彭水水电站ALSTOM机组主轴密封浅析.doc

彭水水电站ALSTOM机组主轴密封浅析
刘博学
(水电八局机电制造安装分局 湖南 长沙410007)

摘 要: 主要介绍彭水水电站ALSTOM机组水轮机主轴密封的结构、工作原理及主要安装工艺的技术要求
关键词: ALSTOM机组 主轴密封 结构 工作原理 安装工艺要求

3

彭水水电站位于重庆市彭水县的乌江上游，是乌江干流水电开发的第10个梯级。坝址距彭水县城上游11公里，距乌江河口涪陵市约147公里，至重庆直线距离约170公里。工程以发电为主，兼顾航运、防洪及其它综合利用，等级为I等；彭水水电站地下厂房安装5台（5×350MW）HLF169A0 – LJ – 768水轮机，机组额定水头67m，机组额定转速为85.71rpm，最高飞逸转速为167.0rpm，电站为引水式地下厂房。
1 主轴密封的结构与工作原理
主轴密封一般包括检修密封和工作密封两部分，本文在无特别说明时则指工作密封。彭水水电站ALSTOM机组水轮机主轴密封位于水轮机主轴下法兰端面处水导轴承下方由顶盖支撑，密封形式为弹簧复位式流体静压平衡径向机械密封，其作用是有效地阻挡从主轴与顶盖之间的间隙（检修密封间隙）上溢的水流，防止水导轴承及顶盖被淹。它的主要组成部件包括抗磨板、密封环、密封座、大水箱及其它供排水管与保护装置等，具体结构见图1.其核心部件密封环由八瓣组合而成，材质采用具有较强抗磨性能较好的耐磨树脂（CESTIDUR）制作而成，当它在机组运行中被烧坏时与炭精块那样马上崩裂造成事故扩大不同，且其具有可修复性。密封座密封环密封面的可磨损量达13mm，一般磨损量达到10mm时就需要将其更换。
其工作原理是：机组开机运行时，压力大于下游来水压力与密封座弹簧压力之和的冷却润滑水通过金属软管送入密封环内腔，流经密封环内、外环，在密封环与抗磨环结合面之间形成一层水膜，水膜厚度设计为0.03～0.08mm，该水膜不仅起止水、润滑与冷却作用，而且还将旋转抗磨板与静止密封环分开，使它们不发生直接摩擦，从而达到减少密封环磨损量的目的。流经外环的润滑水直接排至尾水管以封堵尾水，流经内环的润滑水则溢流至密封座上部水箱中，然后通过管径分别为φ140mm、φ219mm的排水管自流至厂内集水井（φ140mm排水管为紧急排水管，即主轴密封漏水量过大时自流水将从此管通过）。机组处于停机状态时，依靠装置中均匀分布在密封座上的8个不锈钢弹簧弹力的作用，将密封环紧压在抗磨板上起密封止水作用，因此机组停机时可切断主轴密封供水（压力水、润滑水）。由于密封座可轴向移动，因此在其上部弹簧的作用下，即使密封环发生磨损，抗磨板与密封环间的水膜厚度能基本保持不变。在密封环上沿圆周方向装有均匀分布的2个温度传感器，以适时监控主轴密封的温度，从而对主轴密封系统起到保护作用。当主轴密封温度因故升至35℃时发出一级报警信号，当温度继续升到42℃时动作于紧急停机，避免温度继续升高而加速烧损密封。

2 主轴密封的供水
彭水水电站主轴密封供水的基本原理是在机组启动运行时投入，停机后停止。主轴密封用水取自机组技术供水，供水管路中设有减压设备、滤水器。为了保证供水水质，每台机组的供水管路上装设了两级水过滤装置。第一级为粗过滤，它由互为备用的固定式滤水器组成。每台滤水器装有一个差压开关，当工作滤水器堵塞时，压差传感器便自动关闭其进水电动阀，同时打开备用滤水器进水电动阀，并发报警给监控室，以便及时通知检修维护人员对其进行检查、清洗和维护。每台滤水器底部装设一排污管，可定期手动排放滤水器中的堵塞物。第二级为精过滤，由两个并联同时运行的圆锥形水力旋流器实现，该水力旋流器具有进一步的除沙与减压作用。水力旋流器排污口最初与主轴密封活动环外侧的水腔相同，后改至尾水。在供水管路中还装设有节流片，用以调整主轴密封供水流量及压力。
由于主轴密封对其冷却水的流量、水质与压力有较高的要求，因此在主轴密封供水管路系统中安装有多个流量传感器、压力表、压力传感器、水温表，以便适时监控和现地观察供水情况。正常情况下，供给主轴密封冷却润滑水流量为18m3/h，最少不得低于12.0m3/h，其正常水压为0.45MPa，不能低于0.35MPa（尾水压力为0.2MPa）。当上述两参数中任一值低于设定下限值时，相应传感器便发出报警信号并作用于停机。
3 主轴密封安装主要技术要求
主轴密封的安装质量直接影响到其工作的可靠性与长期稳定性，因此它有严格装配技术要求，以下对对其主要部件的安装要求加以说明。
首先是抗磨板的安装。抗磨板由四瓣组合而成，在安装前需将主轴下法兰端面进行彻底清扫，清扫完成后，将分瓣抗磨板按厂家厂内预装完成标记编号逐块进行安装，各分瓣抗磨板安装组合好后必须用框式水平仪（精度为0.02mm/m）测量抗磨板的水平波浪度，要求此值不大于0.10mm，否则必须采用加垫或修磨的方法将水平波浪度调整至设计范围，且务必要保证在抗磨板组合时各螺栓紧固力的扭矩保持相同，以使主轴密封系统投入生产运行后长期、稳定可靠运行。
其次是密封环的安装。密封环由四瓣组合而成，需事先预装在密封活动环内调整、检查各组合面的间隙，要求间隙不大于0.02mm。随后测量密封环表面的水平波浪度，如果该值超过0.02mm，则必须重新组装，不可对密封环密封面进行修磨，待密封环在密封座活动环内预装调整检查合格后，用涂抹好定位胶的螺栓将密封环安装固定在密封活动环内。
将已安装好密封环的密封座围水轮机轴组合成整体，将其吊装至表面已涂抹好红丹的抗磨板上（抗磨板涂抹红丹需均匀，不宜太多、太厚），通过机组盘车检查抗磨板与密封环的密封面接触情况是否良好。装配全部完成后，须在充满尾水及供给冷却润滑水的情况下，测量供水流量及密封环活动环被顶起高度。要求顶起高度应大于0.05mm，且在各方向上要均匀（用0.05mm塞尺沿密封面划动一圈）。另外，在整个安装过程中，对各把合螺栓需按厂家设计要求力矩进行紧固。实际安装时，如果因条件限制导致水平波浪度超标，在偏差不大时可在装配好后让机组低速旋转一定时间，让密封环与抗磨板进行自动磨合，经过对几台机组主轴密封的安装经历，证明此效果较好。
4 结束语
水轮机主轴密封是保证机组和电厂安全运转的重要装置，起机组固定部件与转动部件之间的封水作用，它应具备良好的密封性、耐磨性、可靠性，而且结构相对简单。经过对彭水电站五台机组水轮机主轴密封的安装，上述安装工艺已满足了上述性能要求。
[作者简介]：刘博学，男，助理工程师，主要从事水电站机电设备安装管理工作
[通讯地址]： 409612
重庆市彭水县万足乡 中国水电八局机电制造安装分局彭水项目部
[写稿日期]： 2009-04-29