大型水轮机活塞式主轴端面密封结构的优化改造

☆项目详细内容

岩滩302.5MW 大型水轮机主轴端面密封为活塞式密封结构，主要由密封支座、密封座、门型活塞式橡胶圈、销钉、密封支架、转环、抗磨块等部件组成。其工作原理为橡胶圈在压力水的作用下向上浮起并紧密贴合在抗磨块上，密封住了从主轴端面及密封支座间隙中渗出的水。机组自1992 年投入运行后，主要存在以下问题：一是洪水期当尾水位高过压力水箱后，尾水会反冲至橡胶圈下端并作用于橡胶圈，造成压力过大烧胶；二是销钉与橡胶圈销孔配合间隙过紧时使胶圈不能灵活上浮，而销钉与销孔配合间隙过大时漏水增大，使活塞腔压力不足致橡胶圈不能灵活浮起；三是转环上的Φ4 mm“0”型密封胶条安装不便，容易松脱；四是橡胶圈与抗磨块接触面过大，影响润滑及冷却效果，容易烧胶；五是密封槽容易生锈，影响橡胶圈上下浮动。

针对存在问题，采取以下优化处理措施：一是取消转环上Φ4mm 橡皮条，直接在法兰面上涂上厌氧型平面密封剂作为密封，并把转环螺栓更换为高强度螺栓，提高接触摩擦力及连接紧固力；二是在橡胶圈端面中心切割润滑水槽，以降低工作摩擦面的温度，促进转动接触润滑，防止烧胶；三是在橡胶圈的销孔内加装铜质销套，销套顶部未开孔，以降低橡胶圈与销钉的摩擦力及减少漏水量，保证了活塞腔水压的稳定，提高橡胶圈浮动的灵活性；四是在密封座加装2 根泄压管及自动泄压阀，当环形凹槽内的水压力大于0.05MPa 时自动泄压阀自动排水，使润滑水压力保持在0.05MPa 以下运行，防止水压过大发生烧胶事故；五是把密封座更换为不锈钢材质，防止锈蚀。

自2006 至2010 年，对4 台机组端面密封结构进行优化改造，至2012 年底，改造后的主轴密封装置运行稳定，从未发生过烧胶或漏水过大等缺陷，达到了优化改造的目标。

☆主要技术创新

1、 在密封座上加装自动泄压阀，保持活塞腔水压力稳定，防止水压过大烧损橡胶圈。

2、 在橡胶圈的上端面中心加工切割出润滑冷却水槽，提高橡胶圈与抗磨块的摩擦冷却及润滑较果，防止烧胶、减轻磨损。

3、 减小橡胶圈销钉直径及长度，并在橡胶圈的销孔内槽镶铜质销钉套，减轻销孔与橡胶圈的摩擦力，提高导向及定位功能；销套顶部未开孔，消除了销孔的漏水及泄压缺陷，确保活塞腔压力的稳定。

4、 取消转环Φ4mm 密封胶条，使转环安装更简便，提高连接密封质量，同时提高紧固强度。

5、 转环连接螺更换为高强度螺栓，保证受力及强度，防止螺栓受力剪断。

6、 密封座更换为不锈钢材质，防止密封座的环形凹槽生锈，减小了橡胶圈与凹槽的摩擦力，提高了橡胶圈浮动的灵活性。

☆项目应用情况

岩滩水电公司从2006 年起，按优化方案要求分别对4 台水轮机活塞式主轴端面密封装置逐步进行改造，具体为：1 号机于2006 年2 月至2007 年1 月实施，3 号机于2008 年2月至4 月实施，4 号机于2008 年11 月至2009 年2 月实施，2 号机于2009 年12 月至2010年3 月实施。通过几年的运行检验，截止2013 年3 月，改造后的岩滩水轮机主轴密封装置运行稳定，主轴端面密封良好，从未发生过烧胶或漏水过大的异常以上事件，结合检修检查测量橡胶圈及抗磨块的磨损量极小，橡胶圈及抗磨块在1 个A 修期限内不需进行更换，更是在机组小修时也不用对密封装置进行分解检查处理。实际运行证明，岩滩大型水轮机活塞式主轴端面密封装置结构优化改造效果显著，彻底消除了原结构存在的缺陷，保证了机组运行的安全与稳定。

☆企业效益情况

经济效益：发生密封烧胶损坏均在丰水期，是水电厂发电的最好时间。按每年临时停机更换处理橡胶密封圈1 次计算，年创效益33.46 万元，计算方法302500KWh（发电量）×8（小时）×0.13 元=31.46 万元，橡胶圈2 万元/条。

社会效益：优化改造后，未发生过水轮机主轴密封胶烧损或漏水过大缺陷，不发生机组非计划停运事件，不发生水淹厂房事件，给企业带来良好的正面形象，为社会创造良好的经济及社会效益。