五一桥水电站1号机组主轴密封改造

五一桥水电站1号机组主轴密封改造
发布时间：2021-04-19T12:00:32.460Z 来源：《中国电业》2021年2期作者：刘成荣[导读] 五一桥水电站由三台44MW立式混流式水轮发电机组和两台2.5MW 刘成荣
（四川中铁能源五一桥水电有限公司，四川九龙乃渠乡 626200）摘要：五一桥水电站由三台44MW立式混流式水轮发电机组和两台2.5MW卧式混流式水轮发电机组组成，总装机为137MW。

本文介绍五一桥水电站1号机组主轴密封改造设计思路及改造后出现问题的处理办法，希望在同行中能给类似结构的主轴密封漏水情况处理提供方法和参考。

关键词：五一桥水电站；主轴密封；封水橡胶板；密封转环一、概述
水轮机主轴密封是转动大轴与固定件之间的密封装置，分为检修密封和工作密封，为了保证水轮机水导轴承的正常工作，必须在导轴承下方装设密封，以防止压力水从大轴和顶盖之间渗入，淹没水导轴承、基坑，影响机组正常运行。

主轴密封是水轮机的一道保护装置，密封的好坏直接关系到机组的安全稳定运行。

五一桥三台机组主轴密封自投运以来，一直存在漏水大，转轮室的压力水通过转动油盆（运动件）与主轴密封（静止件）的间隙渗漏出来，飞溅到转动油盆与水导轴瓦的间隙进入油盆内,造成油池进水。

水导油盆进水后引起油质乳化,轴瓦润滑变差,油温异常,严重时引起烧瓦、停机，水导轴承长期浸泡在水中会使水导轴承钢结构锈蚀，水中的泥沙会对水导轴承瓦及轴领造成损伤，影响水导轴承的使用寿命。

长期以来为确保机组安全稳定运行，运维人员需不定期通过对水导轴承进行排水加油的方式来置换乳化的透平油，以满足水导轴承运行要求，给运维人员增加了工作量和带来极大的压力，机组安全稳定的运行也存在一定的安全隐患。

为此需对机组主轴密封进行改造，以提高机组的安全性能。

二、主轴密封改造
2.1原设计主轴密封分析
五一桥电站原设计主轴密封采用的是不接触反螺旋式主轴密封，如图1所示。

停机密封为空气围带结构，空气围带材料为橡胶I-3。

上密封座内安装带反螺旋结构的巴氏合金密封环。

机组运行时，水从转动油盆与主轴密封座的间隙流出，从密封座上部的排水管排走。

密封座排水腔上部有一个“L”型密封条，防止水上窜到转动油盆中。

这套密封系统在实际运行中，存在以下问题：1、五一桥电站额定水头为202.5m，机组运行时顶盖压力为0.2MPa-0.5MPa之间，由于主轴密封的反螺旋纹深度不足，产生的水推力不足以克服水的压力，机组运行的时间越长，漏水就会越明显。

2、旋转油盆直径大（1.1米）、转速高（500r/min），通过计算线速度28.8m/s(V=πD n/60)。

现使用L形密封的材料不能抵抗这样的线速度，磨损很快，不能对水进行很好的密封。

针对此套主轴密封所存在的问题于2016年利用1号机组A修的机会对主轴密封进行改造。

2.2、改造方案
结合五一桥主轴密封存在的问题，此次改造主要从主轴密封的两个方面进行改造。

1、加装主轴密封封水装置
取消原不耐磨的L密封，在L型密封安装位置上加装一套封水装置。

封水装置由密封转环，封水橡胶板和外密封罩组成，如下图2所示。

封水橡胶板用压板安装于主轴密封座上，密封转环用螺栓把合在主轴上，并用紧定螺钉顶紧。

外密封罩安装在主轴密封座上部，将密封转环罩在内部，转环与橡胶板间的渗漏水通过外密封罩上的排水管排到渗漏集水井。

此装置的功能是：通过转动油盆与主轴密封座之间的有压渗漏水大部分从密封座上的排水管排走，当排水管排水不畅时上升渗漏水到封水橡胶板处，有压水会将橡胶板向上抬，使橡胶板与密封转环形成接触式密封，（同时橡胶板与转环间会有渗漏水，可起到有效的润滑作用）渗漏水从外密封罩排水管排出。

