水轮机活塞式端面橡胶密封烧焦及甩水分析处理

赵发敏

（贵州蒙江流域开发有限公司，贵州 贵阳 550000）

1 主轴密封结构及工作原理

该厂水轮机主轴密封结构：转动环抱在转动油盆下方主轴上，主轴密封座子装在顶盖处，其工作原理是：工作密封块下腔通入压力清洁水，使密封块克服自身重量上浮起来。顶住固定在主轴上的转环上。转动环固定在主轴上，随主轴一起转动，密封块安装在活塞座里，密封块中对称布2 根定位销；限制密封块只能作上下运动，不能作环向运动和径向运动。在密封块上下端面之间均布 个 通流孔，见图。当密封块下腔无压时，密封块能靠自重落到底部，当活塞下腔通入压力水后，密封块在水压作用下上升到顶端，使顶盖与主轴之间的漏水水流受到阻碍，在顶起密封块的同时，水流经通流孔到密封块上端：当密封块与转环接触后，接触面之间就产生了流动水膜，只有一小部分水流漏出。同时这一定的漏水量也保证密封块不受到干磨过热而烧毁。

1.1 设备现状及历史事故总结

该厂1-3 号机主轴密封2009 年3 月15 日投运以来曾发生多次反复烧焦事故，之后又发生过几次甩水过大事故。从运行和多次事故处理中得出：

1） 活塞式端面橡胶密封的下腔水压应比顶盖水压大“0.02-0.05Mpa”左右，且实验证明：正常运行水压下，橡胶活塞上钻6X¢5 孔最为理想。若孔太大就会造成橡胶活塞下腔与内腔水压的压差太小，起不到有效的密封作用，结果造成主轴密封甩水量过大，容易造成顶盖水位上升至回转油盆底，产生油盆打水，并溅入水导油盆；若孔太小又会造成橡胶活塞下腔与内腔水压的压差太大，产生向上的压力大，使橡胶活塞过紧贴附在抗磨环上，橡胶活塞与抗磨板之间不能形成水膜，密封面两侧无水流出，无法冷却和润滑摩擦表面，造成密封烧焦。

2） 活塞与活塞槽内壁之间间隙应控制在0.05-0.10mm为宜，且通水压试验，活塞应均匀上升，而且除6 个润滑水孔外，其它地方应基本无漏水。抗磨板、橡胶活塞密封端面上不能涂黄油等油脂。涂黄油等矿物油脂的危害为：黄油等矿物油脂阻碍水流形成良好的水膜，阻碍了水流向密封面两侧流出，积累了由于磨擦形成的热量，易导致密封活塞烧焦。

由于机组正常运行时主轴密封润滑水水压相对恒定，当机组处于低负荷运行时，主轴密封进水压力比顶盖水压力大得多，很容易造成密封烧焦。特别是当抗磨环与水封活塞都是新装的时候，抗磨环与水封活塞贴合紧密，所以检修后的首次试运行显得尤为重要。第一次开机启动时，必须设专人监视并调整主轴密封进水阀，模拟压差装置以确保主轴密封进水压力比顶盖水压力大(0.02-0.05Mpa)，使主轴密封既可以止水，但又不会被烧焦。经过一定时间的磨合后，抗磨环与水封活塞将会配合得较好，才可将主轴密封水压调为正常运行水压。

1.2 事故发生的原因

首先，由于检修单位（2009 年5 月29-6 月10 日对1 号机进行B 修） 更换主轴密封圈时，没有在密封圈端面钻润滑水孔，开机试运行时将主轴密封供水阀关闭，但主轴密封供水示流信号器以调至全开位置，当时试运行时已闻到主轴密封处有胶臭味。安装单位说新检修的主轴密封运行一段时间会好的，待机组试运行约10 个小时后（一直有胶臭味） .由于没有水，运行值班人员向地调申请停机，待6 月11 日18时25 分，大坝水位升致805（坝顶高程） 时，运行人员开机前检查发现1 号机主轴密封供水阀处在全关位置，就将其打开（因检修人员未作交代，此操作步骤正确），此时密封座内下腔的水压力将水封活塞与抗磨环紧密结合，由于密封圈端面没有钻润滑水孔，机组转起来后，密封圈端面（水封活塞端面） 与抗磨环（转动环） 发生干摩擦，导致主轴密封烧焦及冒烟。

