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彭水水電站ALSTOM機組主軸密封淺析

2013-02-19

劉博學
（水電八局機電制造安裝分局　湖南　長沙410007）
　　摘　要：主要介紹彭水水電站ALSTOM機組水輪機主軸密封的結構、工作原理及主要安裝工藝的技術要求。
　　關鍵詞：ALSTOM機組；主軸密封；結構；工作原理；安裝工藝要求
　　彭水水電站位于重慶市彭水縣的烏江上游，是烏江干流水電開發的第10個梯級。壩址距彭水縣城上游11公里，距烏江河口涪陵市約147公里，至重慶直線距離約170公里。工程以發電為主，兼顧航運、防洪及其它綜合利用，等級為I等；彭水水電站地下廠房安裝5臺（5×350MW）HLF169A0 – LJ – 768水輪機，機組額定水頭67m，機組額定轉速為85.71rpm，Z高飛逸轉速為167.0rpm，電站為引水式地下廠房。
　　1　主軸密封的結構與工作原理
　　主軸密封一般包括檢修密封和工作密封兩部分，本文在無特別說明時則指工作密封。彭水水電站ALSTOM機組水輪機主軸密封位于水輪機主軸下法蘭端面處水導軸承下方由頂蓋支撐，密封形式為彈簧復位式流體靜壓平衡徑向機械密封，其作用是有效地阻擋從主軸與頂蓋之間的間隙（檢修密封間隙）上溢的水流，防止水導軸承及頂蓋被淹。它的主要組成部件包括抗磨板、密封環、密封座、大水箱及其它供排水管與保護裝置等，具體結構見圖1。其核心部件密封環由八瓣組合而成，材質采用具有較強抗磨性能較好的耐磨樹脂（CESTIDUR）制作而成，當它在機組運行中被燒壞時與炭精塊那樣馬上崩裂造成事故擴大不同，且其具有可修復性。密封座密封環密封面的可磨損量達13mm，一般磨損量達到10mm時就需要將其更換。
　　其工作原理是：機組開機運行時，壓力大于下游來水壓力與密封座彈簧壓力之和的冷卻潤滑水通過金屬軟管送入密封環內腔，流經密封環內、外環，在密封環與抗磨環結合面之間形成一層水膜，水膜厚度設計為0.03～0.08mm，該水膜不僅起止水、潤滑與冷卻作用，而且還將旋轉抗磨板與靜止密封環分開，使它們不發生直接摩擦，從而達到減少密封環磨損量的目的。流經外環的潤滑水直接排至尾水管以封堵尾水，流經內環的潤滑水則溢流至密封座上部水箱中，然后通過管徑分別為φ140mm、φ219mm的排水管自流至廠內集水井（φ140mm排水管為緊急排水管，即主軸密封漏水量過大時自流水將從此管通過）。機組處于停機狀態時，依靠裝置中均勻分布在密封座上的8個不銹鋼彈簧彈力的作用，將密封環緊壓在抗磨板上起密封止水作用，因此機組停機時可切斷主軸密封供水（壓力水、潤滑水）。由于密封座可軸向移動，因此在其上部彈簧的作用下，即使密封環發生磨損，抗磨板與密封環間的水膜厚度能基本保持不變。在密封環上沿圓周方向裝有均勻分布的2個溫度傳感器，以適時監控主軸密封的溫度，從而對主軸密封系統起到保護作用。當主軸密封溫度因故升至35℃時發出一級報警信號，當溫度繼續升到42℃時動作于緊急停機，避免溫度繼續升高而加速燒損密封。
　　2　主軸密封的供水
