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解決立軸混流式機組水導軸承甩油問題的兩種方法
2010-11-10
作者：周曉慧 吳廷枝 （湖北省?？悼h馬橋二級水電站）
一、對水導軸承甩油原因的分析
馬橋二級水電站是一座徑流式電站，三臺機組均屬立軸混流式，其中1#機3000kw，型號是HL123－LJ—140；2#、3#機1250kw，型號是NL263－LJ－100。1981年3月正式并網運行，到1983年開始出現主軸密封漏水量增加，引起水導軸承甩油。此后越來越嚴重，三臺機組都先后多次出現過甩油后未及時發覺，造成水導瓦燒壞的事故。1987年～1988年，甩油問題已成為電站運行中的主要問題，每年甩油2×103－3×103kg。
究其原因：60年代至70年代機組的水導軸承（圖1）緊挨著主軸密封與轉輪，由軸頸、軸瓦、油盆等部件組成。軸領與主軸做成一體與轉輪一起旋轉，軸瓦固定在油盆內，同油盆一起固定在頂蓋上，油盆的內壁與大軸之間有一定的自由空間。正常運行時，這個空間與大氣連通。一旦漲洪水時，水夾雜著大量的泥砂，從轉輪密封漏出，擠到密封塊與動環之間，加速其磨損，加大密封間隙，增大漏水量。當漏水淹至油盆底時，這個空間就與大氣隔絕了。由于主軸的旋轉，此空間會形成負壓，產生一定的吸力，油盆的油在這個吸力的作用下，翻過內壁擋油圈流到油盆外面去，即造成甩油。甩油后，伴隨著水導軸承干摩擦的噪音，機組擺度振動增大。由此看來，甩油的主要原因是主軸密封漏水量過大，超過正常的自排能力，引起水導軸承油盆底部的水位升高。
馬橋二級水電站是一座徑流式電站，三臺機組均屬立軸混流式，其中1#機3000kw，型號是HL123－LJ—140；2#、3#機1250kw，型號是NL263－LJ－100。1981年3月正式并網運行，到1983年開始出現主軸密封漏水量增加，引起水導軸承甩油。此后越來越嚴重，三臺機組都先后多次出現過甩油后未及時發覺，造成水導瓦燒壞的事故。1987年～1988年，甩油問題已成為電站運行中的主要問題，每年甩油2×103－3×103kg。
究其原因：60年代至70年代機組的水導軸承（圖1）緊挨著主軸密封與轉輪，由軸頸、軸瓦、油盆等部件組成。軸領與主軸做成一體與轉輪一起旋轉，軸瓦固定在油盆內，同油盆一起固定在頂蓋上，油盆的內壁與大軸之間有一定的自由空間。正常運行時，這個空間與大氣連通。一旦漲洪水時，水夾雜著大量的泥砂，從轉輪密封漏出，擠到密封塊與動環之間，加速其磨損，加大密封間隙，增大漏水量。當漏水淹至油盆底時，這個空間就與大氣隔絕了。由于主軸的旋轉，此空間會形成負壓，產生一定的吸力，油盆的油在這個吸力的作用下，翻過內壁擋油圈流到油盆外面去，即造成甩油。甩油后，伴隨著水導軸承干摩擦的噪音，機組擺度振動增大。由此看來，甩油的主要原因是主軸密封漏水量過大，超過正常的自排能力，引起水導軸承油盆底部的水位升高。
圖1 60－70年代水輪機結構示意圖
1.軸頸；2.軸瓦；3.真空；4.擋油圈
解決甩油的方法除了在軸頸上方鉆孔，破壞油盆內壁上端與主軸之間的負外壓（我站鉆孔后仍然甩油），還有兩個方法：即減少漏水量和加大排水量。
二、提高主軸密封的檢修工藝，減小漏水量
