水轮机主轴密封改进

范道芝

(华能澜沧江水电有限公司，昆明 650214)

1 前言

主轴密封是水轮机关键部件之一，密封效果的好坏直接影响机组安全运行，其作用是减少水轮机转动部件与固定部件之间的漏水量，包括工作密封和检修密封。某电站水轮机工作密封采用自动补偿型，即静压自调节式轴向密封，检修密封结构形式为压缩空气充气膨胀式橡胶密封，主轴密封及其供水设备与一般大型水轮发电机组差别不大，但由于汛期该电站水流含沙量过高，需要对主轴密封供水方式进行改进，另主轴密封围带环座、抗磨环及密封块等部件的安装工艺也进行了优化。

2 主轴密封结构特点

2.1 主轴密封

某水电站水轮机主轴工作密封主要由抗磨环、浮动密封支座、密封块、连接法兰、弹簧支座、弹簧、等高垫块、弹簧塞堵、止动压板、磨损指示装置、润滑水管、水箱、水封盖及其附件组成。

水轮机主轴检修密封主要由围带环座、围带压环、空气围带、主轴检修密封供气装置及其附件组成。

主轴密封装配如图1所示。

2.2 主轴密封供水设备

某水电站水轮机主轴密封供水设备主要由DN50供水管路、过滤器、旋流器、自保持电磁阀、压力变送控制器、流量开关及其附件组成，主轴密封供水设备布置如图2所示。水轮机主轴密封供水共布置两路水源，单台机组主轴密封用水量为15 m3/h，主供水管引自DN150全厂低压技术供水总管，DN150低压技术供水总管引自位于出线站下1297.50 m高程处生活－消防供水设备室，生活－消防供水设备室内布置有两座200 m3生活－消防水池、两台处理能力为60 m3/h的一体化净水器 (一用一备)等水处理设备，水源采用库区水，处理后的清洁水作为全厂生活、消防用水;备用供水管引自DN350机组技术供水管，机组技术供水管在蜗壳前压力钢管取两路水源，压力钢管两路DN400取水管总管上均设置全自动滤水器，经过滤后用于机组技术供水。

图1 主轴密封装配图

图2 主轴密封供水设备布置图

3 主轴密封及供水设备安装

水轮机主轴密封部件具备安装条件后，将检修密封部件围带环座与顶盖进行预装配，检查调整围带环座与顶盖止漏环的同心度，合格后钻铰定位螺尾锥销。将围带压环和空气围带装配在围带环座上，将空气围带装入围带压环后，确认长度无误，用快刀按30°角切断并粘接，磨平结合面台阶;空气围带在正式装配前，应通0.05 MPa的压缩空气，在水中作漏气试验，应无漏气现象;检修密封安装完毕后，利用压缩空气 (0.5～0.8 MPa)进行投入和退出操作试验，充气后确认空气围带内径可从φ3205 mm达到φ3200 mm，且排气后围带回位应正常。上述围带环座、围带压环和空气围带等部件可在顶盖、导水机构安装时进行预装配，待主轴罩装配与水轮机主轴组装完成吊入机坑后，进行正式安装，检查确认围带压环和空气围带与主轴罩装配之间的间隙为2.5 mm，偏差不应超过设计间隙值的±20%。

水轮机主轴工作密封部件在机组轴线检查及校正 (即盘车)之后进行正式安装。将抗磨环装配于主轴罩装配上，调整其水平在0.05 mm/m以内，且抗磨环组合面应无错牙。浮动密封支座组装完成后，将密封块与浮动密封支座进行把合，然后将浮动密封支座置于抗磨环上，检查密封块与抗磨环密封面应接触良好。依次进行连接法兰、弹簧支座的组装及安装，安装时需特别注意弹簧支座与浮动密封支座之间的轴向间隙应符合设计要求，确保浮动密封支座应能轴向平滑移动，不得有卡阻现象。依次安装弹簧、等高垫块和弹簧塞堵，安装弹簧时应根据弹簧力大小排序，再对称安装，安装后弹簧长度101.4 mm。最后进行止动压板、磨损指示装置、润滑水管、水箱、水封盖及其附件安装，在止动压板、润滑水管和水箱等部件装配完毕后，通入规定压力 (0.4～0.6 MPa)的清洁水，确认浮动密封支座能上下自由移动，且供排水管路畅通;机组初期运行时，磨损指示装置指针应指示在零位置，随着运行时间延长，密封块将磨损，并逐渐下移，当指针指示12位置时，应拆去等高垫块，重新将指针调至零位置，当指针重新指示在10位置时，必须更换密封块，指针最多不能超过12位置。

某水电站主轴密封供水设备主要布置在主厂房水轮机层 (1241.50 m高程)，包括DN50供水管路、过滤器和旋流器等。供水设备安装时位置应正确，电路连接良好，元件可靠接地，绝缘测试合格;管路应清扫干净，连接整齐美观，压力试验合格;控制回路与机组监控作联动试验应正常，信号正确。

