水電站機組主軸密封裝置運行磨損問題及對策

韋家鵬

摘要：磨損問題是水電站機組主軸密封裝置的常見問題，會對設備造成損害。本文從密封裝置的設計、安全以及運行等方面進行分析，探討磨損形成的原因以及造成的損害，并且對該磨損問題提出了相應的對策。

關鍵詞：水電站;主軸密封;運行磨損

引言

水電站是我國重要的電站模式，在水電站運行過程中，存在著主軸密封不穩定、運行磨損較大的問題。主軸密封裝置是水電站機組的核心保護裝置，其穩定性對整個水電站運行造成影響。但是在運行過程中，容易發生水淹軸承等問題。選擇合適的主軸密封裝置，能夠保障水輪機的穩定運行。從主軸密封裝置的運行情況來看，運行磨損是其運行過程中的常見問題，影響使用安全和使用壽命。因此需要針對主軸密封裝置的運行磨損進行分析，提出解決措施，以確保水電站機組安全。

1 主軸密封裝置分析

1.1 主軸密封裝置的工作過程

在水電站機組的工作過程中，水流順著固定部件以及主軸轉動部件進入燈泡機艙內，然后深入到達水導軸承。在運行的過程中，為了防止水流進入機艙內部，需要合理設置主軸密封裝置。從水輪發電機機組的運行情況來看，可以將主軸密封裝置分為停機態密封和運行狀態密封兩種密封狀態。

1.2 主軸密封裝置的結構

水電站機組的主軸密封裝置結構主要是由密封環、密封環支架、密封座、滑環、壓緊彈簧等結構構成的。在水電站機組的運行過程中，主軸密封裝置能夠起到有效的密封作用。主軸密封裝置的密封環為纖維橡膠，由螺栓固定于支架上;滑環為不銹鋼材料，在滑環的密封面上噴涂上一層陶瓷，能夠起到抗磨損的所用。在工作狀態下，水源連續供水，彈簧能夠將密封面壓緊密封，從而起到密封的作用。密封裝置的供水設備不僅能夠持續供水，避免主軸密封干磨損，還可以起到冷卻和潤滑的作用。在水電站機組的運行狀態情況下，由主軸密封裝置灌入壓縮空氣進入圍帶，圍帶橡皮膨脹，有效的填充于主軸密封裝置中的密封環支架和滑環之間。在啟動密封之后，排出圍帶內空氣，起到密封效果。

1.3 水電站機組主軸密封運行分析

本文所研究的水電站所處的地區河砂情況相對嚴重，因此存在著水電站密封組件容易磨損，影響密封裝置的密封性能等問題。為了減少運行磨損，水電機組在密封裝置進口處設置迷宮環分半結構的賽斯德爾密封圈。密封圈與主軸法蘭面的移動支架相連接，能夠有效地阻止泥沙進入，從而改善運行情況。將主軸裝置的密封固定部分把合在導流錐體上，并且組成完整的密封體系，能夠形成反壓，以阻止外界河水中的泥沙進入密封裝置內。如果在運行過程中，密封裝置的橡膠平板發生磨損，可以調節螺釘以控制器松緊度，從而確保控制器密封作用。

2 主軸密封裝置運行檢修情況分析

本文所研究的水電站機組，在開機運行半年內，就出現兩個機組主軸密封裝置密封不緊密，漏水現象嚴重。為了改善漏水情況，在主軸裝設特質橡膠圈，情況有所好轉。但是在2個月后，又再次出現漏水的問題，導致停機檢修。

對機組的漏水情況進行分析，發現下面問題：（1）主軸密封裝置的橡膠平板磨損嚴重，從主軸密封裝置的橡膠平板和抗磨環來看，橡膠平板的磨損十分嚴重，基本上達不到密封的效果，而且其工作的部位基本已經全部磨損;（2）密封裝置的抗泥沙密封圈和轉動支架接觸部位磨損，從接觸部位來看，出現了嚴重磨損后的溝槽，泥沙對接觸部位的磨損十分嚴重，造成抗泥沙密封圈的磨損變形。

3 主軸密封裝置磨損原因分析

結合主軸密封裝置的結構以及磨損情況，通常主軸密封裝置的磨損會分為多種情況。如果是金屬部件引發的磨損，會導致冒煙、發熱等情況，但是在實際運行過程中，主要是密封材料磨損，金屬部件不易損壞。結合主軸密封裝置的運行情況和特點，分析其磨損的原因如下。

3.1 泥沙入侵

對機組主軸密封部件的磨損痕跡以及運行監控來看，機組內部并沒有發生金屬部件的磨損，也沒有出現供水不足引發的干磨等情況。對磨損的情況來看，沒有金屬磨損的痕跡，磨損部位也沒有出現發熱冒煙等情況，因此可知主要發生干性摩擦，而不是金屬部件磨損。對發電機組進行檢查，發現主軸密封下面有大量的泥沙，可知主要是由于泥沙入侵密封部件，從而造成了密封部件的磨損。

