黃海（hǎi）平，歐陽瑞宏
(葛洲壩水力發電廠，湖北 宜昌443002)

　　關鍵詞：水（shuǐ）輪機；主（zhǔ）軸（zhóu）密封；優化；改造；葛洲壩水電廠
　　摘　要：由於葛洲（zhōu）壩水電廠水輪機主軸密封裝置在運（yùn）行過程中暴露出一些問（wèn）題，因此有針對性地對主軸密封裝置進行了結構優化改造，並列入1999年科研課題。采取的主要措施是對主軸密封供水係統進行改造和采用VSH主軸衡壓密封裝置。改（gǎi）造後，水壓（yā）穩定，運行可靠，既滿足了生產的需要，又提高了機組運行可靠性。
　　葛洲壩水力發電廠21台（tái）軸（zhóu）流轉槳式水輪機，原主軸密封結構有兩種形式。其中，2台ZZ560水輪機采用可調（diào）水（shuǐ）壓（yā）的環形活塞（sāi）式端麵密封結構，其“П”型密封（fēng）塊為耐油耐磨橡膠，固定在環形活塞上組成環（huán）形密封圈（quān），利用（yòng）壓（yā）力清（qīng）潔水在活塞上、下（xià）腔形成水壓差，使密封圈與在主軸法（fǎ）蘭上的不鏽（xiù）鋼抗磨環形成端麵密封狀態。密封圈可（kě）軸向移動（dòng），與抗磨環（huán）平麵保持貼合。其餘19台ZZ500水輪（lún）機則采用雙層橡膠平（píng）板密封結構，兩密封平板之（zhī）間的水箱通壓力清潔水，在水壓的作用下（xià），使上、下橡膠平（píng）板與固定在主軸上的轉環（huán）和水箱座抗磨環平麵貼合，起到止（zhǐ）水密（mì）封作用。
　　1 原密封裝置運（yùn）行情況
　　活塞式端麵密封裝置自1980年10月投產以來，空載運行時水壓調整極為困難，帶負荷運行不足26 h，密封裝置即出現大（dà）量漏水，兩台頂蓋排水泵難（nán）以排除漏水，造成水淹水導事故。運行（háng）112 h後，檢查發現端麵密封塊（kuài）磨損量達50 mm。維持運行兩年後，發現（xiàn）轉動環磨損量達7mm。該密封裝置投運的2年時間內，發生過5次因密封失效嚴重漏水，被迫停機搶修時間達（dá）584 h，損失電量約5 300萬kW·h。經多次檢修和一係列的改進，暫時能維持運行，但密封漏水量大，頂蓋泵啟動頻繁，而且汛期有大量泥沙進（jìn）入（rù）頂蓋，因泥沙淤塞，使頂蓋泵無法運行，並曾多（duō）次清淤處理。同時，環形活塞易發（fā）卡、失效（xiào）。由於該密封結構複雜（zá），維護檢修極為困難，於是，根據ZZ500水輪機雙層平板密封的運行經驗，於1983年8月將兩台ZZ560水輪機的主軸端麵密封改為雙層平板（bǎn）密封。
　　雙（shuāng）層平板密（mì）封的特（tè）點是：上（shàng）密封平（píng）板靜止，下密封平板隨大軸轉動，該結構（gòu）一般在多泥沙的電站采用（yòng）。雙層平板密封裝置自1982年投入運行，運行期間，水壓極不穩定，壓力表有時出現2.67×104 Pa(200 mmHg)的真空，有時出現0.2～0 MPa的壓力，甚至密封裝置有時冒煙和散發出燒焦的橡（xiàng）膠臭味（wèi），並經常出現密封失（shī）效而漏（lòu）水的情況（kuàng），運行不（bú）到2 000 h就發生過4次平板（bǎn）密封磨損而被迫停機檢修。特別嚴重的是1983年3月份因密封燒損磨穿，造成密封大量漏水，3台頂蓋泵全部啟動也難以排除漏水，造成水淹水導軸承事故。分析其原因（yīn），其一是橡（xiàng）膠平板固定結構不（bú）盡合理。從該密封裝置的結構來看，上平（píng）板外側是大氣壓，隻要密封水箱建立一定的水壓（yā），平板橡皮就產生（shēng）變形(如圖1所（suǒ）示)。水壓越大平板橡皮（pí）變（biàn）形越大，橡皮板與抗磨環貼得越緊，當無水滲出，就造成橡皮板燒損或損壞。如果水壓減少（即管道壓力真空值）到一定值時，上平板（bǎn）橡皮（pí）與抗磨環就會脫開，漏水量變大，水箱壓力就無法建立。