碗米坡混流式机组水轮机主轴密封改造
水轮机主轴密封技术及改造设计研究
水轮机主轴密封技术及改造设计研究发布时间：2022-08-08T06:14:41.135Z 来源：《科技新时代》2022年8期作者：张加德[导读] 在水轮机主轴密封过程中，相关部门应利用恰当的密封技术来改进内部运行状态，针对主轴密封可能产生的实际问题而言，要对该项装置进行合理观察，并透过适当的设计改造来强化水轮机主轴密封状态，提升其整体密封质量。
宁波溪口抽水蓄能电站有限公司 315502摘要：本文将详细介绍水轮机主轴密封技术的主要内容，通过专业的调查与研究，精准找出水轮机主轴密封现状，并根据其生成的问题，提出五项优化水轮机主轴密封技术的设计改造措施，其措施内容包含增设主轴密封块、优化阀杆结构、控制主轴密封装置内部裂缝、强化主轴密封装置应用质量的监督及增设水温测量装置等，从而有效增强水轮机主轴密封技术的应用效果。
关键词：主轴密封块；设计改造；水轮机引言：在水轮机主轴密封过程中，相关部门应利用恰当的密封技术来改进内部运行状态，针对主轴密封可能产生的实际问题而言，要对该项装置进行合理观察，并透过适当的设计改造来强化水轮机主轴密封状态，提升其整体密封质量。
1水轮机主轴密封技术的主要内容1.1端面密封在控制水电站的具体运行时，若想增强水轮机主轴密封效果，要合理应用主轴密封技术，透过对该技术的使用来规范水轮机内部运行的各项内容。
比如，在当前存有的主轴密封技术内，其含有端面密封，主轴端面密封多包含水压式与机械式两种形态。
在目前水轮机内部的主轴密封技术中，相关人员多选择机械式密封，该项密封多借助弹簧弹力来托起橡胶块圆盘，并将该类圆盘放置在主轴内的不锈钢环体内，在该项举措的影响下，全面增强主轴端面的密封效果。
在固定橡胶密封环体的过程中，技术人员应适时探究该项密封状态的应用过程，对端面密封形态进行恰当研究，有效加强主轴密封质量。
相关部门还要及时发现机械端面密封的应用优势，即该类密封的内部构造较简单，对其开展的定期调整与维护将变得更为便宜，有效加强密封状态的稳定度，改善主轴端面的密封效果。
水电站水轮机主轴密封改进的实例分析
首先将尼龙块改为 A 型耐磨橡胶活塞环。A 型 耐磨橡胶活塞环结构是在底部中间开有 ! 个! 8 ** 对称的通孔，用于润滑水通道。A 型橡胶活塞环在 有足够的冷却与水润滑的情况下，具有良好的耐磨 性，克服了尼龙块因磨损形成不规则沟痕而降低密 ・ 0/ ・
某水电站装有 $ 台 #/ 67机组，于 #&’& 年 #" 月和 #&8" 年 $ 月 相 继 投 产 发 电。水 轮 机 型 号 为 额定转速为 9:!##—:;—!!/，额定功率为 #/ 67， . 设计流量为 .83/ * = ?。 !#$3. < = *,>， # 号机组水轮机 采用水导橡胶轴承，主轴工作密封为橡胶填料密封 结构，!、.、$ 号机组水轮机采用筒式稀油润滑轴 承，主轴工作密封为端面密封结构。该厂在投产初 期（#&8! 年及 #&8. 年）发生过水封严重磨损而被 迫停机临时抢修的情况，因此每次更换主轴工作密 封不但需要分解水导轴承、更换时间长、工作量 大，而且会造成非计划停机而大量弃水。针对这种 情况，电站技术人员不断改进了水轮机主轴密封结 构和工艺，保证了水轮机主轴密封运行稳定。
运行与维护 封性能的缺点。! 型橡胶活塞环高度为"" ##， 允许 能够满足 & 个大修周期使用寿命。 磨损量为$% ##， ! 型橡胶活塞环下部充水槽截面形状是燕尾形，可 在工作水压的作用下自行张开紧贴在密封槽两侧， 而且运行中上下浮动也很灵活，提高了密封的可靠 性。! 型橡胶活塞环的冷却水压力沿密封槽周围分 布均匀，克服了由于弹簧失效的影响，即使在冷却 水不充分或短时断水时也能正常工作，顶盖水压从 图 &“’”处也能挤入 ! 型橡胶活塞环内侧到达 ! 型槽底部作冷却水。同时，将密封座改造为 ! 型 槽（材料 ($)* 钢） ， ! 型橡胶活塞环装在 ! 型槽 内，密封座底部开有对称孔，并通以一定压力的清 洁水。 在投入运行前应检查 ! 型橡胶活塞环的上浮 性能，确定将密封 ! 型橡胶活塞环放入 ! 型槽密 封座中，然后在底部通以压力为 &+) ,-. 的清洁水 使 ! 型橡胶活塞环上浮。之后检查 ! 型橡胶活塞 环密封性，将抗磨环放在 ! 型橡胶活塞环上，观 察其上浮压力是否满足要求，试验时接入压力为 &+) ,-.清洁水，保证其密封性良好。
