万安水电厂机组主轴密封故障原因分析及处理

电力18讯：    作者：姜　涛　

摘要：通过对万安水电厂水轮机主轴密封工作原理与作用的介绍，分析主轴密封漏水偏大的原因，提出处理主轴密封漏水大缺陷的方法。
关键词：水轮机　主轴密封　漏水偏大　处理
     1　基本概况
     万安水电站是赣江上第一座低水头河床式水电站，设计装机容量5×100MW，最大工作水头32.3m，最小水头15m，设计水头22m，水轮机型号ZZ440-LH-850，额定流量550m3/s，额定转速76.9r/min，水轮机安装高程61.9m，水轮机密封安装高程65.7m，水轮机主轴密封分为检修密封和工作密封两种，其中检修密封为橡胶围带式结构，工作密封为橡胶活塞式结构。
结构参考图1(主轴密封结构图)


     2　主轴密封的作用及工作原理
为了保证稀油润滑轴承的正常工作，必须在导轴承下采用密封装置，以防止压力水流从主轴和顶盖之间渗入导轴承，破坏导轴承的正常工作。因此密封装置的好坏是稀油润滑导轴承工作一个相当关键的问题。
主轴密封它又是水轮机一道重要保护装置，如果出现问题，导轴承就有被水淹的危险，妨碍水轮机的正常工作，影响机组的安全稳定运行。
主轴密封的工作原理：工作密封块下腔通入0.02-0.10Mpa压力清洁水，使密封块克服自身重量上浮起来。顶住固定在主轴上的转动环上。转动环固定在主轴上，随主轴一起转动，密封块安装在活塞座里，密封块中对称布2根Ф20定位销限制密封块只能作上下运动，不能作环向运动和径向运动。在密封块上下端面之间8个均布Ф4mm通流孔


结构参考图2（密封块结构图）
当密封块下腔无压时，密封块能靠自重落到底部，当活塞下腔通入压力水后，密封块在水压作用下上升到顶端，使顶盖与主轴之间的漏水水流受到阻碍，在顶起密封块的同时，水流经通流孔到密封块上端：当密封块与转环接触后，接触面之间就产生了流动水膜，只有一小部分水流漏出。同时这一定的漏水量也保证密封块不受到干磨过热而烧毁，主轴密封起到密封效果。
当机组处于检修或停机时，检修密封投入，围带通入0.6-0.7Mpa压缩空气，其非约束部分受压鼓起，与大轴保护罩紧密接触，从而阻断尾水窜入水轮机顶盖的通道，起密封作用。
     3　常见故障
万安水电厂1-4号机组投产以来，曾多次出现下述情况：机组主轴密封漏水量偏大，顶盖水位上升，导致水淹水导迫使机组停机，使机组安全运行可靠性大幅降低。
     4　原因分析
     从故障现象分析来看，水轮机工作密封的效果如何主要取决于密封块的端面与转环的不锈钢抗磨板接触是否密实，密实好，漏水量小；密实不好，漏水量大。密封块在工作过程中会出现下面几种情况：
     (1)开机时，由于压力水管道结垢，压力水流不流入密封块下腔，密封块不能顶起，这时密封块与转环之间有间隙，漏水量偏大。
     (2)开机时，由于管道管径偏小原因，导致进入密封块下腔压力水流流量偏小，小于通流孔的漏水量，不能形成压力，密封块不能顶起，密封块与转环之间有间隙，漏水量偏大。
     (3)停机时，转动环在机组轴向推力作用下，将密封块下压2-3mm，密封块被卡在密封块座上，不能顶起。漏水量偏大。

     (4)转动环在某点的速度方向V是其作圆周运动的切线方向，其磨擦力f的方向与V相反，由力学性质密封块工作中所受的力除重力mg，水压P(P)mg外，还有磨擦力产的力F″且=f，在F′的作用下，密封块有随转环转动的趋势，但受到定位销的约束，于是出现密封块与定位销紧紧帖合的结果，时间长就存在倾斜、断裂。密封块定位销孔变形、密封块断裂。(见图3) （定位销钉受力分析图）
     (5)当机组作调相运行时，顶盖与主轴间无水流漏出。这时密封块与抗磨环之间的磨擦变为干磨擦，密封块过热使其表面橡胶碳化，使磨损加剧，增加了检修频率。
     5　处理方法
     (1)定位销钉，将密封座上销钉孔封堵。密封块销钉孔用硅胶封堵，从根本上消除销钉对密封块的卡阻作用。
     (2)在密封块工作面上开设一条20×20mm润滑水槽，使8只均布Ф4mm通流孔连成一体，改善其工作面的润滑条件，以减少密封块的磨损量。
     (3)将原设计的密封水管Dg15镀锌管改成Dg25不锈钢金属软管改善其进入密封座的压力的水量。