下（xià）密封平板與（yǔ）輪（lún）葉前水（shuǐ）壓相通（tōng），其運（yùn）行條件要比上平板密封好些，即使輪葉前有時可能（néng）出現真空值（zhí），因下密（mì）封板是轉動的（de），能調節運行條件。實踐證明，下（xià）密封平板每次檢查總比上平板磨損輕一些。其二是原設計中隻（zhī）重視了“密封”，認（rèn）為隻要密封（fēng）得越嚴、止水效果就越好。但忽視（shì）了封得太（tài）嚴密會（huì）導致兩磨擦麵之間（jiān）無法（fǎ）形成冷卻潤滑（huá）條（tiáo）件。雙層平板密封係采用中硬耐（nài）磨（mó）橡（xiàng）皮，在幹磨擦的情況下極易磨損。根據運行實踐研究了密封改進方案。首先在上下密封平板上開24個楔形槽，在平板圓周均勻分布，楔形槽呈三角形（xíng），沿順水流方向槽深逐漸變淺，且（qiě）不將平板徑向開通，Z大深（shēn）度約2.5 mm，以便密封水箱的水進入平（píng）板進行（háng）冷卻和潤滑(見圖2)。當水箱水壓建（jiàn）立以後，由於平板（bǎn）橡膠工作麵上開溝槽，實現了在運行中（zhōng）能保持良好的潤滑條件，由於密封平麵上有溝槽，壓力水可以從溝槽射出，密封平板上下麵形成（chéng）水壓（yā）差，使密封平板與抗磨環在水壓作用下緊緊貼合。溝槽形狀，由深漸淺，由大變小，在（zài）抗磨（mó）環旋轉時有利於流動的水帶入（rù）密封平板的工作表麵，並在離心力的作用下甩出，將（jiāng）磨擦產生的熱量帶走，同時起到潤滑作用，克服了在運行中出現幹磨損。經過一段時間運行情況證明，改進是有效的，後來為了（le）避免每次（cì）檢修時，須在橡膠（jiāo）板上開槽，而直接在金（jīn）屬抗磨環上均布8個三角形溝槽。另外，在橡膠板下麵增（zēng）設（shè）托板，使橡膠板隻懸出20 mm，保證橡膠板不因自重而變形下沉（chén）。此改進方案在全廠21台水輪機主軸密封上實施運行至今，效果良好。

　　2 需進一步改造的原因
　　雙層平板密封經改進後，對（duì）保（bǎo）證機組安全運行的作用顯著。但經過（guò）多（duō）年的運行和機組的某些（xiē）結（jié）構優（yōu）化後，也暴露了一些問題。
　　(1)二江電站水輪機的主軸密封（fēng）供水改由廠（chǎng）內120 m³蓄水池的自流供水。這種供水方式難以滿足主（zhǔ）軸密封在運行中對水壓的要求，尤其在汛期中尾（wěi）水位抬高時，密封水壓無法作相應的增加，難以達（dá）到止水效果，致使泥沙及濁水進（jìn）入密封（fēng）工作麵，造成平（píng）板密封橡（xiàng）皮板磨損嚴重。特別是近幾年汛期，因密封磨損（sǔn）增加了停機檢（jiǎn）修的次數（shù），如1998～1999年汛期中，5、6號機因水封失效連續停機搶（qiǎng）修3次。該密（mì）封裝置由原來隻是（shì）橡膠平板磨損失效發展到轉動環的不鏽鋼工作麵也嚴重磨損，磨損深度達3～4 mm。
　　2)雙層平板結構也存在（zài）不足。該密封（fēng）裝置的結構為（wéi）：上密封平板不動（dòng），而下密封平板隨固定於大（dà）軸（zhóu）的轉環一同轉動，轉環的防護靠圍板，圍板則長期浸泡在水中，經（jīng）多年的運行圍板（bǎn）嚴重鏽蝕，一（yī）旦圍板失效、後果較為嚴重。
　　(3)該密封裝置的特點是空氣圍（wéi）帶設置在雙層（céng）橡皮平板之下空氣圍帶在（zài）運（yùn）行中容易損壞。
　　(4)主軸密封裝置位於水導軸承之下，檢修場地及空間狹小，難以提高檢修質量及工效。
　　 3 密封裝置的優（yōu）化及改造（zào）
　　2000年將密（mì）封裝置的優化改造列入了科研課題，提出了以下幾項（xiàng）改造建議。
