LHK 水電站主軸密封壓力異常原因淺析

張友飛，李應兵

（中國水利水電第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

1 引言

LHK 水電站安裝6 臺額定功率為500 MW 的立軸混流式水輪發電機組，導水機構作為水電站中動能來源的核心部件，其安全運行至關重要。LHK水電站的導水機構主要由底環、活動導葉、頂蓋、轉輪、筒閥等組成，其中底環、頂蓋、筒閥是分兩瓣運至現場組裝成整體，頂蓋和筒閥組裝好后套裝成整體，通過筒閥接力器和筒閥手動鎖定螺桿連成整體吊入機坑安裝。由于頂蓋是隔絕水流進入機坑的關鍵部件，其加工組裝質量非常關鍵，接下來將就LHK 水電站首批機組充水調試過程中頂蓋和主軸密封出現的問題作一些簡單的分析總結，從而為后續機組及以后安裝提供有用信息。

2 滲漏水分析

在首批機組中，5 號機首次開機調試過程中出現兩個問題，一個是主軸密封供水管上壓力升高和流量降低的問題；另一個是工作密封前后壓力異常，于是在停機后進行檢查。另外在接下來的3 號機組充水過程中，首先進行的是尾水段平壓，平壓后對整個水輪機機坑進行了檢查，并無異常的滲漏情況，接著進行了技術供水系統、筒閥、調速器調試，完成后關閉筒閥、導葉做好保護措施后進行引水充水，在第一階段充水（50 m 水頭）后對機坑全面檢查并無滲漏，后續在進行100 m 水頭充水結束后檢查機坑內發現在+X 方向的頂蓋組合縫處滲水。

對于第一個問題初步懷疑異物在主軸密封供水管內堵塞，現場有針對性的對進入工作密封的8 根DN15 潤滑冷卻水管檢查并無異物，重新打開主軸密封水源壓力和流量均正常，于是排除了管內有異物堵塞。隨即排查工作密封的潤滑水孔堵塞引起原因，對于這一點需要拆開主軸密封進行檢查。

針對第二個問題首先分析工作密封前后壓力表分別測量的位置，如圖1 中，P1 為工作密封后水壓力，P2 為工作密封前水壓力。由于P1 與P2 所測為不同的兩個系統壓力，P1 為工作密封潤滑水槽內水壓力，P2 為尾水側壓力，P1 應大于P2，才可保證在開機過程中工作密封水封住P2 側水，保證機組安全運行。但首次開機時出現P1 與P2 慢慢增大至基本P1 等于P2，如表1，且基本等于進水總管上的供水壓力，同時流量慢慢減小到設計的最低流量8 m3/h 以下。由于開機前調試時未出現該異常情況，如表2，初步懷疑是由于在水機軸與頂蓋2 mm 間隙處有異物阻塞引起。因此停機后做好保護措施著手拆開主軸密封檢查，在拆前關閉了導葉和筒閥做好防誤操作措施，把尾水段的水排空，保留了蝸殼內水未排。

表1 5 號機開機過程中工作密封水壓力流量（處理前）

表2 5 號機首次開機前工作密封水壓力流量

圖1 工作密封前后壓力測點示意

由于在調試階段工期緊、工作任務重，且在頂蓋內部空間有限，在這個階段拆主軸密封的工作不便于單獨解體拆，現場經研究后確定整體提起300 mm高左右檢查。如圖2 中分別在頂蓋和密封箱上焊接吊耳用手拉葫蘆提起檢查。拆開后發現：①密封箱內有大量脫落的油漆皮，且在水輪機軸與頂蓋之間2 mm 間隙內也有；②同時也發現檢修密封圍帶有輕微磨損；③工作密封塊潤滑水供水孔均無堵塞；④在頂蓋兩條組合縫密封槽處均有約直徑Φ8 的水流出，高度大約在100~200 mm 左右。