碗米坡水电厂机组主轴密封磨损原因分析及治理
碗米坡水电厂机组主轴密封磨损原因分析及治理摘要：水轮机主轴密封装置运行不可靠是目前国内水电厂存在的较为普遍问题，碗米坡水电厂经过分析研究和改造优化彻底解决了该设备难题，为提高了电厂的发电设备等效可用系数，实现良好的发电效益提供了保证。
关键词：水电机组、主轴密封、磨损、治理1、概述1.1碗米坡水电厂位于湖南沅水支流酉水的中游，湘西土家族苗族自治州保靖县境内。
电站安装3台80MW机组，总装机容量240MW，1＃～3＃机组分别于2004年2月、5月和8月投产，设计年利用小时数3300h，多年设计平均发电量7.92亿kW·h。
碗米坡水电厂水轮发电机主要参数：1.2碗米坡水力发电厂采用东芝水电公司生产的3台混流式水轮机，主轴密封结构主密封为“H”型橡胶密封，顶部辅助密封为平板密封，其“H”型密封为耐油耐磨橡胶，固定在凹槽结构内组成环形密封圈，利用压力清洁水在密封上下腔形成水压差，使密封圈与连接在主轴上的不锈钢抗磨环形成密封状态，起到止水密封作用。
1.3“H”型橡胶端面密封装置的特点是：橡胶密封静止，抗磨环随大轴转动。
自2004年2月投产以来，主轴密封供水水压存在不稳定现象，尤其在机组负荷大范围变化及汛期尾水位发生变化时，由于压力波动导致密封与抗磨环密封状态接触程度及运行工况发生改变，密封装置与抗磨环磨损加剧，甚至有时散发出烧焦的橡胶臭味，经解体检查此种状况密封基本已损坏，甚至出现断裂现象，特别是2008年，2#机组因此发生了因主轴密封磨损导致非计划停运事件。
（图一主轴密封结构图）（1.抗磨环 2.端面密封 3.密封支座 4.内六角紧定螺栓 5.水封压盖 6.平板密封7.托板8.调整垫9.平板密封压板10.平板密封坐环）2、主轴密封磨损原因分析从实际运行经验上看，我厂主轴密封在设计上存在以下不合理因素：2.1主轴密封排水孔偏少，造成润滑水排水不畅导致主轴密封与抗磨板之间不能充分润滑；主轴密封的上部是技术供水水压，下部与转轮室相连，压力与转轮室压力一致，一般情况下技术供水压力按原设计压力0.15~0.3MPa运行，“H”型橡胶密封在技术供水压力、转轮室压力以及自身重力三者共同因素下保持平衡，且与抗磨环结合进行密封。
碗米坡水电厂机组水机保护功能完善
碗米坡水电厂机组水机保护功能完善碗米坡电厂位于沅水支流酉水中游，湖南省湘西土家族苗族自治州保靖县境内，电站装机3台单机容量80MW的混流式水轮发电机组，总装机容量240MW，保证出力18.6MW，设计年发电量7.92亿千瓦时，年利用小时数3300小时。
电厂以二回220kV出线一级电压接入湖南电网，接入点为距本站17KM的保靖岩人坡变电站。
电气主接线为发电机变压器组单元接线、三进二出单母线接线形式。
坝后式厂房结构，厂坝之间布置有上游副厂房和220kVGIS开关站。
一、设备现状碗米坡电厂水轮发电机组水机保护分为紧急事故停机（不落进水口快速闸门）和严重事故停机（落下进水口快速闸门）。
根据GB/T11805-2008《水轮发电机组自动化元件（装置）及其系统基本技术条件》相关要求，对于机组非电量保护、水机一级过速保护需启动机组紧急事故停机；而根据国家电监会【电监安全】2号文《关于吸取俄罗斯萨扬水电站事故教训进一步加强水电站安全监督管理的意见》，以及为满足水电厂无人值班相关要求，对于机组事故低油位保护，则应启动严重事故停机。
以保证在水轮发电机组在各种极端情况下，水机保护能迅速、有效、可靠动作，切断水轮机组原动力，防止事故的扩大化，保障主设备安全。
碗米坡水电厂机组各水机保护回路中所采用的传感器及测量元件工作环境通常较差，自动化元器件运行可靠性不高，常存在误动可能。
部分水机保护动作逻辑设计简单，采取单个元件动作即出口停机的设计，存在较大的不安全隐患，极易造成机组非停，不能真正发挥水机保护的作用。