主軸密封是防止壓力水沿著主軸與固定部件之間的間隙進入廠房的關鍵裝置。我站三臺機組均采用機械式尼龍端面密封，此裝置（如圖2）由動環、密封塊、托盤、引導柱、彈簧、橡皮圓條和支承座等組成。不銹鋼動環固定在主軸上，密封塊用壓環固定在托架上，密封塊是用聚四氯乙烯做成的分半密封圈。在托盤與支承座之間裝有六個彈簧，靠彈簧的壓緊力使密封塊緊貼著動環起密封作用。
二、提高主軸密封的檢修工藝，減小漏水量
主軸密封是防止壓力水沿著主軸與固定部件之間的間隙進入廠房的關鍵裝置。我站三臺機組均采用機械式尼龍端面密封，此裝置（如圖2）由動環、密封塊、托盤、引導柱、彈簧、橡皮圓條和支承座等組成。不銹鋼動環固定在主軸上，密封塊用壓環固定在托架上，密封塊是用聚四氯乙烯做成的分半密封圈。在托盤與支承座之間裝有六個彈簧，靠彈簧的壓緊力使密封塊緊貼著動環起密封作用。
圖2 機組密封裝置示意圖
1. 動環；2.密封塊；3.托盤；4.引導柱；5.彈簧；6.支承座；7.壓環；8.橡皮圓條
密封裝置的工作條件決定了它必然會有磨損，需要定期檢修。引起漏水量增加從而使檢修周期縮短的主要原因有以下三個方面：一是機組的振動與擺度過大；二是水內夾雜泥砂較多，主軸密封磨損較快；三是主軸密封工件的質量及檢修達不到工藝要求。在提高主軸密封的檢修水平上，我們通過實踐，摸索出了以卜幾點經驗：
1．保證托盤下面的每一個彈簧彈力均勻，每次檢修都應逐個檢查彈簧的彈力情況，對不合格的彈簧要更換以加大彈力。如果彈簧的壓緊力不均勻，密封塊容易出現偏卡偏磨，止水性能不穩定。
2．防止動環和密封塊的微量變形造成接觸面不密封。動環和密封塊在運輸、保管的過程中受力受熱都可能變形。其工件在加工中也可能存在問題。對此，應先將準備安裝的密封塊和動環配合在一起，觀察其配合情況，并用塞尺測量其配合間隙，如果發現有局部變形應進行打磨，校正處理。
3．動環在安裝時，先用石墨粉或黃油涂在其內圓二，然后緊箍在主軸上，再拆下來觀察其與主軸配合情況，如果發現內圓與主軸配合不好，可用砂紙或油石進行處理，并要反復試裝直到合格。
4．在安裝時，密封塊接頭處應無間隙，固定密封塊的壓環保持四周壓力均勻，螺絲無滑扣、卡死、不到位等現象，以保證密封塊在工作時不出現移位。
5．蟬簧引導柱上的定位螺母要留出3～5mm的調整間隙，以便密封塊磨損后起軸向調節作用。
6．保證托盤與支承座連接處的橡皮條直徑合適，沒有老化現象，接頭牢固。橡皮條的直徑太小起不到止水作用，直徑太大會把托盤卡死，使彈簧失去作用。老化了的橡皮圓條磨損快，受力易折斷。
7．對安裝后的主軸密封應進行整體測試。先用塞尺測量動環與密封塊之間的間隙是否符合要求。在托盤四周多處加力看彈簧上下運動是否自如，測量其密封間隙。若出現卡死現象或間隙發生明顯變化，均應重新調整，直到合格后方可回裝。
三、利用尾水真空的吸力抽水，加大排水量
隨著運行時間的推移，密封裝置的漏水量逐漸增大，利用尾水真空抽水可延長檢修周期2－3個月。
混流式水輪機在運行中，轉輪出口和尾水管進口處產生低壓渦帶，為防止空腔氣蝕，配有一套尾水真空補氣裝置，即在屬水管進口處設置十字架補氣管，總管通過尾水管壁接出外面，由補氣閥控制補氣量。我們就利用機組在運行時本身所產生的吸力排出主軸密封的漏水。
首先，我們在補氣管上加橡皮管直接插入主軸密封旁，用補氣閥調節抽水量的大小。