　　彭水水電站主軸密封供水的基本原理是在機組啟動運行時投入，停機后停止。主軸密封用水取自機組技術供水，供水管路中設有減壓設備、濾水器。為了保證供水水質，每臺機組的供水管路上裝設了兩級水過濾裝置。級為粗過濾，它由互為備用的固定式濾水器組成。每臺濾水器裝有一個差壓開關，當工作濾水器堵塞時，壓差傳感器便自動關閉其進水電動閥，同時打開備用濾水器進水電動閥，并發報警給監控室，以便及時通知檢修維護人員對其進行檢查、清洗和維護。每臺濾水器底部裝設一排污管，可定期手動排放濾水器中的堵塞物。第二級為精過濾，由兩個并聯同時運行的圓錐形水力旋流器實現，該水力旋流器具有進一步的除沙與減壓作用。水力旋流器排污口Z初與主軸密封活動環外側的水腔相同，后改至尾水。在供水管路中還裝設有節流片，用以調整主軸密封供水流量及壓力。
　　由于主軸密封對其冷卻水的流量、水質與壓力有較高的要求，因此在主軸密封供水管路系統中安裝有多個流量傳感器、壓力表、壓力傳感器、水溫表，以便適時監控和現地觀察供水情況。正常情況下，供給主軸密封冷卻潤滑水流量為18m3/h，Z少不得低于12.0m3/h，其正常水壓為0.45MPa，不能低于0.35MPa（尾水壓力為0.2MPa）。當上述兩參數中任一值低于設定下限值時，相應傳感器便發出報警信號并作用于停機。
　　3　主軸密封安裝主要技術要求
　　主軸密封的安裝質量直接影響到其工作的可靠性與長期穩定性，因此它有嚴格裝配技術要求，以下對對其主要部件的安裝要求加以說明。
　　首先是抗磨板的安裝。抗磨板由四瓣組合而成，在安裝前需將主軸下法蘭端面進行徹底清掃，清掃完成后，將分瓣抗磨板按廠家廠內預裝完成標記編號逐塊進行安裝，各分瓣抗磨板安裝組合好后必須用框式水平儀（精度為0.02mm/m）測量抗磨板的水平波浪度，要求此值不大于0.10mm，否則必須采用加墊或修磨的方法將水平波浪度調整至設計范圍，且務必要保證在抗磨板組合時各螺栓緊固力的扭矩保持相同，以使主軸密封系統投入生產運行后長期、穩定可靠運行。
　其次是密封環的安裝。密封環由四瓣組合而成，需事先預裝在密封活動環內調整、檢查各組合面的間隙，要求間隙不大于0.02mm。隨后測量密封環表面的水平波浪度，如果該值超過0.02mm，則必須重新組裝，不可對密封環密封面進行修磨，待密封環在密封座活動環內預裝調整檢查合格后，用涂抹好定位膠的螺栓將密封環安裝固定在密封活動環內。
　　將已安裝好密封環的密封座圍水輪機軸組合成整體，將其吊裝至表面已涂抹好紅丹的抗磨板上（抗磨板涂抹紅丹需均勻，不宜太多、太厚），通過機組盤車檢查抗磨板與密封環的密封面接觸情況是否良好。裝配全部完成后，須在充滿尾水及供給冷卻潤滑水的情況下，測量供水流量及密封環活動環被頂起高度。要求頂起高度應大于0.05mm，且在各方向上要均勻（用0.05mm塞尺沿密封面劃動一圈）。另外，在整個安裝過程中，對各把合螺栓需按廠家設計要求力矩進行緊固。實際安裝時，如果因條件限制導致水平波浪度超標，在偏差不大時可在裝配好后讓機組低速旋轉一定時間，讓密封環與抗磨板進行自動磨合，經過對幾臺機組主軸密封的安裝經歷，證明此效果較好。
　　4　結束語
　　水輪機主軸密封是保證機組和電廠安全運轉的重要裝置，起機組固定部件與轉動部件之間的封水作用，它應具備良好的密封性、耐磨性、可靠性，而且結構相對簡單。經過對彭水電站五臺機組水輪機主軸密封的安裝，上述安裝工藝已滿足了上述性能要求。