高含沙水流对小浪底电站机组主轴密封的影响及应对措施_郭万欣.pdf

2023 年第 3 期2023 Number 3水电与新能源HYDOPOWE AND NEW ENEGY第 37 卷Vol37DOI:10 13622/j cnki cn42 1800/tv 1671 3354 2023 03 015收稿日期:2022 06 08作者简介:郭万欣，男，工程师，主要从事水电厂生产运行管理工作。高含沙水流对小浪底电站机组主轴密封的影响及应对措施郭万欣，王玲军(黄河水利水电开发集团有限公司，河南 济源459017)摘要:小浪底水利枢纽泄洪排沙期间，由于过机含沙量增加，高含沙水流对机组主轴密封的磨损量增加，严重影响机组安全稳定运行。通过分析高含沙水流对机组主轴密封的影响，采取了主轴密封水倒换为清水供水，顶盖下腔冲洗泵持续运行，顶盖内手动冲淤，机组停机避沙等一系列措施，减少泥沙对主轴密封的磨损，保障了机组的安全稳定运行和发电计划的完成，也保证了机组按照电网调度要求“调峰调谷”，减少弃水情况的发生，使小浪底水利枢纽的综合效益得到充分发挥。关键词:主轴密封;泥沙;应对措施;小浪底水电站中图分类号:TV734 1文献标志码:A文章编号:1671 3354(2023)03 0057 03Influence of Hyper-concentrated Sediment Flow on Main Shaft Seal ofUnits in Xiaolangdi Hydropower Station and CountermeasuresGUO Wanxin，WANG Lingjun(Yellow iver Water Conservancy and Hydropower Development Group Co，Ltd，Jiyuan 459017，China)Abstract:During the flood discharge and sediment flushing period of Xiaolangdi Hydropower Station，the abrasion of themain shaft seal of hydro-turbine units caused by hyper-concentrated sediment flow increases due to the increase of thesediment concentration through the units，which seriously affects their safe and stable operation The influence of hyper-concentrated sediment flow on the main shaft seal is analyzed Then，a series of countermeasures are adopted to reducethe abrasion of the main shaft seal caused by sediment，such as the switching of the main shaft seal water with clean wa-ter supply，continuous operation of the lower cavity flushing pump under the head cover，manual silt flushing in the headcover，and shutdown of the units to avoid sediment abrasion These measures ensure the safe and stable operation of theunits，and the completion of the power generation plan They also ensure that the units can carry out peak and valleyregulation according to the dispatching requirements of the power grid and reduce the occurrence of water abandonmentThus，the comprehensive benefits of the project can be fully utilizedKey words:main shaft seal;sediment;countermeasures;Xiaolangdi Hydropower Station近年来随着黄河流域生态保护和高质量发展上升为国家战略，小浪底水利枢纽作为开发和治理黄河的控制性骨干工程，控制着黄河 92 3%的流域面积、86 9%的天然径流量和近 100%的泥沙，总装机 180万 kW1。为延长小浪底水库使用寿命，充分发挥枢纽综合效益，黄河水调部门在汛期采用了一高一低的调度方式，虽有效减少了小浪底水库泥沙淤积，但过机含沙量急剧增加，2018 年最大达 83 6 kg/m3，导致机组主轴密封、转轮、导叶等过流部件严重磨损，机组被迫停运，严重影响机组安全稳定运行2。