水电站机组主轴密封装置运行磨损问题及解决措施

杨 凤

（四川明星电力股份有限公司，四川 遂宁 629000）

主轴密封装置属于水轮机中的核心保护措施，但容易发生水淹水导轴承、水淹厂房等事故。应用工艺优良、结构合理的密封装置，能够保障水轮机的稳定、安全运行。其中，运行磨损是水电站机组主轴密封装置中的常见问题，由此，从着手，进行系统研究，并提出有效的解决措施，促进主轴密封装置安全运行[1]。

1 主轴密封装置

贯流式水轮发电机组在实际运行中，水流会顺着固定部件以及主轴转动部件间隙流入灯泡机舱中，甚至深入水导轴承，因此，应该对主轴密封装置进行合理设置，阻止水流流入机舱内，在这个过程中，主轴密封可以进一步细分为运行状态密封和停机状态密封。

水电站机组中的检修密封以围带式结构为主，可以在运行状态密封和停机状态密封中[2-3]，将0.7 MPa压缩空气灌入围带中，促进围带橡皮实现扩张膨胀，针对固定支架和转动支架径向间隙进行合理填充，对间隙漏水问题进行有效防堵。机组启动密封运行后，将空气围带内空气排出，促进气体有效收缩，转动支架和空气围带之间应该维持1.5～2 mm之间的径向间隙，预防机组运行碰撞。

2 主轴密封装置磨损原因分析

在以往研究中，通常结合不同机组主轴相关密封件的实际磨损情况及监测结果，分析密封水室在实际运行中，金属部件之间是否存在机械运行磨损问题，是否中断，是否导致旋转之间产生干摩擦力，磨损支架和密封材料。那么，主轴密封区域会出现冒烟、发热等现象。但实际过程中，密封材料熔点和金属部件相关熔点相比，要稍低一些，在损伤金属部件转动支架表面和压盖之前发生熔化，即使发生干性摩擦，损坏密封材料，转动支架以及压盖抗磨环等金属部件也不容易磨损，因此，主轴密封装置磨损原因判断流程较为复杂，在此，将其分为3部分，逐一分析。

2.1 泥沙入侵

出现泥沙入侵主轴密封装置现象通常是由两个方面原因导致的：

第一，主轴密封腔水室内尚未形成0.1～0.2MPa的清洁密封水压，墙内清洁润滑水主要来自供水控制单元。在设计过程中，压力表简单地连接在控制单元的主管中，没有其他的压力监测点。在实际运行中，无法有效地调整和测试干净的密封水压。一旦机组运行工况发生变化，如果调整和操作不当，将堵塞主轴密封供水管道，从而导致主轴密封润滑水直接中断或低于极限值。在这种情况下，汛期河道挟沙将进一步恶化。

第二，机组相关监控系统的停机流程存在设置故障，在对机组过程进行监视和检查的过程中，如果发现启动过程中空气保护罩密封被抽出，那么延时10～20 s后，开启主轴密封电动蝶阀，提供干净的密封水，然后，启动叶片脉冲转子，机组在停机期间归零，关闭主轴密封电动蝶阀，2 min后风帽密封正式投入运行。在机组启停过程中，在10～20 s以及20多分钟后，腔室中的清洗和密封水中断。在这种情况下，在0.1 MPa静压作用下，流道内的浑水会冲入密封系统，破坏系统的清洁度，造成机组运行后密封磨损，特别是汛期，浑浊现象更为严重。

2.2 设计安装问题

在机组运行过程中，旋转支承摆动幅度较大，导致旋转支承与L形密封形成摩擦力，随着旋转频率的增加或减小，交变力进一步扩大，当旋转支架和螺栓的损坏超过极限时，系统会发生沉积物侵入，导致旋转支架严重磨损，影响整体密封效果。在机组后期检修过程中，支架转动导致螺栓断裂，主轴法兰面与旋转支架松动，造成大量漏水危机。通常情况下，通过检查发现，前椎体翼缘与导向椎体连接处的位移、下沉导致固定支架与传动支架不同心，旋转过程中出现柱面碰撞磨损问题，而相关的拆装螺栓也因疲劳损坏而断裂。

2.3 运行问题

由于管理人员操作误差等问题，将影响主轴密封系统的正常密封供水，即在机组长期不稳定运行的情况下，相关摆动值和振动超标，旋转支架摆动幅度大，也会对密封装置造成一定损坏。

3 治理措施

3.1 优化完善系统启停步骤

对监控系统的启停过程进行全面优化，也就是说，在启动过程中设置主轴密封供水蝶阀，延时保证腔体供水和建压后，抽出空气保护罩密封。停机过程中机组转速调零后，投入正常气封围带，关闭主轴密封供水蝶阀。

3.2 针对供水管路实施技术改造

改进主轴密封相关给水管道整体技术，在与机舱内密封室相连的供水管内安装控制阀，并设置能准确显示密封室内水压变化的精密压力表，以便对密封室内水压进行观测分析，合理控制密封室内的压力参数，提高密封效果。

4 日常检修维护

发电机组主轴密封主要由平板密封和梳齿密封组成，同时，主轴密封漏水量相对较小，相关漏水量不超出每分钟35 L，也要设置密封压力自动调节装置，具体密封结构如图1所示。

图1 平板梳齿组合密封结构

如图1所示，主轴密封采用自动水压调节方式，总漏水量不超过240 L/min，浓水泄漏量主要通过管道排放。

对有关设备，应检修主轴密封，合理调整压盖、弹簧、螺栓等部件，检查浮环的灵活性。对主轴密封给水管道及平衡室进行低气压检修，检查启动流量是否正常。

5 结语

在水电厂技术改造过程中，要严格控制质量问题，系统分析影响质量的因素，合理划分风险因素，形成有效的控制措施，实施全过程质量控制，有效避免过分关注厂家的质量承诺，保证一次性改造成功，防止同类问题再次发生。