改造前机组水机保护存在如下问题：1、机组冷却水中断保护：发电机空冷器冷却水中断、下导及推力油冷器冷却水中断、水导油冷器冷却水中断三者任一条件满足，即延时30S发出“发电机冷却水中断”信号，并出口停机。
因判断逻辑过于简单，极易误动引起停机。
2、机组主轴密封水中断保护：未设计；3、发电机定子温度过高、轴瓦温度过高停机保护：机组下导轴瓦温度上上限、推力轴瓦温度上上限、水导轴瓦温度上上限、定子线圈温度上上限、定子铁芯温度上上限任一测点动作，即延时5S发“轴承温度过高”信号，并出口停机。
关于水轮发电机组主轴密封的技术改造
关于水轮发电机组主轴密封的技术改造摘要：本文以奎屯河一号水电站密封系统为研究对象，针对一号站机组的特点，主要研究了机组的主轴密封系统和水导密封系统的技术改造，并对两种密封进行了详细讲解阐述：详细介绍了技改的原因、技改的过程、技改的结果以及技改完成前后的各项对比并且分析了技改完成的产生的缺陷及今后继续技改的方向。
关键字：技术改造主轴密封水导密封检修维护一.简介：奎屯河位于天山北麓，发源于乌苏市境内的依连哈比尔尕山，流经乌苏、独山子、奎屯等地与四棵树河汇合。
目前奎屯河已建成并运行发电的水电站有：奎屯河三级水电站、奎屯河六级水电站、奎屯河七级水电站、奎屯河九级水电站、奎屯河十级水电站、奎屯河一号水电站、奎屯河二号水电站、奎屯河三号水电站等，目前规划在建的水电站有奎屯河一级水电站、奎屯河二级水电站。
因奎屯河属于季节性河流，其中七八九月为丰水期，其水量能保证各站满负荷运行，又因奎屯河河水含沙量大，各站沉砂池正常投入运行不能彻底排沙，水流带着巨大的势能冲击过流部件会造成机组各过流部件、密封系统磨损加速，日常可切换机组运行，检修问题机组，丰水期期间停机检修往往会造成巨大的发电量损失。
其中一号水电站隶属于新疆锦龙电力集团奎屯水电分公司，位于312国道乌苏大桥西侧。
共有三台卧式贯流式水轮发电机组（水导轴承位于压力管内部）机组额定水头12米、额定转速300r/min、额定功率1330KW、额定流量12.14m³/s。
本文以一号站为例，主要讲述了主轴密封和水导密封技改的原因、改造的原理过程以及改造的结果和今后技改的方向，并对两种密封进行了详细讲解阐述。
二．技改的原因针对一号站来说机组密封系统的密封性、完好性往往会成为这一年度丰水期发电量的关键因素，而丰水期的发电量基本决定了本年度的发电量，是决定能否能完成本年度发电任务的关键因素。
一号站密封系统主要有两方面：机组的主轴密封和水导密封两大块。
主轴密封的主要作用:机组运行时会产生少量漏水，这些漏水会沿着主轴与固定部件之间的间隙流出压力管，妨碍其他设备的正常运行，因此必须在主轴上设置止漏密封装置。
水轮机主轴密封抗磨环水平调整方法浅析
28第41卷第1期2018年1月水电姑机电技米Mechanical & Electrical Technique of Hydropower StationVoL41 No.lJan.2018水轮机主轴密封抗磨环水平调整方法浅析罗前林，刘腾彬，陶吉全，黄雄,越世昊(中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌443002)摘要:葛洲坝电站水轮发电机组改造增容中，将机组主轴密封由原双层平板橡肢密封结构改为自补偿型轴向端面 密封结构。
现密封结构中抗磨环安装水平的精度直接影响工作密封运行效果，加之轴流转浆式机组设备结构的复杂 性，使抗磨环的水平调整成了主轴密封安装过程中最重要的一个环节。
本文对比了改造后主轴密封抗磨环调平的几 种常见方法，总结出基于盘车测量和调整抗磨环水平的方法,并在葛洲坝机组改造增容工作中成功应用，为其他水 轮发电机组类似结构主轴密封改造提供参考。
关键词:水轮发电机组;主轴密封;抗磨环;水平调整中图分类号:TK730.325 文献标识码:B文章编号:1672-5387(2018)1-0028-03D O I：10.13599/ki.l1-5130.2018.1.0071引言葛洲坝电站自_以来其水轮发电机组已稳定 运行30余年，机组的部分主要部件已出现老化，影 响机组安全稳定运行;随着三峡电站全面投产，汛期 三峡机组满负荷发电同时葛洲坝机组被迫弃水，降 低了水利资源合理利用率，影响经济效益。
