萬安水電廠機(jī)組主軸密封故障原因分析及處理
2008-09-17
摘 要：通過對萬安水電廠水輪機(jī)主軸密封工作原理與作用的介紹，分析主軸密封漏水偏大的原因，提出處理主軸密封漏水大缺陷的方法。
關(guān)鍵詞：水輪機(jī)，主軸密封，漏水偏大，處理
1 基本概況
萬安水電站是贛江上座低水頭河床式水電站，設(shè)計裝機(jī)容量5×100MW，Z大工 作水頭32.3m，Z小水頭15m，設(shè)計水頭22m，水輪機(jī)型號ZZ440-LH-850，額定流量550m3/s，額定轉(zhuǎn)速76.9r/min，水輪機(jī)安裝高程61.9m，水輪機(jī)密封安裝高程65.7m，水輪機(jī)主軸密封分為檢修密封和工作密封兩種，其中檢修密封為橡膠圍帶式結(jié)構(gòu)，工作密封為橡膠活塞式結(jié)構(gòu)。
結(jié)構(gòu)參考圖1(主軸密封結(jié)構(gòu)圖)
2 主軸密封的作用及工作原理
為了保證稀油潤滑軸承的正常工作，必須在導(dǎo)軸承下采用密封裝置，以防止壓力水流從主軸和頂蓋之間滲入導(dǎo)軸承，破壞導(dǎo)軸承的正常工作。因此密封裝置的好壞是稀油潤滑導(dǎo)軸承工作一個相當(dāng)關(guān)鍵的問題。
主軸密封它又是水輪機(jī)一道重要保護(hù)裝置，如果出現(xiàn)問題，導(dǎo)軸承就有被水淹的危險，妨礙水輪機(jī)的正常工作，影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。
主軸密封的工作原理：工作密封塊下腔通入0.02-0.10Mpa壓力清潔水，使密封塊克服自身重量上浮起來。頂住固定在主軸上的轉(zhuǎn)動環(huán)上。轉(zhuǎn)動環(huán)固定在主軸上，隨主軸一起轉(zhuǎn)動，密封塊安裝在活塞座里，密封塊中對稱布2根Ф20定位銷限制密封塊只能作上下運(yùn)動，不能作環(huán)向運(yùn)動和徑向運(yùn)動。在密封塊上下端面之間8個均布Ф4mm通流孔。
結(jié)構(gòu)參考圖2（密封塊結(jié)構(gòu)圖）
當(dāng)密封塊下腔無壓時，密封塊能靠自重落到底部，當(dāng)活塞下腔通入壓力水后，密封塊在水壓作用下上升到頂端，使頂蓋與主軸之間的漏水水流受到阻礙，在頂起密封塊的同時，水流經(jīng)通流孔到密封塊上端：當(dāng)密封塊與轉(zhuǎn)環(huán)接觸后，接觸面之間就產(chǎn)生了流動水膜，只有一小部分水流漏出。同時這一定的漏水量也保證密封塊不受到干磨過熱而燒毀，主軸密封起到密封效果。
當(dāng)機(jī)組處于檢修或停機(jī)時，檢修密封投入，圍帶通入0.6-0.7Mpa壓縮空氣，其非約束部分受壓鼓起，與大軸保護(hù)罩緊密接觸，從而阻斷尾水竄入水輪機(jī)頂蓋的通道，起密封作用。
3 常見故障
萬安水電廠1-4號機(jī)組投產(chǎn)以來，曾多次出現(xiàn)下述情況：機(jī)組主軸密封漏水量偏大，頂蓋水位上升，導(dǎo)致水淹水導(dǎo)迫使機(jī)組停機(jī)，使機(jī)組安全運(yùn)行可靠性大幅降低。
4 原因分析
從故障現(xiàn)象分析來看，水輪機(jī)工作密封的效果如何主要取決于密封塊的端面與轉(zhuǎn)環(huán)的不銹鋼抗磨板接觸是否密實(shí)，密實(shí)好，漏水量小；密實(shí)不好，漏水量大。密封塊在工作過程中會出現(xiàn)下面幾種情況：
(1)開機(jī)時，由于壓力水管道結(jié)垢，壓力水流不流入密封塊下腔，密封塊不能頂起，這時密封塊與轉(zhuǎn)環(huán)之間有間隙，漏水量偏大。
(2)開機(jī)時，由于管道管徑偏小原因，導(dǎo)致進(jìn)入密封塊下腔壓力水流流量偏小，小于通流孔的漏水量，不能形成壓力，密封塊不能頂起，密封塊與轉(zhuǎn)環(huán)之間有間隙，漏水量偏大。
(3)停機(jī)時，轉(zhuǎn)動環(huán)在機(jī)組軸向推力作用下，將密封塊下壓2-3mm，密封塊被卡在密封塊座上，不能頂起。漏水量偏大。
(4)轉(zhuǎn)動環(huán)在某點(diǎn)的速度方向V是其作圓周運(yùn)動的切線方向，其磨擦力f的方向與V相反，由力學(xué)性質(zhì)密封塊工作中所受的力除重力mg，水壓P(P)mg外，還有磨擦力產(chǎn)的力F″且=f，在F′的作用下，密封塊有隨轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動的趨勢，但受到定位銷的約束，于是出現(xiàn)密封塊與定位銷緊緊帖合的結(jié)果，時間長就存在傾斜、斷裂。密封塊定位銷孔變形、密封塊斷裂。(見圖3)
（定位銷釘受力分析圖）
(5)當(dāng)機(jī)組作調(diào)相運(yùn)行時，頂蓋與主軸間無水流漏出。這時密封塊與抗磨環(huán)之間的磨擦變?yōu)楦赡ゲ粒芊鈮K過熱使其表面橡膠碳化，使磨損加劇，增加了檢修頻率。
5 處理方法
(1)定位銷釘，將密封座上銷釘孔封堵。密封塊銷釘孔用硅膠封堵，從根本上消除銷釘對密封塊的卡阻作用。
(2)在密封塊工作面上開設(shè)一條20×20mm潤滑水槽，使8只均布Ф4mm通流孔連成一體，改善其工作面的潤滑條件，以減少密封塊的磨損量。
(3)將原設(shè)計的密封水管Dg15鍍鋅管改成Dg25不銹鋼金屬軟管改善其進(jìn)入密封座的壓力的水量。
(4)增設(shè)一套0.7Mpa壓縮空氣管路，以便停機(jī)時密封塊被卡在密封座時，壓力水又頂不起密封塊開啟此套管路，頂起密封塊，使之與轉(zhuǎn)環(huán)緊帖，減少其漏水量，以保證頂蓋水位不能迅速上升，保證水淹導(dǎo)軸承事故不會發(fā)生。
6 結(jié)束語
大型水輪發(fā)電機(jī)組主軸密封工作不可靠是國內(nèi)水電行業(yè)的通病，從萬安水電廠主軸密封漏水偏大原因分析與處理來看，通過改進(jìn)雖然可以改善漏水大的狀況，但要徹底解決主軸密封所存在的問題還需進(jìn)一步的研究和試驗(yàn)。