結合主軸密封部件磨損和泥沙的情況可知，引發泥沙入侵的情況主要有下面幾種：（1）主軸密封腔水室內沒有形成清潔密封水壓，而且主軸密封供水單元的過濾功能不全，在控制單元總管上只有一個壓力表，沒有其他的壓力監測點，導致運行過程沒有形成有效的密封水壓，在外界泥沙等作用下，供水管道將會發生堵塞，從而導致主軸密封潤滑水壓過低，引發泥沙磨損，尤其在水電站所處的汛期，泥沙磨損會更加嚴重;（2）機組啟動與監控系統存在缺陷，在停機檢修過程中，對機組的啟動和運行情況進行分析，研究顯示在開機過程中，需要經過10s之后才能開啟主軸密封供水;而在停機過程中，主軸密封供水停止后2min才能關閉空氣圍帶密封;導致每次在開停機的過程中，清潔密封水中斷，含有泥沙的河水在靜壓力的作用下進入密封系統，長期積累引發密封系統的密封磨損。

從主軸密封裝置的磨損來看，機組運行時，帶有大量泥沙的流道水進入體系內。河道水在輪轉體的間隙中通過，泥沙進入纖維編織盤根，并且與轉動支架形成磨損。當密封系統內的清潔水壓過低，達不到預定值時，將會導致泥沙侵入轉動支架接觸面，逐漸對密封系統其他部件造成污染。長此以往，將會形成惡性循環，泥沙對平板橡膠和抗磨環形成磨損，最終造成嚴重的磨損情況，影響其密封效果。

3.2 設計安裝不合理

本文所研究的水電站機組的主軸密封是針對泥沙較多的地區推出的結構，密封工作面有所增強，但是沒有聯軸螺栓保護罩。在運行的過程中，由于轉動支架懸空，影響了法蘭面的結構強度，并且出現主軸和轉動支架安裝不同心、轉動支架與固定支架安裝不同心的情況。在轉動過程中，支架擺度過大，導致機組螺栓受力超出限度，影響了整體的密封效果。

在對漏水的機組進行檢查的過程中，發現轉動支架把合螺栓受力超出限制，其變形嚴重。由于把合螺栓部分斷裂，從而造成法蘭面松脫，嚴重影響主軸密封的密封功能，引發大量漏水。究其原因，在于主軸密封的設計與安裝不合理，出現疲勞損傷而造成部件斷裂，引發漏水。

3.3 運行情況

在主軸密封裝置運行過程中，由于人員調整失誤，導致供水系統異常，引發供水不足。在長期運行過程中，由于機組振動和擺度超標，導致擺動幅度過大，最終引發密封裝置受損。

4 主軸密封裝置運行磨損對策

針對主軸密封裝置的運行磨損，采取以下方式解決相應的問題，確保密封裝置穩定運行。

4.1 優化密封裝置

針對當前的密封裝置，更換為耐磨性更強、壽命更長的材質。首先，為了減輕密封圈對轉動支架的磨損，選擇GFO纖維編織盤根進行密封;其次，為了避免轉動支架結構受力變形，在轉動支架內側增加法蘭面，從而提升其強度，優化法蘭面和移動支架;更換并且安裝新的密封材料，做好安裝質量管理，確保裝配效果。

4.2 優化監控系統

為了更好地控制泥沙進入密封系統，對監控系統的啟動和停機步驟進行優化。為了避免啟動存在的低壓情況，選擇先開啟主軸密封供水，然后開啟空氣圍帶密封，從而避免發生密封供水水壓過低的情況。同時在主軸密封供水管路增加控制調節閥，對密封腔內的水壓進行精準調控。

4.3 加強日常檢修維護

針對機組的主軸密封情況，需要加強日常檢修與維護管理。定期開展檢修管理，對主軸密封功能進行檢查，并且對螺栓、彈簧等部件進行合理調整。運行過程中，嚴格控制主軸密封漏水量，選擇管道排放泄漏量。如果漏水量過大，需要加強管理。

4.4 改造后效果分析

僅供優化處理后的機組，主軸密封運行情況良好。在其他機組也發生漏水情況之后，開展停機檢修。結果顯示主要是裝置設計與安裝不合理、泥沙磨損等情況。通過優化設計、更換磨損部件、優化管理方式，最終機組恢復正常，漏水情況得到改善。半年后機組依然穩定運行，密封裝置運行良好，取得了較好的經濟效益。

5 結語

主軸機組密封裝置是水電站的重要設備，對于內部運行具有重要的意義。針對密封裝置磨損的問題，需要通過系統性的問題分析，劃分風險因素，并且結合以往的經驗和實際情況，采取有效的方式進行控制。同時要加強教育培訓，形成全員質量管理的氛圍，及時處理相關的問題。通過優化設備設計、優化安全流程與管理流程，以降低磨損風險，避免同類問題發生。

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