2 处理过程

主轴密封分解检查发现主轴密封水封活塞磨损严重，水封活塞端面没有润滑水孔，抗磨环没有受到损坏，只有烧毁的密封胶粘附在抗磨环表面。因此首先对主轴密封活塞更换及清理粘附在抗磨环表面的密封胶，检查抗磨板焊接是否牢固，接触面打磨光滑，接口过渡平顺。当预装密封活塞时，遇到了很大的麻烦，备用的橡胶密封活塞的厚度比密封座内槽还要宽1mm，因活塞与活塞槽内壁之间间隙控制在0.05-0.10mm，于是就要将活塞厚度均匀地打磨掉0.90-0.95 mm 才符合安装要求，密封活塞是条形，用电磨和游标卡尺来边打磨、边测量、边预装，当活塞装入活塞槽内，感觉上下活动灵活，就取出橡胶活塞在其端面均匀钻6X¢5 孔润滑水孔。孔钻好后，将活塞装入密封槽内用水压做试验，发现活塞总是不能顺利顶起，在以前，只要5-10 导的塞尺检查合格，做试验都是一次性成功，今天的问题出在那儿呢？，这可把我这个搞了10 多年水轮机检修的老师傅给难倒了，于是再做一次试验，我仔细观察，发现活塞放在槽内时，活塞的外侧总是与活塞槽的内壁外侧紧贴着，原来活塞是条形的，将其放入槽内时已弯成了圆形，当没有把接口粘接时，它有一个向外张的力，如果用正常水压是难以顶起来的。把接口用502 粘接好后通水一试，果然轻松地顶起来了。以前用的活塞都做成了圆形，虽然接口没有用东西给其粘接，但它已成形没有了向外张的力，今后要是遇到条形活塞密封时，预装完毕要将其粘接好后在做试验。

1） 主轴密封座子的安装：装主轴密封座子前放好止水盘根、空气围带，按拆前所做的记号回装，并把螺丝上紧，然后用塞尺检查空气围带与法兰保护罩的间隙（间隙要求1-1.5 mm 为宜）。并给围带充气检查，用塞尺检查其密封性(5导塞尺通不过)。

2） 主轴密封活塞安装：根据主轴密封活塞固定销的尺寸（不能超过座子槽口，销子并固定牢固） 来钻配活塞上的销孔，销孔直径最多比销子大50 导，活塞高度不超过座子槽口，一般转动环与密封座子平面的间隙3-5mm；

3） 转动环的安装：转动环装好后，要用小锤敲击检查是否安装牢固，用塞尺检查密封座子与转动环间隙是否均匀。

4） 主轴密封活塞体安装后，投入压力水，检查管道和主轴活塞体各处不发生漏水现象，且主轴密封漏水量适宜，并用塞尺检查活塞端面与转动环的密封是否完好。

5） 检修后开机启动试运行：设专人监视并调整主轴密封进水阀，人工模拟压差装置以确保主轴密封进水压力比顶盖水压力大0.02-0.05Mpa，为密封环、新橡胶活塞创造最佳运行磨合条件，防止橡胶活塞因压差过大烧损，橡胶活塞首次运行磨合的好坏，直接影响密封的止水效果。经过以上逐一分析排查，并针对各现象进行逐一处理，还有经过人工模拟差压装置运行条件下的磨合运行，主轴密封烧焦及漏水状况得到明显改善，各项指标也符合要求。

3 结语

综上所述和实践证明，造成活塞式端面橡胶密封烧焦或甩水过大的因素有：

1） 橡胶活塞上的润滑水孔及导向销孔的尺寸是否合适，能否使橡胶活塞上腔与内腔形成适量的压差；

2） 润滑水是否清洁，抗磨板和橡胶活塞密封面上不能涂黄油等矿物油脂；

3） 橡胶活塞与主轴密封座子槽内内壁之间间隙是否能保证活塞自由运动；

4） 抗磨环、橡胶活塞磨损程度如何，抗磨环工作面是否光滑，有无变形；

另外，首次试运行的人工模拟压差装置工作条件下的磨合运行也非常重要，这些经验和做法可供同类密封结构烧损事故、甩水过大事故或缺陷处理参考。