圖2 主軸密封整體提起示意圖

根據拆開來看脫落的油漆皮絕大部分來源于水輪機軸與轉輪連接螺栓保護罩的頂部，從這些現象來看初步表明是由于油漆在水流沖擊下脫落，在機組旋轉作用下在水機軸與頂蓋間形成堵塞，造成工作密封水向尾水方向流動通道不暢，在該間隙處堵住的油漆在旋轉時又對空氣圍帶造成磨損。采用去除密封箱內易于脫落的油漆并清掃干凈，回裝。開工作密封水檢查密封水壓力流量正常，且工作密封的浮動環動作正常，上浮量0.05 mm 滿足設計要求。

重新開機后又出現P1 和P2 慢慢增大，同時流量也降低。回顧第一次拆開時所發現的在密封槽處有水冒出，再結合頂蓋組裝時在頂蓋的過水面處存在有局部間隙，由于間隙也滿足設計要求未引起足夠重視。從這些來看基本可以判斷是由于在頂蓋組合縫過水面存在有局部間隙，壓力水通過間隙到頂蓋組合縫密封槽內，再通過槽往槽兩端跑，從而出現在頂蓋組合縫兩端有滲漏水冒出[1]，如圖3 中所示滲漏水途徑。

圖3 頂蓋組合縫滲水途徑示意圖

3 問題處理

針對5 號機在頂蓋組合縫密封槽冒水，水向內側跑到密封箱與頂蓋把合面的密封槽處，由于外側有密封箱與頂蓋把合面的橡膠條，水通向內側去擠壓空氣圍帶。在開機過程中水壓比未開機時的水壓大，開機前主軸密封水能正常通過水機軸與頂蓋間2 mm 間隙處，但開機后滲漏水去擠壓空氣圍帶，壓力推動空氣圍帶向軸使該2 mm 間隙減小，造成工作密封水向尾水方向流動不暢，慢慢空腔內就有壓力。

對于引起這一系列問題的原因的處理，同樣需要如前所述整體拆開主軸密封。具體的處理方案是把頂蓋組合縫安裝密封箱和圍帶的位置用徑向磨具打磨出5 mm 以上的坡口，特別注意該平面上頂蓋組合縫密封槽往內徑方向處，在打磨好的坡口內用金屬修補劑填充，并填充密封槽剩余空間，待干燥后打磨平整清掃干凈回裝。回裝后從充水開機情況來看，效果比較明顯，主軸密封前后壓力都正常了，說明處理方案科學。3 號機的滲水位置在頂蓋與座環的把合面處，滲漏的位置就是在頂蓋組合密封與頂蓋與座環把合密封位置，原因有很多種可能，由于設計使用的密封條不能把密封槽填滿，存在兩條密封錯位的情況，這樣在水壓變大后壓縮量不夠會形成漏水。另外一個也可能在安裝過程中對頂蓋組合縫密封條的修配剛好與槽底相平，在充水后因為水溫低和水壓力作用下使組合縫的密封條收縮導致端頭低于密封槽，同時頂蓋與座環把合面的密封條壓縮量又低于這部分收縮量，從而引發了滲水。對此直接在頂蓋組合縫滲水的一邊斜著鉆了一個Φ8 mm的孔，往里用0.5 MPa 的壓力注入環氧封住滲水的接頭位置，待凝固后充水檢查無滲漏。

綜上，引發問題的直接原因由于頂蓋組合縫有局部間隙，因此后續機組頂蓋組合縫建議涂抹平面密封膠，同時在配割頂蓋組合縫與座環把合面和密封箱把合面處的密封條T 型接觸位置建議配割成“U”型，U 型底稍高出密封槽底部0.50 mm 左右可有效阻止漏水，如圖4。這樣在組合縫涂抹平面密封膠，結合T 型接頭處密封修配成U 型，既可以防止水從局部間隙滲到密封槽內擠壓圍帶，也可防止水從外側滲到機坑內。

圖4 密封條T 型接頭處修配示意圖

由于在T 型接頭處的修配目前沒有明確的要求規定，以前工作中的經驗大多還是修配平整，修配成U 型接觸的尚少，在LHK 最后1 臺機的頂蓋組合密封兩端修配就是按照這種方式修配，從最后充水調試的效果來看，比較理想未出現滲水情況，為以后同種型式接頭處的密封條配割積累經驗提供借鑒。