在外密封罩顶部设置有一道耐磨密封条，可阻止渗漏水顺着密封罩与主轴的间隙进入到轴承的转动油盆中。

此方案中，封水橡胶板采用丁晴橡胶板，既耐磨损，又有一定的柔韧性，在有压水的作用下可上抬与密封转环接触摩擦，形成接触式密封。

密封转环采用Q235B钢板焊接后加工，下发兰面与橡胶板摩擦部分堆焊不锈钢0Cr13Ni4Mo。

外密封罩采用钢板Q235B组焊后加工。

顶部密封条采用10mm耐磨丁晴橡胶园条。

2、主轴密封座巴氏合金反螺纹槽加深。

原密封槽深度为2.6mm，为增加减压效果，密封座改造时，密封槽加深到3mm。

三、改造后的漏水情况及原因分析
主轴密封改造后于2016年6月2日正式投入运行，在经过20天的运行后发现1号机组水导轴承有进水现象，虽说进水量较改造前有有明显减少，但未能达到主轴密封改造预期要求。

结合改造设计原理进行分析，初步分析主要有以下三方面原因： 1、封水橡胶板抗磨性能不能满足要求：
封水装置在正常运行过程中，密封橡胶板在水压的作用下向上抬与密封转环形成接触式密封从而达到封水的效果。

由于旋转油盆线速度较大及漏水含有大量泥沙加剧了密封橡胶板磨损，使封水装置失效。

此次技改厂家采用丁晴橡胶的抗磨性无法满足封水装置的需求，需选用抗磨性更高、韧性较好的材料作为封水橡胶板。

2、密封转环与橡胶板安装间隙过大
在密封转环与密封橡胶板安装过程中，两者之间的安装间隙是安装过程中的重要参数。

间隙过小，漏水无法进入转环与橡胶板之间形成有效的润滑，容易造成干磨并损坏；间隙过大，密封转环与封水橡胶板无法接触或接触面小，无法达到封水效果。

在设计时应根据选取材料的韧性及漏水压力等因素综合来选取转环与橡胶板之间的安装尺寸，满足橡胶板的使用寿命。

3、密封橡胶板的厚度选用不当
封水橡胶板是通过渗漏水的压力，使橡胶板与密封转环形成接触，从而达到密封效果，若封水橡胶板的厚度过大，会降低橡胶板的韧性，使橡胶板无法向上抬与密封转环形成有效接触；若厚度偏小，则会降低密封橡胶板的使用寿命。

应根据密封橡胶板的材质及渗漏的水压等因素来选取橡胶板的厚度。

四、处理方法
针对改造厂家在此次改造过程中对封水橡胶板材质、厚度及安装间隙上存在设计上的失误，为确保此次改造工作的顺利完成，经五一桥电站专业人员及改造方设计人员协商决定采取以下处理方法。

1、改造厂家经询问几家高分子材料研究机构，决定封水橡胶板材质选用氟橡胶，其抗磨性能是丁晴橡胶的5倍以上，其强度也高于丁晴橡胶。

2、封水橡胶板的厚度由原来12mm改为8mm，以提高封水橡胶板的韧性，使橡胶板在水压的作用下更容易与密封转环形成接触，达到封水的效果。

3、将封水橡胶板与密封转环的安装间隙由原来1.5mm改为1mm。

五、改造后的效果
改造前，2015年1号机组的运行时间共计为3573小时，运维人员对1号机组水导轴承加油置换，年度累计加油量为720Kg（加油量根据机组负荷不同而不同），汛后1号机组C修对水导轴承透平油进行更换约340Kg。

2015年1号机组水导轴承共计油耗为1060Kg，直接损失1.76万元（按每吨1.66万元的价格来计算）。

其中720Kg的透平油以平均每天近2Kg的速度进入的河道，对当地的水环境造成一定的影响。

2016年11月12日利用1号机组D修的机会再次对主轴密封进行处理，于2016年11月14日1号机组投入运行，截止2017年8月31日1号机组运行时间共计3048小时，水导轴承未发现有进水现象，运维人员也未对1号机组水导轴承添加过透平油，水导轴承运行正常，1号机组主轴密封改造达到预期效果。

改造后的主轴密封不需运维人员对轴承进行排水加油操作，减轻了运维人员的工作强度；降低了机组的油耗节约了生产成本；提高了机组安全稳定运行的可靠性；同时阻止了水导轴承透平油进入河道，未对当地的水环境造成影响，满足环护的要求。

六、结束语
此次1号机组主轴密封的改造经过五一桥电站专业人员及改造厂家共同努力下，基本上解决了水导轴承进水这个长期困扰五一桥电站的难题，提高设备的可靠性。

但还需进一步验证氟橡胶封水橡胶板的使用寿命，以便定期更换封水橡胶板以满足机组安全稳定运行的要求。

参考文献：
【1】五一桥主轴密封改造方案；昆明再能发电设备有限公司。

作者介绍
刘成荣（1982-），男，福建省南平人，工程师，从事电力生产工作。