　　(1)對主軸密封供水係統進行改造。原來，二江電廠（chǎng）7台水輪發電機組的主軸（zhóu）密封供水加壓和（hé）推（tuī）力軸承冷卻水的加壓共用一套技術清潔水係統（tǒng）。自機組推力軸承改為複合彈性塑（sù）料瓦後，取消（xiāo）了清潔水泵加壓（yā）係統（tǒng），並將（jiāng）主軸密封的供水方式改為取自廠（chǎng）內120 m³蓄水池的自（zì）流供水。120 m³蓄（xù）水池蓄水（shuǐ）高（gāo）程為59.5 m，主軸密（mì）封上平板的高程為40.52 m，總落差為18.98 m，扣除沿途管路（lù）損失壓（yā）降，實際（jì）供給運行中的密封水壓不足（zú）0.12 MPa。而該密封裝置的設計要（yào）求及（jí）運行的實際需要（yào），密封（fēng）水壓應在0.15～0.20 MPa範圍內進行調整，故密封水壓無法（fǎ）滿足。於是（shì），對原係統布置提（tí）出了改造方案。①在120 m³蓄水池的總進水管（guǎn）路（lù）及總出水管路之間加裝一根連通（tōng）管，密封壓力水直接取（qǔ）自（zì）西壩水廠0.6 MPa的自來水係統；②在連通管兩端安裝調節閥門，以初（chū）步調節供水閥門（mén）水壓力；③在閥門出口處（chù）安裝壓力（lì）表，便於調節水壓時進行監（jiān）視；④在調節閥及出口閥門之間（jiān）再分支出一備（bèi）用水管並安裝常閉閥門，作為（wéi）備用水源；⑤在各台（tái）機組水車室加裝調節閥和（hé）壓力表，用於精確調節水封壓（yā）力。該項改進方案於2001年4月30日實施後，密封供水（shuǐ）水壓一直穩定在0.15～0.20 MPa之（zhī）間，為（wéi）機組（zǔ）的安全運（yùn）行提供了保證。
　　 (2)采用VSH主軸衡壓密封裝置。VSH主軸衡壓密封係對主軸進行軸間密封，潤滑水注（zhù）入（rù）兩個密封表麵（miàn）間的環形空腔內（nèi），並形（xíng）成一個分離（lí）旋轉滑環（huán）和密封環間的水膜，密封環由彈簧緊壓在護環上，保證了在機組靜止且（qiě）潤滑水關閉後仍具有密封功能。其結構見圖3。設（shè）計特點為密封環（huán）和轉環之間沒有直接接觸，其間僅有潤滑水，由潤滑水形成一層水膜，因此密封環（huán）的磨損率極低。在（zài）機組瞬時負荷（hé）下，對主軸所產生（shēng）的徑向（xiàng）振動也不會敏感。

　　密封環的直（zhí）徑設（shè）計成能承受作用（yòng）在（zài）密封環上的（de）壓力。並通過密封環側腔的水壓力，對（duì）水力旋流器的壓力起反饋作（zuò）用，使得密封環內腔和兩側的水壓力始終（zhōng）保持動態平衡，維持在0.2 MPa左右（yòu），從而保障密封環對水壓的變化不會（huì）敏感，這對尾水（shuǐ）壓力（lì）變化較大的水輪機來說尤其有利。
　　因（yīn）為機組潤滑水是直（zhí）接進入密封體的，所以也可以在機組調（diào）相運（yùn）行時使用。因為密（mì）封環能軸向運動，所以水輪機的旋轉與固定部分之間的（de）任何相（xiàng）對軸向運動，密封環都能隨之進（jìn）行補償。VSH主軸衡壓密封的密封水工作原理見圖4。

　　據該裝置對元器件和密封水的要求，采用部分德國進口元件（jiàn），如，工作密封的密封件、密封壓緊彈簧、衡壓式水（shuǐ）力旋流器；並保證進水水壓（yā）不小於（yú）0.6 MPa，粗濾精度為（wéi）0.5 mm。
　　4 結語
　　葛洲壩水（shuǐ）電（diàn）廠水輪機主軸密封（fēng）裝置進行優化改造後，投運一年來，水壓穩定，運（yùn）行可靠，表明改（gǎi）造方案思路正確，措施有效，既解決了生產（chǎn）中的實際問題，又滿足了安（ān）全生產的（de）需要。
　　參考文獻（xiàn）
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