改造后運行了一段時間，我們又綜合分析運行情況，認為機組的漏水量與運行工況有關。一般檢修后1－2個月內機組自流排水能夠滿足運行要求。在檢修后第3—5個月漏水量逐漸加大，需要加大排水量。L#機轉輪安裝高程低，尾水真空小，漏水量大。而2#、3#機轉輪安裝高程較高，真空值一般在2×104 －4×104Pa范圍內，運行中有部分吸力被浪費。這樣，我們將三臺機組的尾水真空補氣裝置連通起來，從而加大了排水量，保證了各臺機組水導軸承不再甩油。
這套裝置延長了主軸密封檢修周期（現在主軸密封的檢修周期一般是6—8個月，Z長可達14個月），還減少了集水井水泵抽水的工作量，保持了水輪機房工作現場的整潔。
1．保證托盤下面的每一個彈簧彈力均勻，每次檢修都應逐個檢查彈簧的彈力情況，對不合格的彈簧要更換以加大彈力。如果彈簧的壓緊力不均勻，密封塊容易出現偏卡偏磨，止水性能不穩定。
2．防止動環和密封塊的微量變形造成接觸面不密封。動環和密封塊在運輸、保管的過程中受力受熱都可能變形。其工件在加工中也可能存在問題。對此，應先將準備安裝的密封塊和動環配合在一起，觀察其配合情況，并用塞尺測量其配合間隙，如果發現有局部變形應進行打磨，校正處理。
3．動環在安裝時，先用石墨粉或黃油涂在其內圓二，然后緊箍在主軸上，再拆下來觀察其與主軸配合情況，如果發現內圓與主軸配合不好，可用砂紙或油石進行處理，并要反復試裝直到合格。
4．在安裝時，密封塊接頭處應無間隙，固定密封塊的壓環保持四周壓力均勻，螺絲無滑扣、卡死、不到位等現象，以保證密封塊在工作時不出現移位。
5．蟬簧引導柱上的定位螺母要留出3～5mm的調整間隙，以便密封塊磨損后起軸向調節作用。
6．保證托盤與支承座連接處的橡皮條直徑合適，沒有老化現象，接頭牢固。橡皮條的直徑太小起不到止水作用，直徑太大會把托盤卡死，使彈簧失去作用。老化了的橡皮圓條磨損快，受力易折斷。
7．對安裝后的主軸密封應進行整體測試。先用塞尺測量動環與密封塊之間的間隙是否符合要求。在托盤四周多處加力看彈簧上下運動是否自如，測量其密封間隙。若出現卡死現象或間隙發生明顯變化，均應重新調整，直到合格后方可回裝。
三、利用尾水真空的吸力抽水，加大排水量
隨著運行時間的推移，密封裝置的漏水量逐漸增大，利用尾水真空抽水可延長檢修周期2－3個月。
混流式水輪機在運行中，轉輪出口和尾水管進口處產生低壓渦帶，為防止空腔氣蝕，配有一套尾水真空補氣裝置，即在屬水管進口處設置十字架補氣管，總管通過尾水管壁接出外面，由補氣閥控制補氣量。我們就利用機組在運行時本身所產生的吸力排出主軸密封的漏水。
首先，我們在補氣管上加橡皮管直接插入主軸密封旁，用補氣閥調節抽水量的大小。
改造后運行了一段時間，我們又綜合分析運行情況，認為機組的漏水量與運行工況有關。一般檢修后1－2個月內機組自流排水能夠滿足運行要求。在檢修后第3—5個月漏水量逐漸加大，需要加大排水量。L#機轉輪安裝高程低，尾水真空小，漏水量大。而2#、3#機轉輪安裝高程較高，真空值一般在2×104 －4×104Pa范圍內，運行中有部分吸力被浪費。這樣，我們將三臺機組的尾水真空補氣裝置連通起來，從而加大了排水量，保證了各臺機組水導軸承不再甩油。
這套裝置延長了主軸密封檢修周期（現在主軸密封的檢修周期一般是6—8個月，Z長可達14個月），還減少了集水井水泵抽水的工作量，保持了水輪機房工作現場的整潔。
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