變量，時間越久漏水量就越大。原主軸密封示意如圖1所示。

圖1 原主軸密封示意

2.2 空氣圍帶式檢修密封存在密封死角

檢修密封原設計為空氣圍帶式結構，內部靠螺旋式彈簧支撐，外部采用丁晴橡膠作為密封主體。在制作過程中空氣圍帶的兩端需要預留密封接頭，安裝時進行手工粘接。接頭處為非充氣式結構，工作過程中勢必會產生密封死角，嚴重影響密封效果及漏水量。

3 處理方法

為徹底解決上述問題，結合2016年機組A級檢修，對2號機水輪機主軸密封進行了整體改造，尤其是工作密封及檢修密封結構型式。

3.1 工作密封改造

工作密封改用徑向自補償式密封結構，工作密封軸套采用不銹鋼材料，分成2個半把合固定在主軸上。工作密封的密封塊為扇形密封塊，采用進口高分子材料制作，沿軸向分2層布置。每層密封塊分為6瓣。密封塊外側設周向螺旋拉伸彈簧，密封塊磨損后在水壓力作用下可以實現自動補償，單邊徑向補償量為7.64 mm。2層密封塊中間的密封支撐環上設有若干個通潤滑冷卻水的通孔，潤滑冷卻水在摩擦面間流動時對密封起到潤滑與冷卻的作用。主軸密封潤滑冷卻清潔水壓力必須大于被密封臟水的壓力，確保臟水不會進入摩擦面，避免主軸密封轉動環及密封塊被泥沙磨損，以保證密封性能良好和密封塊具有更長的使用壽命。改造后的主軸結構如圖2所示。

圖2 改造后的主軸結構

3.2 檢修密封改造

檢修密封采用C型環狀中空充氣膨脹式無間隙橡膠密封，為墊環支撐式空氣圍帶結構。空氣圍帶外側采用黃銅板墊環進行支撐，保證空氣圍帶既具有足夠的剛度，又便于安裝。檢修密封工作壓力為0.6—0.8 MPa，其安裝工藝簡便。C型檢修密封在投運后可實現完全密封，不存在空氣圍帶密封死角，能保證機組在停機狀態下頂蓋無上水，從而有效降低頂蓋排水泵在停機時的啟動次數。

4 改造效果

按上述方法改造后，2號機組于2016-12-10試運行，新的工作密封裝置在工作狀態下的漏水量基本穩定，且水泵的啟動間隔明顯延長，頂蓋漏水量基本恒定，由不可控變成可控；在機組停機狀態下C形硬支架式檢修密封，可實現對下游尾水100 %密封，解決了原圍帶接頭處易漏水的問題。改造前后排水泵運行間隔統計如表1所示。

表1 改造前后排水泵運行間隔統計