水輪機活塞式端面橡膠密封燒焦及甩水分析處理

趙發(fā)敏

（貴州蒙江流域開發(fā)有限公司，貴州 貴陽 550000）

1 主軸密封結構及工作原理

該廠水輪機主軸密封結構：轉動環(huán)抱在轉動油盆下方主軸上，主軸密封座子裝在頂蓋處，其工作原理是：工作密封塊下腔通入壓力清潔水，使密封塊克服自身重量上浮起來。頂住固定在主軸上的轉環(huán)上。轉動環(huán)固定在主軸上，隨主軸一起轉動，密封塊安裝在活塞座里，密封塊中對稱布2 根定位銷；限制密封塊只能作上下運動，不能作環(huán)向運動和徑向運動。在密封塊上下端面之間均布 個 通流孔，見圖。當密封塊下腔無壓時，密封塊能靠自重落到底部，當活塞下腔通入壓力水后，密封塊在水壓作用下上升到頂端，使頂蓋與主軸之間的漏水水流受到阻礙，在頂起密封塊的同時，水流經(jīng)通流孔到密封塊上端：當密封塊與轉環(huán)接觸后，接觸面之間就產(chǎn)生了流動水膜，只有一小部分水流漏出。同時這一定的漏水量也保證密封塊不受到干磨過熱而燒毀。

1.1 設備現(xiàn)狀及歷史事故總結

該廠1-3 號機主軸密封2009 年3 月15 日投運以來曾發(fā)生多次反復燒焦事故，之后又發(fā)生過幾次甩水過大事故。從運行和多次事故處理中得出：

1） 活塞式端面橡膠密封的下腔水壓應比頂蓋水壓大“0.02-0.05Mpa”左右，且實驗證明：正常運行水壓下，橡膠活塞上鉆6X￠5 孔最為理想。若孔太大就會造成橡膠活塞下腔與內(nèi)腔水壓的壓差太小，起不到有效的密封作用，結果造成主軸密封甩水量過大，容易造成頂蓋水位上升至回轉油盆底，產(chǎn)生油盆打水，并濺入水導油盆；若孔太小又會造成橡膠活塞下腔與內(nèi)腔水壓的壓差太大，產(chǎn)生向上的壓力大，使橡膠活塞過緊貼附在抗磨環(huán)上，橡膠活塞與抗磨板之間不能形成水膜，密封面兩側無水流出，無法冷卻和潤滑摩擦表面，造成密封燒焦。

2） 活塞與活塞槽內(nèi)壁之間間隙應控制在0.05-0.10mm為宜，且通水壓試驗，活塞應均勻上升，而且除6 個潤滑水孔外，其它地方應基本無漏水。抗磨板、橡膠活塞密封端面上不能涂黃油等油脂。涂黃油等礦物油脂的危害為：黃油等礦物油脂阻礙水流形成良好的水膜，阻礙了水流向密封面兩側流出，積累了由于磨擦形成的熱量，易導致密封活塞燒焦。

由于機組正常運行時主軸密封潤滑水水壓相對恒定，當機組處于低負荷運行時，主軸密封進水壓力比頂蓋水壓力大得多，很容易造成密封燒焦。特別是當抗磨環(huán)與水封活塞都是新裝的時候，抗磨環(huán)與水封活塞貼合緊密，所以檢修后的首次試運行顯得尤為重要。第一次開機啟動時，必須設專人監(jiān)視并調(diào)整主軸密封進水閥，模擬壓差裝置以確保主軸密封進水壓力比頂蓋水壓力大(0.02-0.05Mpa)，使主軸密封既可以止水，但又不會被燒焦。經(jīng)過一定時間的磨合后，抗磨環(huán)與水封活塞將會配合得較好，才可將主軸密封水壓調(diào)為正常運行水壓。

1.2 事故發(fā)生的原因

首先，由于檢修單位（2009 年5 月29-6 月10 日對1 號機進行B 修） 更換主軸密封圈時，沒有在密封圈端面鉆潤滑水孔，開機試運行時將主軸密封供水閥關閉，但主軸密封供水示流信號器以調(diào)至全開位置，當時試運行時已聞到主軸密封處有膠臭味。安裝單位說新檢修的主軸密封運行一段時間會好的，待機組試運行約10 個小時后（一直有膠臭味） .由于沒有水，運行值班人員向地調(diào)申請停機，待6 月11 日18時25 分，大壩水位升致805（壩頂高程） 時，運行人員開機前檢查發(fā)現(xiàn)1 號機主軸密封供水閥處在全關位置，就將其打開（因檢修人員未作交代，此操作步驟正確），此時密封座內(nèi)下腔的水壓力將水封活塞與抗磨環(huán)緊密結合，由于密封圈端面沒有鉆潤滑水孔，機組轉起來后，密封圈端面（水封活塞端面） 與抗磨環(huán)（轉動環(huán)） 發(fā)生干摩擦，導致主軸密封燒焦及冒煙。