鉴于以上 原因,葛洲坝电站自2013年开始实施水轮发电机组 改造增容工作。
葛洲坝电站水轮发电机组改造増容 包括主轴密封改造，由双层橡胶平板密封结构改为 自补偿型轴向端面密封。
改造后机组主轴密封为自补偿型轴向端面密封 结构，如图1所示。
机组运行时，压力为0.15-025 MPa 的清洁水通过供水环管进入浮动环与密封圈，在密 封圈与抗磨环间形成大于此处江水压力的有压水 腔，将浮动环顶起，在密封圈与抗磨环间形成0.05~0.10mm厚水膜，达到阻止江水进人水箱的效 果。
水轮机主轴密封技术及改造设计
水轮机主轴密封技术及改造设计水轮机是否能够安全运行，水轮机的主轴密封起决定因素，主轴密封是装在水导轴承的下面，以防止水在压力的作用下从主轴和顶盖处渗漏到机器内，水轮机主轴密封不好，将导致漏水量大，会使水导轴承被水淹，导致水轮机断电，漏电，严重威胁水电站的安全。
标签：水轮机；主轴密封；水电站前言水轮机是一种能量转换设备，水轮机通过两次能量的转换来完成其工作职能，第一次是水能转换为机械能，第二次是机械能转换为电能。
水轮机工作的动力来源是水，运行的首要条件是主轴密封，目前水轮机普遍存在启用不久后就漏水的现象，因此要对主轴密封加以研究和改造。
1 水轮机主轴密封的形式主轴密封可以分为主轴检修密封和主轴工作密封两大类。
检修密封根据密封结构形式可细分为空气围带式检修密封、机械式检修密封和抬机式检修密封。
工作密封根据密封结构形式可细分为主轴平板密封、主轴径向密封、主轴盘根密封、主轴端面密封和主轴迷宫环密封。
以下针对各种工作密封技术做介绍。
1.1 主轴平板密封主轴平板密封就是依靠橡胶板与固定在主轴上的不锈钢转环端凭借水的压力实现密封，包括单层平板密封和双层平板密封。
单层平板密封的框架比较简单，但是密封性不是很好，使用寿命也不长；双层平板密封的框架比较复杂，但是密封作用非常好，并且使用寿命比单层的要长很多。
1.2 主轴径向密封主轴径向密封是由很多个与水轮机钢扇形块形状相似的碳精块凭借弹簧的压力紧压在主轴上，达到密封效果，碳精块形成的是一层又一层的开有小排水孔的密封圈，这样少量渗漏出来的水可以通过小排水孔排出。
径向密封只适合应用在干净的水中，由于它的耐磨性能不好，维修起来又费事，所以在含杂质较多的水中不使用。
1.3 主轴盘根密封主轴盘根密封是由底封环、盘根、水封环、水封管和压盖等部件组成，实现原理是将底封环和压盖使劲扣紧后套在中间的盘根上从而达到密封效果。
1.4 主轴端面密封主轴端面密封包括机械式和水压式两种。
机械式端面密封是依靠弹簧弹力将装有圆形橡胶块的圆盘拖起，使圆形橡胶块和固定在主轴上的不锈钢转环紧紧贴合从而达到密封效果。
水电站水轮机主轴密封改进的实例分析
水电站水轮机主轴密封改进的实例分析摘要：主轴密封是水轮机的重要部件之一，故障率较高，由于受当时设计水平限制，一旦密封失效威胁机组安全运行，并可能导致水淹厂房的事故。
同时，检修工期长，工作量大，直接影响电站的发电量。
结合实例介绍了水轮机主轴密封改进后运行情况分析，取得不错的效果。
关键词：水电站；主轴密封；改进运行状况分析1 概述我厂为径流引水式多泥沙河流的水电站，安装两台2×6300kw立式混流式水轮发电机。
1976年建成发电，由于原有机组主轴密封采用尼龙端面密封，由于弹簧压力不均，锈蚀破断及托盘与密封架之间橡胶盘根的阻力，再加上泥沙堵塞和部件锈蚀，当机组负荷发生变化而引起转动部分上下窜动时，因密封架不能随着上下自由活动，而造成大量漏水，多次发生水淹水泵层，严重威胁机组的安全运行。
2 改进情况分析因此根据长时间的、多方面的试验改进，1990年我厂找到一种适用于多泥沙电站的主轴密封的结构形式，U型橡胶端面密封，通过多年的运行，我认为这种密封的特点有以下几方面：（1）端面U型橡胶密封块高150mm，宽80mm，置于高150mm的不锈钢密封槽内，在密封橡胶块底部通入0.1-0.2ＭＰ的压力清水，将密封橡胶块顶起与转环接触形成摩擦面，达到止漏作用。
