水電站機組主軸密封裝置運行磨損問題及解決措施

楊 鳳

（四川明星電力股份有限公司，四川 遂寧 629000）

主軸密封裝置屬于水輪機中的核心保護措施，但容易發生水淹水導軸承、水淹廠房等事故。應用工藝優良、結構合理的密封裝置，能夠保障水輪機的穩定、安全運行。其中，運行磨損是水電站機組主軸密封裝置中的常見問題，由此，從著手，進行系統研究，并提出有效的解決措施，促進主軸密封裝置安全運行[1]。

1 主軸密封裝置

貫流式水輪發電機組在實際運行中，水流會順著固定部件以及主軸轉動部件間隙流入燈泡機艙中，甚至深入水導軸承，因此，應該對主軸密封裝置進行合理設置，阻止水流流入機艙內，在這個過程中，主軸密封可以進一步細分為運行狀態密封和停機狀態密封。

水電站機組中的檢修密封以圍帶式結構為主，可以在運行狀態密封和停機狀態密封中[2-3]，將0.7 MPa壓縮空氣灌入圍帶中，促進圍帶橡皮實現擴張膨脹，針對固定支架和轉動支架徑向間隙進行合理填充，對間隙漏水問題進行有效防堵。機組啟動密封運行后，將空氣圍帶內空氣排出，促進氣體有效收縮，轉動支架和空氣圍帶之間應該維持1.5～2 mm之間的徑向間隙，預防機組運行碰撞。

2 主軸密封裝置磨損原因分析

在以往研究中，通常結合不同機組主軸相關密封件的實際磨損情況及監測結果，分析密封水室在實際運行中，金屬部件之間是否存在機械運行磨損問題，是否中斷，是否導致旋轉之間產生干摩擦力，磨損支架和密封材料。那么，主軸密封區域會出現冒煙、發熱等現象。但實際過程中，密封材料熔點和金屬部件相關熔點相比，要稍低一些，在損傷金屬部件轉動支架表面和壓蓋之前發生熔化，即使發生干性摩擦，損壞密封材料，轉動支架以及壓蓋抗磨環等金屬部件也不容易磨損，因此，主軸密封裝置磨損原因判斷流程較為復雜，在此，將其分為3部分，逐一分析。

2.1 泥沙入侵

出現泥沙入侵主軸密封裝置現象通常是由兩個方面原因導致的：

第一，主軸密封腔水室內尚未形成0.1～0.2MPa的清潔密封水壓，墻內清潔潤滑水主要來自供水控制單元。在設計過程中，壓力表簡單地連接在控制單元的主管中，沒有其他的壓力監測點。在實際運行中，無法有效地調整和測試干凈的密封水壓。一旦機組運行工況發生變化，如果調整和操作不當，將堵塞主軸密封供水管道，從而導致主軸密封潤滑水直接中斷或低于極限值。在這種情況下，汛期河道挾沙將進一步惡化。

第二，機組相關監控系統的停機流程存在設置故障，在對機組過程進行監視和檢查的過程中，如果發現啟動過程中空氣保護罩密封被抽出，那么延時10～20 s后，開啟主軸密封電動蝶閥，提供干凈的密封水，然后，啟動葉片脈沖轉子，機組在停機期間歸零，關閉主軸密封電動蝶閥，2 min后風帽密封正式投入運行。在機組啟停過程中，在10～20 s以及20多分鐘后，腔室中的清洗和密封水中斷。在這種情況下，在0.1 MPa靜壓作用下，流道內的渾水會沖入密封系統，破壞系統的清潔度，造成機組運行后密封磨損，特別是汛期，渾濁現象更為嚴重。

2.2 設計安裝問題

在機組運行過程中，旋轉支承擺動幅度較大，導致旋轉支承與L形密封形成摩擦力，隨著旋轉頻率的增加或減小，交變力進一步擴大，當旋轉支架和螺栓的損壞超過極限時，系統會發生沉積物侵入，導致旋轉支架嚴重磨損，影響整體密封效果。在機組后期檢修過程中，支架轉動導致螺栓斷裂，主軸法蘭面與旋轉支架松動，造成大量漏水危機。通常情況下，通過檢查發現，前椎體翼緣與導向椎體連接處的位移、下沉導致固定支架與傳動支架不同心，旋轉過程中出現柱面碰撞磨損問題，而相關的拆裝螺栓也因疲勞損壞而斷裂。

2.3 運行問題

由于管理人員操作誤差等問題，將影響主軸密封系統的正常密封供水，即在機組長期不穩定運行的情況下，相關擺動值和振動超標，旋轉支架擺動幅度大，也會對密封裝置造成一定損壞。

3 治理措施

3.1 優化完善系統啟停步驟

對監控系統的啟停過程進行全面優化，也就是說，在啟動過程中設置主軸密封供水蝶閥，延時保證腔體供水和建壓后，抽出空氣保護罩密封。停機過程中機組轉速調零后，投入正常氣封圍帶，關閉主軸密封供水蝶閥。

3.2 針對供水管路實施技術改造

改進主軸密封相關給水管道整體技術，在與機艙內密封室相連的供水管內安裝控制閥，并設置能準確顯示密封室內水壓變化的精密壓力表，以便對密封室內水壓進行觀測分析，合理控制密封室內的壓力參數，提高密封效果。

4 日常檢修維護

發電機組主軸密封主要由平板密封和梳齒密封組成，同時，主軸密封漏水量相對較小，相關漏水量不超出每分鐘35 L，也要設置密封壓力自動調節裝置，具體密封結構如圖1所示。

圖1 平板梳齒組合密封結構

如圖1所示，主軸密封采用自動水壓調節方式，總漏水量不超過240 L/min，濃水泄漏量主要通過管道排放。

對有關設備，應檢修主軸密封，合理調整壓蓋、彈簧、螺栓等部件，檢查浮環的靈活性。對主軸密封給水管道及平衡室進行低氣壓檢修，檢查啟動流量是否正常。

5 結語

在水電廠技術改造過程中，要嚴格控制質量問題，系統分析影響質量的因素，合理劃分風險因素，形成有效的控制措施，實施全過程質量控制，有效避免過分關注廠家的質量承諾，保證一次性改造成功，防止同類問題再次發生。