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萬安水電廠機組主軸密封故障原因分析及處理
2008-09-17
摘 要：通過對萬安水電廠水輪機主軸密封工作原理與作用的介紹，分析主軸密封漏水偏大的原因，提出處理主軸密封漏水大缺陷的方法。
關鍵詞：水輪機，主軸密封，漏水偏大，處理
1 基本概況
萬安水電站是贛江上座低水頭河床式水電站，設計裝機容量5×100MW，Z大工 作水頭32.3m，Z小水頭15m，設計水頭22m，水輪機型號ZZ440-LH-850，額定流量550m3/s，額定轉速76.9r/min，水輪機安裝高程61.9m，水輪機密封安裝高程65.7m，水輪機主軸密封分為檢修密封和工作密封兩種，其中檢修密封為橡膠圍帶式結構，工作密封為橡膠活塞式結構。
結構參考圖1(主軸密封結構圖)
2 主軸密封的作用及工作原理
為了保證稀油潤滑軸承的正常工作，必須在導軸承下采用密封裝置，以防止壓力水流從主軸和頂蓋之間滲入導軸承，破壞導軸承的正常工作。因此密封裝置的好壞是稀油潤滑導軸承工作一個相當關鍵的問題。
主軸密封它又是水輪機一道重要保護裝置，如果出現問題，導軸承就有被水淹的危險，妨礙水輪機的正常工作，影響機組的安全穩定運行。
主軸密封的工作原理：工作密封塊下腔通入0.02-0.10Mpa壓力清潔水，使密封塊克服自身重量上浮起來。頂住固定在主軸上的轉動環上。轉動環固定在主軸上，隨主軸一起轉動，密封塊安裝在活塞座里，密封塊中對稱布2根Ф20定位銷限制密封塊只能作上下運動，不能作環向運動和徑向運動。在密封塊上下端面之間8個均布Ф4mm通流孔。
結構參考圖2（密封塊結構圖）
當密封塊下腔無壓時，密封塊能靠自重落到底部，當活塞下腔通入壓力水后，密封塊在水壓作用下上升到頂端，使頂蓋與主軸之間的漏水水流受到阻礙，在頂起密封塊的同時，水流經通流孔到密封塊上端：當密封塊與轉環接觸后，接觸面之間就產生了流動水膜，只有一小部分水流漏出。同時這一定的漏水量也保證密封塊不受到干磨過熱而燒毀，主軸密封起到密封效果。
當機組處于檢修或停機時，檢修密封投入，圍帶通入0.6-0.7Mpa壓縮空氣，其非約束部分受壓鼓起，與大軸保護罩緊密接觸，從而阻斷尾水竄入水輪機頂蓋的通道，起密封作用。
3 常見故障
萬安水電廠1-4號機組投產以來，曾多次出現下述情況：機組主軸密封漏水量偏大，頂蓋水位上升，導致水淹水導迫使機組停機，使機組安全運行可靠性大幅降低。
4 原因分析
從故障現象分析來看，水輪機工作密封的效果如何主要取決于密封塊的端面與轉環的不銹鋼抗磨板接觸是否密實，密實好，漏水量小；密實不好，漏水量大。密封塊在工作過程中會出現下面幾種情況：
(1)開機時，由于壓力水管道結垢，壓力水流不流入密封塊下腔，密封塊不能頂起，這時密封塊與轉環之間有間隙，漏水量偏大。
(2)開機時，由于管道管徑偏小原因，導致進入密封塊下腔壓力水流流量偏小，小于通流孔的漏水量，不能形成壓力，密封塊不能頂起，密封塊與轉環之間有間隙，漏水量偏大。
(3)停機時，轉動環在機組軸向推力作用下，將密封塊下壓2-3mm，密封塊被卡在密封塊座上，不能頂起。漏水量偏大。
(4)轉動環在某點的速度方向V是其作圓周運動的切線方向，其磨擦力f的方向與V相反，由力學性質密封塊工作中所受的力除重力mg，水壓P(P)mg外，還有磨擦力產的力F″且=f，在F′的作用下，密封塊有隨轉環轉動的趨勢，但受到定位銷的約束，于是出現密封塊與定位銷緊緊帖合的結果，時間長就存在傾斜、斷裂。密封塊定位銷孔變形、密封塊斷裂。(見圖3)
（定位銷釘受力分析圖）
(5)當機組作調相運行時，頂蓋與主軸間無水流漏出。這時密封塊與抗磨環之間的磨擦變為干磨擦，密封塊過熱使其表面橡膠碳化，使磨損加劇，增加了檢修頻率。
5 處理方法
(1)定位銷釘，將密封座上銷釘孔封堵。密封塊銷釘孔用硅膠封堵，從根本上消除銷釘對密封塊的卡阻作用。
(2)在密封塊工作面上開設一條20×20mm潤滑水槽，使8只均布Ф4mm通流孔連成一體，改善其工作面的潤滑條件，以減少密封塊的磨損量。
(3)將原設計的密封水管Dg15鍍鋅管改成Dg25不銹鋼金屬軟管改善其進入密封座的壓力的水量。
(4)增設一套0.7Mpa壓縮空氣管路，以便停機時密封塊被卡在密封座時，壓力水又頂不起密封塊開啟此套管路，頂起密封塊，使之與轉環緊帖，減少其漏水量，以保證頂蓋水位不能迅速上升，保證水淹導軸承事故不會發生。
6 結束語
大型水輪發電機組主軸密封工作不可靠是國內水電行業的通病，從萬安水電廠主軸密封漏水偏大原因分析與處理來看，通過改進雖然可以改善漏水大的狀況，但要徹底解決主軸密封所存在的問題還需進一步的研究和試驗。
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