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彭水水電站ALSTOM機(jī)組主軸密封淺析

2013-02-19

劉博學(xué)
（水電八局機(jī)電制造安裝分局　湖南　長(zhǎng)沙410007）
　　摘　要：主要介紹彭水水電站ALSTOM機(jī)組水輪機(jī)主軸密封的結(jié)構(gòu)、工作原理及主要安裝工藝的技術(shù)要求。
　　關(guān)鍵詞：ALSTOM機(jī)組；主軸密封；結(jié)構(gòu)；工作原理；安裝工藝要求
　　彭水水電站位于重慶市彭水縣的烏江上游，是烏江干流水電開發(fā)的第10個(gè)梯級(jí)。壩址距彭水縣城上游11公里，距烏江河口涪陵市約147公里，至重慶直線距離約170公里。工程以發(fā)電為主，兼顧航運(yùn)、防洪及其它綜合利用，等級(jí)為I等；彭水水電站地下廠房安裝5臺(tái)（5×350MW）HLF169A0 – LJ – 768水輪機(jī)，機(jī)組額定水頭67m，機(jī)組額定轉(zhuǎn)速為85.71rpm，Z高飛逸轉(zhuǎn)速為167.0rpm，電站為引水式地下廠房。
　　1　主軸密封的結(jié)構(gòu)與工作原理
　　主軸密封一般包括檢修密封和工作密封兩部分，本文在無特別說明時(shí)則指工作密封。彭水水電站ALSTOM機(jī)組水輪機(jī)主軸密封位于水輪機(jī)主軸下法蘭端面處水導(dǎo)軸承下方由頂蓋支撐，密封形式為彈簧復(fù)位式流體靜壓平衡徑向機(jī)械密封，其作用是有效地阻擋從主軸與頂蓋之間的間隙（檢修密封間隙）上溢的水流，防止水導(dǎo)軸承及頂蓋被淹。它的主要組成部件包括抗磨板、密封環(huán)、密封座、大水箱及其它供排水管與保護(hù)裝置等，具體結(jié)構(gòu)見圖1。其核心部件密封環(huán)由八瓣組合而成，材質(zhì)采用具有較強(qiáng)抗磨性能較好的耐磨樹脂（CESTIDUR）制作而成，當(dāng)它在機(jī)組運(yùn)行中被燒壞時(shí)與炭精塊那樣馬上崩裂造成事故擴(kuò)大不同，且其具有可修復(fù)性。密封座密封環(huán)密封面的可磨損量達(dá)13mm，一般磨損量達(dá)到10mm時(shí)就需要將其更換。
　　其工作原理是：機(jī)組開機(jī)運(yùn)行時(shí)，壓力大于下游來水壓力與密封座彈簧壓力之和的冷卻潤(rùn)滑水通過金屬軟管送入密封環(huán)內(nèi)腔，流經(jīng)密封環(huán)內(nèi)、外環(huán)，在密封環(huán)與抗磨環(huán)結(jié)合面之間形成一層水膜，水膜厚度設(shè)計(jì)為0.03～0.08mm，該水膜不僅起止水、潤(rùn)滑與冷卻作用，而且還將旋轉(zhuǎn)抗磨板與靜止密封環(huán)分開，使它們不發(fā)生直接摩擦，從而達(dá)到減少密封環(huán)磨損量的目的。流經(jīng)外環(huán)的潤(rùn)滑水直接排至尾水管以封堵尾水，流經(jīng)內(nèi)環(huán)的潤(rùn)滑水則溢流至密封座上部水箱中，然后通過管徑分別為φ140mm、φ219mm的排水管自流至廠內(nèi)集水井（φ140mm排水管為緊急排水管，即主軸密封漏水量過大時(shí)自流水將從此管通過）。機(jī)組處于停機(jī)狀態(tài)時(shí)，依靠裝置中均勻分布在密封座上的8個(gè)不銹鋼彈簧彈力的作用，將密封環(huán)緊壓在抗磨板上起密封止水作用，因此機(jī)組停機(jī)時(shí)可切斷主軸密封供水（壓力水、潤(rùn)滑水）。由于密封座可軸向移動(dòng)，因此在其上部彈簧的作用下，即使密封環(huán)發(fā)生磨損，抗磨板與密封環(huán)間的水膜厚度能基本保持不變。在密封環(huán)上沿圓周方向裝有均勻分布的2個(gè)溫度傳感器，以適時(shí)監(jiān)控主軸密封的溫度，從而對(duì)主軸密封系統(tǒng)起到保護(hù)作用。當(dāng)主軸密封溫度因故升至35℃時(shí)發(fā)出一級(jí)報(bào)警信號(hào)，當(dāng)溫度繼續(xù)升到42℃時(shí)動(dòng)作于緊急停機(jī)，避免溫度繼續(xù)升高而加速燒損密封。
　　2　主軸密封的供水