1高含沙水流对主轴密封的影响水轮机主轴密封是水轮机的一项重要保护，小浪底电站机组主轴密封为静水面密封型，正常运行时通75水 电 与 新 能 源2023 年第 3 期过增压泵连续清水冲刷密封元件，以防止压力水通过转轮与顶盖之间的间隙进入顶盖，从而达到密封的作用3。密封元件是耐磨蚀材料。在其整个寿命期内，对磨损可进行自动补偿。其结构如图 1 所示。图 1主轴密封结构图小浪底水利枢纽调水调沙期间，由于过机含沙量增大，高含沙水流会通过主轴密封进入顶盖，对主轴密封造成磨损，同时造成顶盖内泥沙淤积，顶盖排水泵无法运行，严重威胁机组运行安全。汛期检修发现小浪底 6 台机组主轴密封抗磨板均有不同程度磨损，最小磨损高度在 1 2 mm，最大 12 mm;支持环组合缝均出现不同程度的张口，组合面张口处磨蚀严重个别坑深达 6 7 mm;主轴密封盘根均出现局部磨损、裂纹甚至断裂现象，具体磨损情况如图 2 所示。图 2主轴密封各部件磨损情况图由此可以看出，高含沙水流对水轮机主轴密封部件的磨损都是比较大的，主轴密封漏水量的异常增大，顶盖淤积严重，顶盖排水泵无法运行，机组被迫停运冲淤和检修，严重影响机组安全稳定经济运行。2应对措施21主轴密封水倒为清水供水小浪底电站机组主轴密封密封采用水润滑与冷却。机组停机时，主轴密封水切除，浮动环落在滑环滑触面上，通过不锈钢接触弹簧增加其接触压力，保证停机状态下水不会进入顶盖内;开机前，经过过滤的密封水进入浮动环与滑环摩擦面之间，通过阀门调节水压，使其与向下的轴向力相平衡，抬升浮动环，正常运行时，主轴密封嵌入式摩擦环在一层薄水膜上滑动，以防止对摩擦环与滑环之间产生磨损。小浪底电站机组技术供水水源由两部分组成，一部分为机组蜗壳供水，另一部分为清水供水，清水的两处水源井分别位于大坝下游黄河北岸的蓼坞和南岸的葱沟，通过增压泵抽至场外清水池，以达到供给技术供水所需要的压力，如图 3 所示。常规运行条件下打开30 阀关闭 31 阀，主轴密封水采用蜗壳供水，可以极大节省地下水资源，当高含沙水流来临时，由于蜗壳水中含有大量泥沙，因此打开 31 阀关闭 30 阀，将主轴密封水由蜗壳供水倒换为清水供水，减少对主轴密封的磨损4。图 3小浪底电站机组主轴密封供水图85郭万欣，等:高含沙水流对小浪底电站机组主轴密封的影响及应对措施2023 年 3 月22顶盖下腔冲洗泵持续运行顶盖下腔冲洗水也称之为主轴密封冲洗水，作用于主轴密封支持环下方空腔内，常规运行方式下，在开机时顶盖下腔冲洗泵自动启动，防止机组长时间停机随着主轴密封与大轴间隙渗漏的水携带的细小杂物及泥沙在支持环下方沉积，在机组运行时对主轴密封造成磨损，开机流程结束后，顶盖下腔冲洗泵自动停止。当高含沙水流来临时，将顶盖下腔冲洗水由蜗壳供水倒为清水供水，同时将顶盖下腔冲洗泵控制方式切至“手动”模式，使顶盖下腔冲洗水持续对支持环下方空腔进行冲洗，从而减少泥沙在浮动环与摩擦环之间停留，起到对主轴密封的保护作用。23顶盖内手动冲淤小浪底水利枢纽调水调沙期间，顶盖内泥沙淤积造成顶盖排水泵长时间运行，顶盖排水泵叶轮磨损严重，这部分淤积的泥沙也会阻碍主轴密封与大轴间隙渗漏出来的水进入顶盖，导致泥沙更多地进入浮动环与摩擦环之间，对主轴密封进行磨损。因此在机组运行期间，上位机密切监视各台机组顶盖排水泵运行情况，当运行时间明显增长，运行时间间隔明显缩短时及时对顶盖进行手动冲淤。利用地下厂房消防水的高压水流搅起顶盖内淤积的泥沙，最后通过顶盖排水泵将含沙水排至尾水5。24机组停机避沙当机组过机含沙量过大时，主轴密封的磨损严重，迫使机组停机检修，检修工期较长，造成小浪底水利枢纽调水调沙结束后“有清水、无机组”的状况，严重影响发电效益。经过研究探索，在调水调沙前期，机组状态还正常时，根据往年汛期后小浪底水利枢纽下泄流量的变化，选择一定数量的机组停机避沙，以减少机组主轴密封的磨损，保证汛期后机组可按照下泄流量指标正常运行，避免“弃水”现象。小浪底电站机组停机避沙原则如表 1 所示，停机时落下机组进口事故门、排空压力钢管、不落尾闸。小浪底 6 台机组发电洞进水口高程不同，在异重流的作用下，水位越低，泥沙含量越高，因此优先停进口事故门高程较低的 5、6 号机组;由于 3 号机带小浪底厂用电，因此最后停机;其他机组根据其运行状态选择停机避沙。表 1小浪底电站机组停机避沙原则机组过机含沙量/(kgm3)10204080停机台数24563结语通过对高含沙水流对小浪底电站机组主轴密封的影响进行分析，采取了一系列措施来减少泥沙对主轴密封的磨损，保障了机组的安全稳定运行，取得了一定的安全效益;减少了机组检修的费用，保障了机组发电计划的完成，取得了经济效益;保证机组可以按照电网调度要求“调峰调谷”，减少弃水情况的发生，保障了小浪底水利枢纽的综合效益的充分发挥。参考文献:1 黄维华，李杰 小浪底水利枢纽生态影响分析与实践 J 水利建设与管理，2021，41(12):59 65 2 刘钢钢，张延智，刘大双 小浪底工程机组主轴密封优化 J 水电与抽水蓄能，2020，6(1):57 59 3 唐录山 黄河河口水电站机组主轴密封装置运行磨损问题探讨 J 水电站机电技术，2017，40(1):12 14，31 4 余正猛，刘宇，余建军 横山庙电站水轮机主轴密封改造 J 小水电，2018(4):55 57 5 刘婉，王丹阳，郑雪冰，等 浅谈小浪底水电厂机组大轴顶部冒水 J 机电信息，2020(21):59 59，61欢迎投稿欢迎订阅95