1、1碗米坡水电厂机组主轴密封磨损原因分析及治理摘要：水轮机主轴密封装置运行不可靠是目前国内水电厂存在的较为普遍问题，碗米坡水电厂经过分析研究和改造优化彻底解决了该设备难题，为提高了电厂的发电设备等效可用系数，实现良好的发电效益提供了保证。 关键词：水电机组、主轴密封、磨损、治理 中图分类号：TH117.1 文献标识码： A 文章编号： 1、 概述 1.1 碗米坡水电厂位于湖南沅水支流酉水的中游，湘西土家族苗族自治州保靖县境内。电站安装 3 台 80MW 机组，总装机容量240MW，13机组分别于 2004 年 2 月、5 月和 8 月投产，设计年利用小时数 3300h，多年设计平均发电量 7.9
2、2 亿 kW?h。 碗米坡水电厂水轮发电机主要参数： 1.2 碗米坡水力发电厂采用东芝水电公司生产的 3 台混流式水轮机，主轴密封结构主密封为“H”型橡胶密封，顶部辅助密封为平板密封，其2“H”型密封为耐油耐磨橡胶，固定在凹槽结构内组成环形密封圈，利用压力清洁水在密封上下腔形成水压差，使密封圈与连接在主轴上的不锈钢抗磨环形成密封状态，起到止水密封作用。 1.3“H”型橡胶端面密封装置的特点是：橡胶密封静止，抗磨环随大轴转动。自 2004 年 2 月投产以来，主轴密封供水水压存在不稳定现象，尤其在机组负荷大范围变化及汛期尾水位发生变化时，由于压力波动导致密封与抗磨环密封状态接触程度及运行工况发生
3、改变，密封装置与抗磨环磨损加剧，甚至有时散发出烧焦的橡胶臭味，经解体检查此种状况密封基本已损坏，甚至出现断裂现象，特别是 2008 年，2#机组因此发生了因主轴密封磨损导致非计划停运事件。 （图一 主轴密封结构图） （1.抗磨环 2.端面密封 3.密封支座 4.内六角紧定螺栓 5.水封压盖 6.平板密封 7.托板 8.调整垫 9.平板密封压板 10.平板密封坐环） 2、 主轴密封磨损原因分析 从实际运行经验上看，我厂主轴密封在设计上存在以下不合理因素：2.1 主轴密封排水孔偏少，造成润滑水排水不畅导致主轴密封与抗磨板之间不能充分润滑；主轴密封的上部是技术供水水压，下部与转轮室相连，压力与转轮室
4、压力一致，一般情况下技术供水压力按原设计压力30.150.3MPa 运行， “H”型橡胶密封在技术供水压力、转轮室压力以及自身重力三者共同因素下保持平衡，且与抗磨环结合进行密封。在机组负荷大范围调整过程中，转轮室真空度发生改变，压力随之改变，在转轮室压力改变的过程中， “H”型橡胶密封原有受力平衡被打破，与抗磨环间间隙减小，水膜被破坏，造成主轴密封磨损加剧。 2.2 主轴密封抗磨环由两分瓣组装而成，组合缝处有一 2mm 左右的缺口间隙，机组运行过程中该缺口间隙导致“H”型橡胶密封磨损程度加剧，甚至挂伤“H”型橡胶密封； 2.3“H”型橡胶密封与抗磨板的配合间隙过小，机组运行中，在其受力平衡被打
5、破的前提下， “H”型橡胶密封在技术供水压力作用下夹着抗磨板作圆周运动，加大了摩擦面积，从而进一步的加剧了“H”型橡胶密封的磨损。 3、主轴密封改进情况 因在投运时就存在开机时端面密封磨损严重，伴有烧焦的橡胶臭味的现象，水轮机设计生产厂家杭州东芝公司于 2005 年 2 月对原设计进行了改造，详细改造情况如下： 3.1 端面密封轴向均匀钻 8 个直径为 20mm 排水孔，以增加润滑水排水量； 3.2 对端面密封根部的内、外两侧进行切削，切削厚度 10mm、高度20mm，侧边斜度 30 3.3 将主轴密封供水压力由原设计值 0.150.3MPa 改为40.10.15MPa 运行。 生产厂家亦认为
6、主轴密封磨损严重的另一原因为抗磨板组合缝有约 2 mm 间隙形成刀口对密封进行切削，造成密封磨损严重甚至断裂，但此次改造并未对此进行相应处理。 从处理后主轴密封运行情况看，东芝公司的设计改进未能从根本上解决主轴密封磨损严重的问题。 （图二 端面密封一次改进后截面尺寸图） 4、进一步改进及处理情况 2#机组 2008 年 3 月 23 日主轴密封异常磨损后，经组织讨论并深入分析认为，抗磨环把合处合缝及端面密封排水不畅仍是影响端面磨损严重的主要原因，针对上述原因，现场对主轴密封进行了如下整改： 4.1 对端面密封排水情况进行优化。在端面密封上垂直钻 16 的排水孔 12 个，并在抗磨环上对称开 8
7、 条径向深约 1.2 mm 的排水槽，确保端面密封压力平衡与排水通畅，减小端面密封与抗磨环之间的摩擦阻力，在端面密封与抗磨环之间形成良好水膜，对端面密封进行保护。 4.2 排水槽工艺要求：槽深 1.2 mm，槽两侧砂纸打磨抛光，槽深不大于 1.5mm， 4.3 对抗磨环把合处开口。开口处理工艺要求：对开口两侧开 35mm深斜面破口，对开口进行焊接处理，焊接过程中进行保温并缓慢冷却，经敲击去应力处理后挫平并打磨至表面粗糙度不大于 3.2。 54.4 托板与端面密封导向杆强度改造。原主轴密封托板与端面密封导向杆均为 Q235-A 材质，在主轴密封潮湿环境中抗锈蚀能力差，造成因锈蚀严重造成的托板损坏
8、、导向杆力学性能降低导致的断裂情况，为防止锈蚀情况的出现，将托板与导向杆材质均更换为不锈钢（1Cr18Ni9Ti） 。 5、运行方式调整及其他改造情况 5.1 现场实际运行情况表明，主轴密封水压、流量等情况对主轴密封运行工况存在比较明显的影响，将原设计压力 0.150.3MPa 调整为0.050.1MPa，上限报警值 0.15MPa，正常运行时压力调整为 0.07 MPa 左右更能保证安全运行； 5.2 对主轴密封润滑水压力进行实时监控，并将压力值送至监控系统上位机，便于进行远方压力监视； 5.3 提高了主轴密供水示流信号计灵敏度； 5.4 加强运行过程中的设备巡视，及时调整主轴密封供水压力； 5.5 建立主轴密封定期检查台帐，每月定期对端面密磨损量进行测量，跟踪对比分析。 6、结语 通过上述技术改造，并经过近四年的实际运行情况的检测表明，碗米坡电厂主轴密封再未出现过异常磨损、主轴密封漏水导致水轮机顶盖水位上涨等不良情况，对提高了水轮机安全稳定运行的安全系数、降低水轮机运行维护费用有明显的成效，主轴密封改造达到预期效果 6参考文献 1、 流体力学上海交通大学作者: 张鸿雁 , 张志政 , 王元 编科学出版社 2、水轮发电机组安装技术规范中国标准出版社出版
