電站主軸密封空氣圍帶燒毀原因及解決方案

(哈爾濱電機廠有限責任公司，黑龍江哈爾濱 150040)

0 引言

主軸密封分為兩種情況，一種是機組正常運行中，水導軸承下部防止機組頂蓋與主軸間漏水的工作密封。另一種是高尾水位下停機檢修軸承時將主軸四周的間隙封死，防止尾水向機坑內泄露的檢修密封。巴基斯坦某電站的主軸密封采用無接觸間隙式密封。其密封結構由密封箱、主軸護套、抗磨環組成；間隙密封的密封箱及主軸護套抗磨環均采用不銹鋼制造；檢修密封采用三角形圍帶式充氣密封。但電站主軸密封空氣圍帶發生了燒毀現象，根據此情況，我公司組織技術人員對其進行了檢查與分析，找出了故障原因，并提出了解決方案。

1 設備結構及參數

巴基斯坦某電站的主軸密封采用的是無接觸間隙式密封，操作壓縮空氣壓力為 0.7MPa。當水輪機運行時，該密封與主軸間應有一定的間隙，使密封免受磨損；而機組停機后，充入壓縮空氣，使之與主軸護套抗磨環緊密接觸。三角形圍帶與傳統空氣圍帶結構不同，是實心結構，三角形圍帶內部是直徑φ7mm的盤根槽，主軸密封結構如圖1所示；空氣圍帶如圖2所示。

型號：HLA351d-LJ-420；額定水頭：370m；最大水頭：420m；最大水頭：350m；額定流量：70.81m3/s；額定出力：243MW； 額定轉速：300r/min；飛逸轉速：495r/min。

圖1 主軸密封結構圖

圖2 空氣圍帶圖

2 故障原因及分析

2.1 現場情況

電站首臺機首次手動開機沖轉。轉速升至80%時，水車室有濃密白煙并伴有彌漫刺鼻的橡膠味，頂蓋振動急劇增大，緊急停機。停機后判斷應是主軸密封空氣圍帶受損。進行詳細檢查后，得知主軸密封安裝時，未安裝φ8耐油橡皮條。三角形密封帶與主軸之間的間隙局部只有0.5mm。

拆除密封箱時，發現主軸上的抗磨環的下部(密封箱最下面梳齒處)磨損嚴重，局部凹槽達2mm。檢修密封蓋(與抗磨環接觸處)時發現有磨損現象，密封蓋上密封條燒融。抗磨環下部合縫處變形張開，35道塞尺可以塞入。上部合縫處沒有間隙。抗磨環上部與主軸無間隙。三角形密封帶已全部燒毀焦化。

2.2 故障原因

經過現場拆機進行檢查，判定原因有以下4個方面，啟機振動曲線如圖3所示，主軸密封拆裝如圖4所示。

(1)三角形密封帶與主軸之間的間隙局部只有0.5mm，接近設計極限。

(2)三角形密封帶內部φ8耐油橡皮條未安裝，裝配剛度和回彈性不夠。φ8耐油橡皮條還有增大圍帶和主軸抗磨環間隙的作用。在充氣實驗結束，氣壓撤出后，密封回彈量小，甚至可能未回彈，導致充氣試驗后檢修密封與抗磨環處的間隙可能會小于安裝時的間隙值，甚至可能局部與主軸未能脫離。

(3)機組運行時，抗磨環與空氣圍帶摩擦產生熱量，使密封帶和抗磨環膨脹，兩者接觸面積更大，產生更多熱量。

(4)溫度達到一定程度后，環氧樹脂燒熔脫落，混在旋轉間隙間，導致密封箱和抗磨環損毀。

圖3 啟機時振動曲線

圖4 主軸密封拆除

2.3 解決方案

(1)主軸抗磨環拆下修復，外表面打磨光滑，特別是與三角形密封帶接觸區域。抗磨環把合螺栓填充孔，用環氧樹脂填滿。環氧樹脂固化后表面打磨平順，不允許有高點。

(2)更換三角形密封帶，內部安裝φ8密封條。按安裝順序，依此測量4種情況下檢修密封于抗磨環之間的間隙值： ①初次裝入三角形密封帶，密封壓蓋安裝前； ②密封壓蓋裝配完畢(螺栓預緊)； ③壓縮空氣系統投入后； ④壓縮空氣系統完全撤出。

(3)保證最后的三角形密封帶與抗磨環之間的間隙單邊在1～1.5mm。如果小于這個值，應對密封帶內徑進行打磨。注意打磨表面光滑，過渡區域光滑過渡。

(4)壓縮空氣投入時，打開尾水閘門，觀察主軸密封是否漏水。再將壓縮空氣撤出(此時尾水閘門仍處于開啟位置)，由于需要根據密封漏水的實際情況確定檢修密封是否必須保留，因此建議氣壓不要一次完全撤出，應緩慢或分段撤出，氣壓撤出過程中密切關注密封漏水情況，若此實驗過程中漏水量突然增大，需立即將檢修密封投入，以免造成水淹軸承的事故。

3 實際處理效果

根據解決方案，我們對主軸空氣圍帶部分密封條和支撐環進行了更換，并重新進行了安裝。

(1)首臺機主軸抗磨環和密封箱換備品進行回裝。按圖紙要求在三角形密封帶內部安裝φ8密封條。對三角形密封帶內徑進行打磨。保證最后的三角形密封帶與抗磨環之間的間隙單邊在1～1.5mm。但由于支撐環和檢修密封蓋把合面受損變形嚴重，導致空氣圍帶(三角形密封帶)安裝后，壓縮空氣系統投入后漏氣。

(2)更換新的支撐環和檢修密封蓋，備品空氣圍帶(三角形密封帶)和主軸抗磨環。

(3)針對其它機組也進行了主軸密封拆除，更換密封條等辦法。徹底解決了主軸密封問題。

4 結語

通過對巴基斯坦某電站主軸密封空氣圍帶燒毀的現象的分析，可建議修改國家標準《水輪發電機組安裝技術規范》中圍帶式檢修密封正常運行中和轉動部分保持最小1mm間隙的規定。應該根據現場實際情況，適當放大間隙距離，以達到水電站正常運行。