2 處理過程

主軸密封分解檢查發(fā)現(xiàn)主軸密封水封活塞磨損嚴重，水封活塞端面沒有潤滑水孔，抗磨環(huán)沒有受到損壞，只有燒毀的密封膠粘附在抗磨環(huán)表面。因此首先對主軸密封活塞更換及清理粘附在抗磨環(huán)表面的密封膠，檢查抗磨板焊接是否牢固，接觸面打磨光滑，接口過渡平順。當預裝密封活塞時，遇到了很大的麻煩，備用的橡膠密封活塞的厚度比密封座內(nèi)槽還要寬1mm，因活塞與活塞槽內(nèi)壁之間間隙控制在0.05-0.10mm，于是就要將活塞厚度均勻地打磨掉0.90-0.95 mm 才符合安裝要求，密封活塞是條形，用電磨和游標卡尺來邊打磨、邊測量、邊預裝，當活塞裝入活塞槽內(nèi)，感覺上下活動靈活，就取出橡膠活塞在其端面均勻鉆6X￠5 孔潤滑水孔。孔鉆好后，將活塞裝入密封槽內(nèi)用水壓做試驗，發(fā)現(xiàn)活塞總是不能順利頂起，在以前，只要5-10 導的塞尺檢查合格，做試驗都是一次性成功，今天的問題出在那兒呢？，這可把我這個搞了10 多年水輪機檢修的老師傅給難倒了，于是再做一次試驗，我仔細觀察，發(fā)現(xiàn)活塞放在槽內(nèi)時，活塞的外側總是與活塞槽的內(nèi)壁外側緊貼著，原來活塞是條形的，將其放入槽內(nèi)時已彎成了圓形，當沒有把接口粘接時，它有一個向外張的力，如果用正常水壓是難以頂起來的。把接口用502 粘接好后通水一試，果然輕松地頂起來了。以前用的活塞都做成了圓形，雖然接口沒有用東西給其粘接，但它已成形沒有了向外張的力，今后要是遇到條形活塞密封時，預裝完畢要將其粘接好后在做試驗。

1） 主軸密封座子的安裝：裝主軸密封座子前放好止水盤根、空氣圍帶，按拆前所做的記號回裝，并把螺絲上緊，然后用塞尺檢查空氣圍帶與法蘭保護罩的間隙（間隙要求1-1.5 mm 為宜）。并給圍帶充氣檢查，用塞尺檢查其密封性(5導塞尺通不過)。

2） 主軸密封活塞安裝：根據(jù)主軸密封活塞固定銷的尺寸（不能超過座子槽口，銷子并固定牢固） 來鉆配活塞上的銷孔，銷孔直徑最多比銷子大50 導，活塞高度不超過座子槽口，一般轉動環(huán)與密封座子平面的間隙3-5mm；

3） 轉動環(huán)的安裝：轉動環(huán)裝好后，要用小錘敲擊檢查是否安裝牢固，用塞尺檢查密封座子與轉動環(huán)間隙是否均勻。

4） 主軸密封活塞體安裝后，投入壓力水，檢查管道和主軸活塞體各處不發(fā)生漏水現(xiàn)象，且主軸密封漏水量適宜，并用塞尺檢查活塞端面與轉動環(huán)的密封是否完好。

5） 檢修后開機啟動試運行：設專人監(jiān)視并調(diào)整主軸密封進水閥，人工模擬壓差裝置以確保主軸密封進水壓力比頂蓋水壓力大0.02-0.05Mpa，為密封環(huán)、新橡膠活塞創(chuàng)造最佳運行磨合條件，防止橡膠活塞因壓差過大燒損，橡膠活塞首次運行磨合的好壞，直接影響密封的止水效果。經(jīng)過以上逐一分析排查，并針對各現(xiàn)象進行逐一處理，還有經(jīng)過人工模擬差壓裝置運行條件下的磨合運行，主軸密封燒焦及漏水狀況得到明顯改善，各項指標也符合要求。

3 結語

綜上所述和實踐證明，造成活塞式端面橡膠密封燒焦或甩水過大的因素有：

1） 橡膠活塞上的潤滑水孔及導向銷孔的尺寸是否合適，能否使橡膠活塞上腔與內(nèi)腔形成適量的壓差；

2） 潤滑水是否清潔，抗磨板和橡膠活塞密封面上不能涂黃油等礦物油脂；

3） 橡膠活塞與主軸密封座子槽內(nèi)內(nèi)壁之間間隙是否能保證活塞自由運動；

4） 抗磨環(huán)、橡膠活塞磨損程度如何，抗磨環(huán)工作面是否光滑，有無變形；

另外，首次試運行的人工模擬壓差裝置工作條件下的磨合運行也非常重要，這些經(jīng)驗和做法可供同類密封結構燒損事故、甩水過大事故或缺陷處理參考。