该密封装置以水压取代弹簧对密封间进行调整，由于橡胶密封块富有弹性，密封性能好，在不锈钢槽内既能防止漏水，又能上下灵活移动，使得橡胶密封块在水压力的作下，在任何工况时都能与转环贴合，达到良好的止漏效果。
（2）橡胶密封块高150mm，允许磨损量可达100mm左右，因此大大延长了使用寿命和检修周期。
（3）抗磨性能好，检修、安装、更换比较方便。
（4）所用的清水可以直接不间断地进入中间空腔，保证了润滑作用。
（5）运行发现橡胶密封圈的直径应尽可能地小，以减小漏水断面和降低磨损速度。
3 结语主轴密封改进后我厂运行实践证明，这种密封适合我厂水轮发电机，能够满足运行需要。
水轮机主轴工作密封的技术改造
程，跨流域引 水集雨面积 ３ ０ ６ ｋｍ ，本流 域集 ｍ面积仅
３ ４ ７． ｋｍ： ，引水经过 多个溪流 ，引水泥沙 含量 较 多，较
为混 浊 ，水 质较 差 ，引水 有较 强的 腐蚀 性 。连 接 Ｕ 型
密 封橡 胶 环 与活 寒体 的带 孔 螺栓 为 普 通带 孔 螺 栓 ，通 水孔径仅 ０． Ｉ ｍ ，带孔 螺栓长期浸 泡水中 易受 瞒蚀和 ３］ Ｉ 结 水垢 ，运 行 时 间长 容 易堵 住 ，特 别 是当机 组 检修 或 者 停机较 长时 间时 ，进 ｛轴 工作密 封 丁作 雎力 水关 ｌ ， 才 － 】 此Ｉ Ｔ作 压 力水 静 止 水 垢 更 容 易把 带 孔 螺 栓堵 寒 ，２ Ｉ ， ｆ 俞机绀 的 皇轴 工作 密封 运 行不 到 １年 Ｉ １ ６ 个带 孔 螺 Ｉ． ・日 ｆ］ 栓就 大 部 分堵 塞 ，手轴 工 作 密封 不 能 常 工 作 。 当某
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密 封 橡 胶 坏 贴 紧 在 固 定 轴 上 的 转 动 平 板 上 而 起 到 密 封 作 用 ，其 优 点 足 密 封 性 能 好
、
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９ ０
自调 节 能
力大 、结 构 简单 。
图 ２ Ｕ型 密封 橡 胶 环
图 １ 主 轴 工 作 密封
４ ４
《 中国农村水电及电气化》 ２ ０ ． ０６６
关 键 词 水 电站 水轮 机 主 轴 工 作 密封 技 术 改 造
一
概 况
二 结 构
龙 门 滩 二 级 水 电 站 水 轮 机 主 轴 工 作 密 封 结 构
女ｌ ｌ， 由转 动 平 板 、 Ｕ 型 密 封 橡 胶 环 、 活 塞 体 ｌ 网
、
龙 门滩 ＿ 级 水 电 站 为 龙 门滩 跨 流 域 引 水 发 电 工 三 程 的 第 二 级 ，系 混 合 式 开 发 电站 ， 厂 址 化 于 福 建 省
卧式混流水轮机组主轴密封的改造
卧式混流水轮机组主轴密封的改造摘要：本文介绍水轮机主轴密封的两种形式，其中原来使用的盘根密封由于与主轴直接接触，造成主轴磨损严重，漏水较大，经常停机检修，直接影响经济效益和安全生产。
详细介绍了改造为平板密封的具体过程和改造过程中一些细节，为同类机组特别是农村小型水电站提供了借鉴意义。
关键词：水轮机主轴密封改造1.水轮机主轴密封概述水轮机主轴密封是设置在水轮机主轴与顶盖间防止漏水的密封装置，分为工作密封和检修密封两种，机组正常运行时使用的密封，称为工作密封；机组检修时使用的密封，称为检修密封。
主轴工作密封有很多形式，主要分为接触式和非接触式，接触式也分为很多种，例如：活塞式、盘根式、平板式等，本文就是主要讨论盘根式和平板式的密封装置的。
2.改造前存在的主要问题密封问题一直是困扰水电站和主机厂的一个主要问题，也是水电站日常检修的主要工作量。
我厂是一个七、八十年代投产的老旧水电站，水头49米，装有两台卧式混流机组，单机容量1600千瓦，河流泥沙含量也较多，机组设备老化严重，水轮机主轴密封更是一个老大难问题。
原来机组出厂时，水轮机主轴密封是盘根密封，经过多年使用，密封效果越来越不理想。
