高坝洲电厂主轴密封改造.doc

高坝洲电厂3号水轮机主轴密封改造

陈以武

（湖北能源集团股份有限公司，湖北武汉市 430062）

摘 要 清江高坝洲电厂水轮机主轴密封改造，对改造原因，改造前后的结构和情况进行了概述，对改造前后运行效果进行分析比较，对改造后存在的问题提出了改进的建议。
关键词 水轮机主轴密封 改造 建议

1 基本概况
1. 1清江高坝洲电厂装有3台90MW轴流转浆式水轮发电机组，由德
阳东方电机厂生产制造，水轮机型号为：ZZD231-LH-580，机组设计水头32.5m，额定流量288.7m3/s，机组额定转速125r/min，水轮机安装高程33.232m，工作密封面高程35.3m，水轮机主轴密封分为停机状态密封（俗称检修密封）和运行状态密封（俗称工作密封）两种，其中检修密封为橡胶空气围带式结构，工作密封为橡胶活塞式结构。如图1所示。在高坝洲电厂3号机大修过程中，对水轮机主轴密封进行了改造更换，将以前的可调水压式端面橡胶密封改为现在的发辫编结式聚四氟乙烯碳纤维填料(盘根)密封，运行效果良好。原结构见（图1）

2水轮机主轴密封的作用及工作过程：
主轴密封是水轮机的一道重要保护。作用有两个：
一是当机组停机时，阻止下游水淹没水轮机室。二是阻止水流进入油槽而发生油混水事故。
当机组处于运行状态时，为防止围带与主轴的磨擦，在主轴转动前，开机继电器就使围带拆压排气，使鼓起部分复原。同时，为防止围带拆压后尾水大量窜入顶盖，开机继电器还使橡胶密封活塞下腔通入P=0.02-0.20Mpa的清洁压力水，使密封活塞克服重力上升到顶端，阻断窜水通道，起到密封作用。
当机组处于静止状态时，工作密封活塞下腔是无压的，活塞在活塞座内靠自重自由下落到底部。围带此时已接通0.3Mpa的压缩空气，其非约束部分受压鼓起，使密封环与大轴外圆紧密接触，从而阻断尾水窜入水轮机顶盖的通道，起到密封作用。

3主轴密封改造的原因
3台机组于1999年分别投入运营，共进行了多次检修，但主轴密封仍然存在如下很多问题：
3.1原设计主轴密封系水压式橡胶密封自调节型，据多年运行经验，漏水较大，特别是轴流式机组全靠水泵向外排水，给运行带来很大麻烦。
3.2检修完工，开机时由于很多方面的原因，往往使活塞不能正常顶起，使其上端面与转环之间保持一定的间隙，起不到密封作用，从而产生大量漏水。
3.3多次发生在机组运行过程中，由于橡胶密封与转环存在干性或临界干性的运动磨擦，作为润滑和冷却的水流介质，没有进入到橡胶密封和转环之间，在磨擦面间不能产生流动的液膜，磨擦热无法带走，造成橡胶发热冒烟或烧毁。有时机组启动后和运转一小段时间后，在机组振动和转轮室水压脉动的交替作用下，水流才逐渐进入磨擦面，磨擦面间的液膜才恢复正常。
3.4由于橡胶加工尺寸或材质原因，每次检修，都要测量密封座与密封环的配合间隙，采用砂轮打磨橡胶，把此厚度公差控制在0.5mm左右，由于打磨力度难以掌握，使得橡胶密封与密封座的配合间隙有时过大，过大使得润滑水从两端间隙和导流孔溢出；有时过小，过小橡胶被卡死而起不到了密封作用，在水压和本身自重的作用下不能很好的自由下落上升，所以修后的尺寸仍不理想。
3.5对橡胶密封导向孔，一般用铜管烧红，采用手工扩孔，使得材质发生变化，不能顺畅起导向作用。工作中密封活塞有随转动环转动的趋势，但受到定位销的约束，于是出现密封活塞与定位销紧紧贴合的结果。后在定位销上安装一定高度弹性弹簧，使其刚好和转动环接触，但效果仍难以控制。
3.6加上水轮机导叶轴套由于设计问题，密封无法更换，从轴套处大量漏水。
上述种种原因，造成整个支持盖内漏水量增大，水泵抽水频率很高，在支持盖内放置4台抽水泵，但仍避免不了淹水导轴承的事故。

4改造后的主轴密封结构及改造的情况
改造后的水轮机主轴密封结构如图2

4.1改造后的主轴密封如图2，填料箱与支持盖把合，借用原来的螺栓孔，其中的填料是由多股炭纤维丝呈人字形编节而成，断面形状呈方形，其特点是松软，容易浸渍润滑剂，对轴的振动与偏心有浮动弹性，致密性好，具有高强度、高模量、低比重、耐高温、耐磨损等特点，而且作为压缩填料的弹性和柔韧性也极为良好，优异的自润滑性磨擦系数小、磨擦轻微，可在较长的时间内不更换轴衬，在200°C之内不变形，在1.5Mpa的压力下不损坏、不渗水。装有弹簧压紧是一个很好改进，采用把紧螺钉与顶紧螺钉与填料箱把合以调节填料的适度压紧力，压垫盖通过弹簧压紧铜支座压紧填料密封，使压紧力具有弹性，使密封寿命更长。所以在许多大型轴流式水轮机的主轴密封设计和改造中得到广泛的应用。

5改造后的运行情况
高坝洲电厂3#水轮机主轴密封在2005年3月改造后，经一年多运行表明，漏水量大大降低，抽水时间延长，由原来6-7分钟/次抽水时间变为现在的20-30分钟/次的抽水时间，其中对填料进行过二次压紧处理，运行效果十分良好，避免了淹水导轴承事故，保证了机组的稳定运行。

6主轴密封需要改进的建议
改造后的填料式密封具有很好的封水性能和开机后的可调节性，现就安装、运行过程中遇到的问题及一些局部需要改进完善的地方提出如下建议。
6.1抗磨轴套为2瓣结构，每瓣有2个φ16的吊耳孔，且都靠近组合缝处，安装时不易吊平，建议在每瓣的中间部位加一个φ16的吊孔。
6.2抗磨轴套为2瓣结构，在中间卡进大轴固定槽的上部有95mm的高度，建议将这个高度整体或部分移到轴套的下部，即使下部由原来的100mm增加到195mm，而轴套总高度不变。这样主轴密封填料箱的高度可随之降低95mm，增大了顶盖内的工作空间，同时填料箱的吊入安装也将更方便。
6.3在填料箱的筋板上挖孔，或者在底板上钻上吊耳孔，方便检修安装。
6.4密封垫环、支撑环上的固定铜针建议用铜焊连结，以前用胶水粘接，在安装过程中出现了个别脱落现象。
6.5原设计在盘根调节螺杆上有调节弹簧，其目的是在当盘根出现下沉的情况时，可借助弹簧弹力，压住压板。现在使用的弹簧弹性不够，希望加粗弹簧，加大弹力，使其发挥应有的效果。

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