水轮机主轴密封技术改造

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1、水轮机主轴密封结构的优化改造1基本情况清江大龙潭电厂装机容量3×12MW。最大工作水头36m，最小工作水头16m，设计水头24m。水轮机型号为ZZA834-LJ-280，额定流量66.9m3/s，额定转速250r/min。水轮机安装高程45.00m，下游最低发电水位48.51m。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围带式结构，工作密封为橡胶活塞式结构。工作密封面高程46.867m。2水轮机主轴密封的作用及工作过程当机组处于静止状态时，工作密封活塞上腔是无压的，活塞在活塞座内靠自重沿定位销自

2、由下落到底部。而围带此时已接通0.7～0.8MPa的压缩空气，其非约束部分受压鼓起，与密封环紧密接触，从而阻断尾水窜入水轮机顶盖的通道，起到密封作用。开机时，为避免围带与主轴的磨擦，在机组启动前，开机继电器就使围带排气卸压。同时，为防止围带卸压后尾水大量窜入顶盖，开机继电器还使0.3MPa压力的清洁水通入密封活塞上腔，使密封活塞与转动环密封面紧密接触，阻断窜水通道，起到密封作用。停机时，当主轴完全静止后，停机继电器使围带通入压缩空气，并关闭密封活塞上腔的压力水。3故障现象大龙潭水电厂2号机组自投产以来，曾多次出现下述情况：投运初期，机组开机时，水轮机在

3、开始运转的几分钟内橡胶焦臭味非常浓烈，待机组运转一段时间后，橡胶焦臭味才被机组旋转的气流渐渐吹散，同时会有一些橡胶颗粒被冲进顶盖。经常堵塞和卡住底阀，使排水泵失效。运行一个月后，工作密封装置即出现大量漏水，两台顶盖排水泵难以排除漏水。后又增加两台临时排水泵，暂时能维持运行，但密封漏水量大，顶盖泵启动频繁。几乎60秒启动一次。顶盖里经常冲出一些工作密封被磨损的橡胶皮，封装置投运的一年多时间内，发生过多次因密封失效严重漏水，被迫停机抢修，且发生3次水淹水导事故。由于该密封结构复杂，维护检修极为困难。且相继投产的3号机和1号机也出现同样的问题。于是，公司决定

4、于2006年10月将3台水轮机的主轴密封进行改造。4原因分析水车室内除电气设备、元件外，其余都是机械构件以及为数极少的橡胶密封材料(如盘根、围带和密封活塞)。在排除电气设备、元件故障的可能后，能在发热后冒烟并散发橡胶焦臭味的就只能是这些橡胶制品。然而，这些作为水轮机密封用的橡胶密封制品全都安装在水下。就连工作密封活塞，也长期浸泡在水轮机顶盖的积水中。可想而知，这些浸泡在水中的橡胶密封即使与金属物体发生运动磨擦，也不可能发热冒烟。换句话说，这些橡胶密封如果发热冒烟，一定存在干性或临界干性的运动磨擦。就大龙潭水电厂机组的情况来说，在水轮机各种密封装置中，存

5、在磨擦运动可能的只有检修密封和工作密封两种。　前者有3种情况可能发生运动磨擦：　a开机时围带尚未排气卸压，机组就运转起来；b停机时机组尚未静止，围带就被充入压缩空气；c机组停机期间，由于导水叶漏水过大，机组自转。对于检修密封来说，无论发生哪一种运动磨擦，其磨擦面始终浸泡在水中，其结果虽然会损坏围带，却不可能因此产生浓烟。对于后者，它虽然被固定在活塞座里，只能作上下运动，不能作圆周运动和径向运动，但是，转动环却是随主轴一起转动的。显然，密封活塞存在运动磨擦。但密封活塞是靠清洁水流作为其磨擦面的润滑介质的，因此必须对密封活塞的工况作进一步剖析。　密封橡皮活

6、塞安装在密封活塞座里，活塞座中均布2根*8mm的定位销(A3)，限制橡皮活塞只能作上下运动，不能作环向运动和径向运动。。　在橡皮活塞上下端面之间有8个均布的*4mm通流孔。发开机令后，密封活塞上腔接通0.3MPa的清洁水流，使密封活塞与转动环密封面紧密接触，当活塞与转动环接触后，接触面之间就产生了流动的水膜。这时如果机组开始运转，转动环与活塞的磨擦实质上就是与流动水膜的磨擦。　流动水膜不仅保护了密封活塞，还将磨擦引起的热量带走。　但在密封活塞的工作过程中，也可能出现下面几种情况：(1)由于我厂机组在空载以下运行时顶盖排水压力为负，即顶盖水是向下吸，如果

7、压力水开启后活塞首先被水压顶紧，通流孔被转动环封堵，在磨擦面间就不能产生流动水膜。此时如果机组转动，那么在启动初期将出现短时的干性磨擦或临界干性磨擦的情况。机组就会出现焦臭味甚至研磨成橡胶颗粒。（2）转动环上的不锈抗磨板脱焊开裂上翘，机组在转动时，锋利的板面接口就会削割密封橡皮。顶盖中就会出现橡胶皮。（3）在运行过程中，漏水量很大，是否与密封活塞有关，如果密封橡皮太硬，压力水不足以使密封橡皮的喇叭口撑开，这样活塞与转动环密封面就不能紧密接触，使清洁水和尾水大量进入顶盖导致机组漏水量增大。(4)停机时，如果压力水关闭后活塞没有复位，卡在顶起位置，那么在下

8、次开机时，活塞没被压力水压紧，这样就在密封活塞与转动环密封面之间形成一定的空间间隙。此时如果机