　　彭水水電站主軸密封供水的基本原理是在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)投入，停機(jī)后停止。主軸密封用水取自機(jī)組技術(shù)供水，供水管路中設(shè)有減壓設(shè)備、濾水器。為了保證供水水質(zhì)，每臺(tái)機(jī)組的供水管路上裝設(shè)了兩級(jí)水過濾裝置。級(jí)為粗過濾，它由互為備用的固定式濾水器組成。每臺(tái)濾水器裝有一個(gè)差壓開關(guān)，當(dāng)工作濾水器堵塞時(shí)，壓差傳感器便自動(dòng)關(guān)閉其進(jìn)水電動(dòng)閥，同時(shí)打開備用濾水器進(jìn)水電動(dòng)閥，并發(fā)報(bào)警給監(jiān)控室，以便及時(shí)通知檢修維護(hù)人員對(duì)其進(jìn)行檢查、清洗和維護(hù)。每臺(tái)濾水器底部裝設(shè)一排污管，可定期手動(dòng)排放濾水器中的堵塞物。第二級(jí)為精過濾，由兩個(gè)并聯(lián)同時(shí)運(yùn)行的圓錐形水力旋流器實(shí)現(xiàn)，該水力旋流器具有進(jìn)一步的除沙與減壓作用。水力旋流器排污口Z初與主軸密封活動(dòng)環(huán)外側(cè)的水腔相同，后改至尾水。在供水管路中還裝設(shè)有節(jié)流片，用以調(diào)整主軸密封供水流量及壓力。
　　由于主軸密封對(duì)其冷卻水的流量、水質(zhì)與壓力有較高的要求，因此在主軸密封供水管路系統(tǒng)中安裝有多個(gè)流量傳感器、壓力表、壓力傳感器、水溫表，以便適時(shí)監(jiān)控和現(xiàn)地觀察供水情況。正常情況下，供給主軸密封冷卻潤(rùn)滑水流量為18m3/h，Z少不得低于12.0m3/h，其正常水壓為0.45MPa，不能低于0.35MPa（尾水壓力為0.2MPa）。當(dāng)上述兩參數(shù)中任一值低于設(shè)定下限值時(shí)，相應(yīng)傳感器便發(fā)出報(bào)警信號(hào)并作用于停機(jī)。
　　3　主軸密封安裝主要技術(shù)要求
　　主軸密封的安裝質(zhì)量直接影響到其工作的可靠性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性，因此它有嚴(yán)格裝配技術(shù)要求，以下對(duì)對(duì)其主要部件的安裝要求加以說明。
　　首先是抗磨板的安裝。抗磨板由四瓣組合而成，在安裝前需將主軸下法蘭端面進(jìn)行徹底清掃，清掃完成后，將分瓣抗磨板按廠家廠內(nèi)預(yù)裝完成標(biāo)記編號(hào)逐塊進(jìn)行安裝，各分瓣抗磨板安裝組合好后必須用框式水平儀（精度為0.02mm/m）測(cè)量抗磨板的水平波浪度，要求此值不大于0.10mm，否則必須采用加墊或修磨的方法將水平波浪度調(diào)整至設(shè)計(jì)范圍，且務(wù)必要保證在抗磨板組合時(shí)各螺栓緊固力的扭矩保持相同，以使主軸密封系統(tǒng)投入生產(chǎn)運(yùn)行后長(zhǎng)期、穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
　其次是密封環(huán)的安裝。密封環(huán)由四瓣組合而成，需事先預(yù)裝在密封活動(dòng)環(huán)內(nèi)調(diào)整、檢查各組合面的間隙，要求間隙不大于0.02mm。隨后測(cè)量密封環(huán)表面的水平波浪度，如果該值超過0.02mm，則必須重新組裝，不可對(duì)密封環(huán)密封面進(jìn)行修磨，待密封環(huán)在密封座活動(dòng)環(huán)內(nèi)預(yù)裝調(diào)整檢查合格后，用涂抹好定位膠的螺栓將密封環(huán)安裝固定在密封活動(dòng)環(huán)內(nèi)。
　　將已安裝好密封環(huán)的密封座圍水輪機(jī)軸組合成整體，將其吊裝至表面已涂抹好紅丹的抗磨板上（抗磨板涂抹紅丹需均勻，不宜太多、太厚），通過機(jī)組盤車檢查抗磨板與密封環(huán)的密封面接觸情況是否良好。裝配全部完成后，須在充滿尾水及供給冷卻潤(rùn)滑水的情況下，測(cè)量供水流量及密封環(huán)活動(dòng)環(huán)被頂起高度。要求頂起高度應(yīng)大于0.05mm，且在各方向上要均勻（用0.05mm塞尺沿密封面劃動(dòng)一圈）。另外，在整個(gè)安裝過程中，對(duì)各把合螺栓需按廠家設(shè)計(jì)要求力矩進(jìn)行緊固。實(shí)際安裝時(shí)，如果因條件限制導(dǎo)致水平波浪度超標(biāo)，在偏差不大時(shí)可在裝配好后讓機(jī)組低速旋轉(zhuǎn)一定時(shí)間，讓密封環(huán)與抗磨板進(jìn)行自動(dòng)磨合，經(jīng)過對(duì)幾臺(tái)機(jī)組主軸密封的安裝經(jīng)歷，證明此效果較好。
　　4　結(jié)束語(yǔ)
　　水輪機(jī)主軸密封是保證機(jī)組和電廠安全運(yùn)轉(zhuǎn)的重要裝置，起機(jī)組固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的封水作用，它應(yīng)具備良好的密封性、耐磨性、可靠性，而且結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單。經(jīng)過對(duì)彭水電站五臺(tái)機(jī)組水輪機(jī)主軸密封的安裝，上述安裝工藝已滿足了上述性能要求。