水輪機主軸密封技術研究

于家盛

摘 要 近年來我國經濟持續穩定發展，在發展的同時，對供電的需求也不斷提高，而現如今電力生產的主要渠道是通過水電廠，水電廠如今和人們的生活密切相連。在水電廠中，水輪機是其重要的組成部分，而對水輪機來說，主軸密封是不可缺少的重要部件。但是主軸密封容易出現故障，其安全性沒有得到非常好的保障，所以這個問題也是目前國內水電行業亟待解決的問題。目前水輪機通常會在高壓、高速的環境下進行工作，這對水輪機的工作又造成了非常大的壓力，其中的密封件容易受到水中的泥沙磨損，漏水的現象時有發生，這使得工作效率急劇下降，可靠性也隨之降低，所以需要定時的更換密封件。針對出現的這種狀況，水輪機的主軸密封才開始出現，它的出現代替了傳統的水輪機密封元件，能夠使水輪機正常運作，且提高了工作效率和質量。

關鍵詞 水電站;水輪機;主軸密封;密封技術

1 水輪機主軸密封的意義和分類

水輪機是一種能量轉化機器，是通過一定的方式將水能轉化為轉輪旋轉的機械能，產生機械能之后，再通過轉輪的旋轉驅動發動機產生電能。水輪機的動力來源于水，由于我國的地勢特點以及河流特點，河流中的泥沙較多，尤其是在雨季，較多的泥沙會給傳統的密封方式帶來破壞。很多密封方式在使用一段時間之后會產生嚴重的磨損，從而影響正常的使用，開始出現漏水的現象。

水輪機的主軸密封能夠對水輪機起到保護作用，這種裝置的使用能夠保證水輪機正常運行，它能夠有效阻擋水流從主軸與頂蓋之間間隙上溢，能夠防止水輪機導軸承及頂蓋被淹，能夠維持軸承和機組的正常運行。

在目前水輪機主軸密封主要有兩種分類：①按工作性質劃分的，分為檢修密封和工作密封。工作密封中有又有許多分類，按照密封的結構形式可以分為：平板密封、盤根密封、端面密封等;②按水輪機主軸密封結構劃分的，分為接觸式密封和非接觸式密封。非接觸式密封方式包括反螺旋密封、離心式密封[1]。

2 水輪機主軸密封控制技術

2.1 水輪機主軸的密封

檢修密封：檢修密封按其結構形式可以分為：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。

工作密封：工作密封按照密封結構形式可以分為：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鋼圓環緊貼起到密封作用。迷宮環密封的工作原理是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]。

2.2 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。這樣一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。

2.3 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。實心式心形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。

3 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[3]。

4 結束語

在水電廠的實際工作中，水輪機的主軸密封處于非常重要的位置，它能夠影響水輪發電機在運行狀態，好的密封方式能夠使水輪發電機處于較穩定、可靠的狀態。相關工作人員應該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] 李軍，朱曉東，王申，等.水輪機主軸密封水壓異常波動原因分析及處理[J].西北水電，2018，169（2）：70-72，76.

[2] 李會敏，楊光永，陳躍斌，等.小型水輪機組主軸密封系統設計[J].電氣技術，2018，19（1）：72-76.

[3] 陳傳坤.多布水電站主軸密封的結構特點和安裝工藝[J].水電站機電技術，2016，39（3）：1-2.