4 存在的问题及改进

4.1 主轴密封供水方式的改进

某水电站水轮机主轴密封最初设计主供水管引自DN150全厂低压技术供水总管 (即生活－消防水池)，备用供水管引自DN350机组技术供水管，且电站生活－消防供水设备室内布置两台处理能力为60 m3/h的一体化净水器 (一用一备)。由于运行期间多年平均含沙量达0.914 kg/m3，特别是汛期的含沙量更高，含沙量过高极易导致泥沙沉积，全厂四台机组同时运行主轴密封润滑水总需求量约60m3/h，当主轴密封润滑水主供水均引自生活－消防水池时，因厂房排水系统润滑水、中控楼生活水等同时也取至生活－消防水池，处理能力为60 m3/h的一体化净水器显然无法满足主轴密封用水需求，且一体化净水器运行时需开启水泵、添加净水剂等材料，运行成本较高;另处理能力为25 m3/h的过滤器仅具有压差、手动排污功能，旋流器仅具有手动排污功能，过滤能力较差，进入汛期，当主轴密封润滑水采用引自DN350机组技术供水管的备用供水管供水时，滤水器、润滑水管路等极易堵塞，造成主轴密封润滑水流量不足甚至中断，需频繁采取人工清洗过滤器滤网、手动开启旋流器等措施进行处理，由于该电站单台机组仅布置一台过滤器，当机组运行期间需对过滤器、旋流器等设备维护时，主轴密封润滑水只能通过旁路而不经过滤器直接进入工作密封，长时间将导致工作密封橡胶块磨损速度加快，缩短工作密封使用寿命，堵塞时甚至瞬间烧毁主轴密封，造成机组非计划停运，形成水淹水车室甚止水淹厂房的严重后果。

针对以上情况，该电厂对水轮机主轴密封供水方式进行了改进，将主轴密封润滑水主供水管引自DN350机组技术供水管，备用供水管引自DN150全厂低压技术供水总管 (即生活－消防水池)，拆除了原处理能力为25 m3/h的过滤器和旋流器，单台机组重新布置2台全自动滤水器，新布置的单台全自动滤水器水处理能力为54 m3/h，水处理能力增大至主轴密封润滑水需求量的3～4倍，滤水器具备自动正反冲洗清污功能和定时、压差、自动、手动排污功能，控制系统采用PLC可编程序控制器实现自动控制，也可现地手动控制，监控室远方操作等功能，并设有差压过高、排污阀过力矩保护等报警功能，可实现无人值班要求，改进后的主轴密封供水设备布置如图3所示。通过实施以上改造方案，全面解决了主轴密主供水管引自DN150全厂低压技术供水总管 (即生活－消防水池)时，处理能力为60 m3/h的一体化净水器无法满足主轴密封用水需求及运行成本较高等问题，将引自DN150全厂低压技术供水总管的水源作为备用供水管，生活－消防水池用水量大量降低，一体化净水器工作时间也大量减少。另通过单台机组布置2台全自动滤水器、提高滤水器水处理能力及采用具有定时、压差、自动、手动排污功能的全自动滤水器，解决了主轴密封润滑水引自DN350机组技术供水管时，滤水器、润滑水管路等极易堵塞问题，且2台全自动滤水器互为备用，机组运行期间也可对滤水器等设备进行维护，满足了主轴密封备用供水需要，为机组安全稳定运行提供了保障。

4.2 围带环座安装工艺改进

检修密封部件围带环座安装时，通过测定围带环座与主轴罩装配之间的间隙确定安装位置，由于转轮与水轮机主轴组装完成吊入机坑后，其中心、水平调整后与理想状态均存在偏差，导致整个安装期间主轴罩装配位置与运行状态偏差较大，期间很难确定围带环座的理想安装位置。

安装中调整安装工艺，通过检查调整围带环座与顶盖止漏环的同心度，合格后即可钻铰围带环座与顶盖的4个φ16的定位螺尾锥销。由于水轮机下固定止漏环的中心为机组基准中心，且顶盖止漏环与下固定止漏环的同轴度在导水机构安装时已确定，因此通过检查调整围带环座与顶盖止漏环的同心度可以精确确定围带环座的安装位置。

4.3 抗磨环及密封块工艺改进

主轴密封抗磨环及密封块等部件是整个主轴密封较为关键的组成部分，特别是抗磨环安装后的水平度直接影响着主轴密封运行状态，如抗磨环安装后水平度过大，机组运行时浮动密封支座振动将加大，密封块磨损速度也会随之增加。以上部件在制造厂内的加工精度直接影响着现场安装质量，工地安装时制造厂家仅要求抗磨环组合面应无错牙，密封块与抗磨环密封面接触良好。

安装中改进了施工工艺，对抗磨环及密封块等的安装工艺进行了具体要求，首先对抗磨环及其主轴罩装配组合面进行全面清扫、检查，对抗磨环配合尺寸根据图纸要求进行校核，通过测量确保抗磨环安装时调整其水平在0.05 mm/m以内，大多数情况下，由于场地狭窄、测量工具等限制，仅能局部测量抗磨环的水平度，而整体水平度主要依靠部件在制造厂内的加工精度保证;为确保抗磨环的最终整体安装水平度良好，一个简单可行的办法就是机组盘车时在抗磨环轴向方向设置百分表，对抗磨环整体水平进行测量，必要时在抗磨环与主轴罩装配组合面间加调整垫片进行调整。密封块安装后，可直接用0.05 mm塞尺检查密封面的接触情况;另外也可以在抗磨环与密封块密封面间涂抹红丹粉，通过转动浮动密封支座检查密封块与抗磨环的接触情况。

5 结束语

目前，该电站全厂四台机组水轮机主轴密封设备运行正常，主轴密封供水可靠，希望上述主轴密封及其供水设备的结构、安装方法及改进措施等能对其他类似电站主轴密封的稳定运行起到一定的借鉴作用。

［1］单文培.水电站机电设备的安装、运行与检修 ［M］.北京:中国水利水电出版社，2005(2008重印)

［2］林亚一.水轮发电机组的安装与检修 ［M］.北京:中国水利水电出版社，2000.

［3］GB8564－2003水轮发电机组安装技术规范［S］.