主要问题是主轴磨损，密封不严，漏水加大，漏水甚至窜入导轴承箱，于是盘根越压越紧，主轴磨损就越来越严重，日常检修维护频繁更换盘根，盘根也越用越多，形成恶性循环，到后来，主轴竟被磨损了10毫米以上，形成一个凹颈，机组也因此需要每年进行大修，将机组解体，把磨损严重的主轴拆下，进行修补，再上车床加工，有时修补不到位，需要几上几下车床，检修工作量很大，修补过程中如果控制不均匀，甚至造成主轴中心偏移或弯曲，直至报废，造成极大经济损失。
平时机组停机频繁，发电量大受影响，正常检修计划和安全生产也无法保证。
3.改造的具体过程和做法经过我厂领导研究并请示上级后决定，对我厂两台水轮机组主轴密封进行改造，并确定了自主完成，分步实施的原则，经过多方比较探讨和查找资料，最后决定选择改造为平板密封，如下图示：具体工作过程如下：3.1.将机组解体，由于前期盘根密封已造成主轴磨损，仍需对主轴进行一定的修补，但因改造后主轴与平板橡胶并不直接接触，因此主轴修补后的光洁度不再有严格要求，工作量明显减少。
对水轮机主轴密封的优化设计
科学技术创新2019.18水轮机是水下作业的重要机械，其一般也被广泛应用与水利水电工程的建设中，通过水轮机的正常工作不仅为相关水利水电企业带来效益，也使相关的居民用电生活得到保障。
但水轮机通常在运作过程中会便被频繁的启动与关闭，而水轮机的主轴密封构与水轮机的启动与关闭有着密切联系，而主轴的密封性故障也较多，所以对水轮机主轴的密封优化设计也亟待进行，本文对水轮机的故障现象及改进优化设计进行分析，希望为相关部门提供参考。
1基本情况某电厂装机容量3×17MW 。
最大工作水头32.5m ，最小工作水头16m ，设计水头26m 。
水轮机型号为ZZ480-LJ-330，额定流量74.5m 3/s ，额定转速214.3r/min 。
水轮机主轴密封分为停机状态密封（俗称检修密封）和运行状态密封（俗称工作密封）两种。
其中检修密封为橡胶围带式结构，工作密封为橡胶轴向平面密封。
2水轮机主轴密封的作用及工作过程通常水轮机是在水中进行作业，而其也与水的接触十分密切，所以水轮机主轴的密封十分重要。
当水轮机未进行工作时，水轮保持静止时，水轮机的工作密封腔中并没有压力产生，此时，橡胶密封块处于底部。
水轮机静止时，围带中开使接入空气当空气达到一定量度，非受限部分便会鼓起，此时鼓起部分便会充当水轮机主轴的主要密封元件，从而使水轮机主轴保持密封。
当水轮机启动时，围带与主轴是需要保持距离的，因为主轴的快速运行会使紧密接触的围带磨损。
所以在未进行水轮机启动前，应将围带中的压力进行卸压。
但应注意当围带卸压时，外围水可能进去到水轮机工作密封腔中，所以为了避免其现象发生，操作人员应开启压力清洁水通道并使其通入到工作密封室上腔，促使密封橡胶上升，并与密封环接触，从而阻断外部水的进入以起到水轮机主轴密封的作用。
另外，应当注意关闭水轮机时，应使围带进行再次充气，以使其再次与主轴紧密结合并起到水轮机静止时的主轴密封作用。
3某电厂水轮机故障现象某电厂在将三台水轮机组投入生产建设，而其中一次检修因操作人员操作不当使水轮机密封元件破损，但未能及时修复，使水轮机组在正常的进行工作时，水轮机密封室内大量进水，导致水轮机组不能够进行正常工作。
水轮机主轴密封结构漏水原因分析及改造措施
ＤＯＩ:１０ １６６１６/ｊ ｃｎｋｉ １１￣４４４６/ＴＶ ２０１９ ０１ １６水轮机主轴密封结构漏水原因分析及改造措施李㊀胜㊀方㊀超(安徽省淠史杭灌区管理总局淠东干渠管理处ꎬ安徽六安㊀２３７００９)ʌ摘㊀要ɔ㊀九里沟水电站水轮机的主轴密封漏水严重ꎬ经多次检修未能解决ꎮ本文针对减小密封漏水处理这一课题ꎬ进行现状调查ꎬ用特性要因法分析研究ꎬ找出 机坑狭小 和 盘根装拆程序不合理 两个要因ꎬ确定改造方案ꎬ将原密封结构整体上移ꎬ有效缩短密封检修处理时间ꎬ并实现不停机操作ꎬ安全效益和经济效益明显ꎬ可为类似工程提供借鉴ꎮʌ关键词ɔ㊀水轮机ꎻ主轴密封ꎻ漏水ꎻ改造中图分类号:ＴＶ７３４ １㊀㊀㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀㊀㊀文章编号:１００５￣４７７４(２０１９)０１￣０８１￣０４ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｌｅａｋａｇｅｃａｕｓｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｕｒｂｉｎｅｍａｉｎｓｈａｆｔｓｅａｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｍｅａｓｕｒｅｓＬＩＳｈｅｎｇꎬＦＡＮＧＣｈａｏ(ＡｎｈｕｉＰｉｓｈｉｈａｎｇＩｒｒｉｇａｔｉｏｎＡｒｅａＭａｎａｇｅｍｅｎｔＢｕｒｅａｕＰｉｄｏｎｇＴｒｕｎｋＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎꎬＬｉｕ ａｎ２３７００９ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＪｉｕｌｉｇｏｕＨｙｄｒｏｐｏｗｅｒＳｔａｔｉｏｎｔｕｒｂｉｎｅｈａｓｓｅｒｉｏｕｓｌｅａｋａｇｅｉｎｍａｉｎｓｈａｆｔｓｅａｌｉｎｇꎬｗｈｉｃｈｃａｎｎｏｔｂｅｓｏｌｖｅｄａｆｔｅｒｒｅｐｅａｔｅｄｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ.Ｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｓｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｔｏｐｉｃｏｆｒｅｄｕｃｉｎｇｓｅａｌｉｎｇｌｅａｋａｇｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ.Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｃａｕｓｅｍｅｔｈｏｄｉｓａｄｏｐｔｅｄｆｏｒａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｓｔｕｄｙｆｏｒｄｉｓｃｏｖｅｒｉｎｇｔｗｏｃａｕｓｅｓｏｆ ｎａｒｒｏｗｐｉｔ ａｎｄ ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅｐａｃｋｉｎｇｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎａｎｄｒｅｍｏｖａｌｐｒｏｇｒａｍ .Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｐｌａｎｉｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄꎬｔｈｅｏｒｉｇｉｎａｌｓｅａｌｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｓｍｏｖｅｄｕｐｗａｒｄｓａｓａｗｈｏｌｅꎬｔｈｅｒｅｂｙｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｓｈｏｒｔｅｎｉｎｇｔｈｅｓｅａｌｒｅｐａｉｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｔｉｍｅꎬｒｅａｌｉｚｉｎｇｎｏｎ￣ｓｔｏｐｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬａｃｈｉｅｖｉｎｇｐｒｏｍｉｎｅｎｔｓａｆｅｔｙａｎｄｅｃｏｎｏｍｉｃｂｅｎｅｆｉｔｓꎬａｎｄｐｒｏｖｉｄｉｎｇｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｓｉｍｉｌａｒｐｒｏｊｅｃｔｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｈｙｄｒａｕｌｉｃｔｕｒｂｉｎｅꎻｍａｉｎｓｈａｆｔｓｅａｌꎻｗａｔｅｒｌｅａｋａｇｅꎻｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ㊀㊀ＱＣ(ＱｕａｌｉｔｙＣｏｎｔｒｏｌ)方法在产品质量管理上已得到普遍运用ꎮ近年来ꎬ运用ＱＣ方法提高安全生产管理效率已在许多行业中开展ꎮＱＣ管理方法具有较强的科学性和规范性ꎬ可以避免粗放式的管理理念㊁方法和经验主义造成的管理效果不稳定的局面ꎮ用ＱＣ小组活动这一科学㊁有序㊁规范的方法和手段指导管理工作ꎬ可以确保安全生产状况处于受控状态ꎮ淠东干渠管理处九里沟水电站运用ＱＣ方法ꎬ优化了水轮机主轴密封结构ꎬ大大缩短了检修时间ꎬ取得了明显的经济效益和工程效益ꎮ１㊀选题背景九里沟水电站位于六安市北郊ꎬ利用淠河总干和淠东干渠的输水落差发电ꎬ装有ＪＰ５０２￣ＬＨ￣１８０水轮机三台ꎬ水轮机的主轴采用盘根密封ꎮ自运行以来ꎬ主轴密封漏水严重ꎮ由于原始设计时没有充分考虑机组结构尺寸的限制ꎬ造成难以准确地调试密封盘根ꎬ多次维１８修未能彻底解决这一问题ꎬ漏水量大时容易造成水淹泵房ꎬ严重威胁运行安全ꎮ该站决定成立ＱＣ小组ꎬ用ＱＣ方法消除这一隐患ꎮ２㊀现状调查九里沟水电站于２０１４年进行了增效扩容改造ꎮ在改造过程中ꎬ水导轴承原设计为旋转油盆巴氏合金筒瓦结构ꎬ主轴密封位于旋转油盆下方ꎮ试运行时发现ꎬ主轴密封经过一段时间运行ꎬ填料磨损ꎬ漏水量明显增大ꎬ须要压紧盘根ꎮ但由于结构尺寸的限制ꎬ压紧盘根须要先拆卸水导轴承ꎬ而水导轴承的设计不利于安装拆卸ꎬ旋转油盆盖在装拆中ꎬ操作空间仅７０ｍｍꎬ且须要盲操装拆固定螺栓ꎬ工作效率极低ꎬ一次装拆最少须要３天ꎮ同时ꎬ水导拆除后才能调整盘根ꎬ使得盘根松紧度不能带水调整ꎬ全部回装完毕后才能试车ꎬ如果太松则漏水量太大ꎬ如果太紧则很快会烧毁填料ꎬ调整不当只能重复拆装调整ꎮ２号机是先安装完成的机组ꎬ投运仅两个月ꎬ就发生过两次密封填料烧毁和一次水淹水导的事故ꎮ鉴于以上情况ꎬ该站制定了调整方案ꎬ将水导瓦从稀油润滑巴氏合金瓦改成水润滑弹性金属塑料瓦ꎬ取消旋转油盆ꎮ把更换盘根的时间从３天以上缩短到８ｈ左右ꎬ而且再也不用担心水淹水导的事故发生ꎮ通过两年的运行发现ꎬ虽然水导瓦改造后不存在水淹水导的隐患了ꎬ但每次紧固或更换主轴密封盘根时ꎬ仍然须要拆卸水导ꎬ停机处理ꎻ每次紧固盘根只需０ ５ｈꎬ拆装水导则需要５ ５ｈꎬ且盘根的松紧度调整完全凭运气ꎮ一旦因为防汛等特殊原因造成不能及时停机处理ꎬ漏水就会大幅度增加ꎬ给集水井排水带来压力ꎬ稍有不慎ꎬ就有水淹泵房的危险ꎬ形成较大安全隐患ꎮ为消除隐患ꎬ减少停机损失ꎬ降低检修工作量ꎬ节约能源ꎬ须要进一步解决这一问题ꎮ３㊀目标设定ＱＣ小组根据设备现状和改造难易程度ꎬ通过详细的分析讨论ꎬ将本次ＱＣ目标设定为:缩短密封检修处理时间ꎬ更换盘根由改造前的８ｈ缩短为改造后的１ｈ左右ꎻ紧固盘根由改造前的６ｈ缩短为改造后的３０ｍｉｎ左右ꎬ并实现不停机操作ꎮ目标的可行性分析如图１所示ꎮ图１㊀目标设定可行性分析４㊀原因分析密封结构如图２所示ꎮ针对主轴密封漏水量大㊁检修困难的品质特性ꎬ采用鱼骨图(特性要因图)法ꎬ从人㊁机㊁料㊁环㊁法五个层面进行梳理分析ꎬ最终得出影响目标的末端因素主要有以下几个方面:ａ 环境因素ꎮ机坑狭小ꎬ没有足够的操作空间ꎬ主轴密封装拆困难ꎮ２８ｂ 材料因素ꎮ盘根材料的选型不合适ꎬ要兼顾材料的耐磨性㊁弹性㊁润滑性和密封性ꎮｃ 方法因素ꎮ盘根的装拆程序不合理ꎮ图２㊀主轴密封结构５㊀确定要因５ １㊀要因分析为了找出主轴密封检修时间长的主要原因ꎬＱＣ小组制定了要因确认分析表ꎬ详见表１ꎮ５ ２㊀确认要因ａ 该机的水导轴承和主轴密封的结构设计不科学ꎬ没有充分考虑到安装实际ꎮ由于大机组结构尺寸较大ꎬ可以在不拆卸水导轴承的情况下直接调整或更换密封填料ꎬ本机属小型机组ꎬ支持盖较小ꎬ不拆卸水导轴承无法对主轴密封进行调整或更换ꎮ结构尺寸的限制属要因ꎬ但无法更改ꎮｂ 盘根材料对密封效果和调整周期也有较大影响ꎬ先后试用石墨㊁聚四氟乙烯㊁芳纶纤维等不同性能的材料ꎬ但效果均不明显ꎬ说明盘根材料选型不合理不是要因ꎮ表１㊀要因确认分析㊀㊀ｃ 该机的盘根结构位于水导下方ꎬ调整主轴密封这一操作本身时间短㊁工艺简单ꎬ但大量时间都花在拆装水导轴承上ꎬ且须停机ꎬ时间长㊁劳动量大㊁调节精度差ꎬ对发电和安全生产都造成重大影响ꎮ如能优化结构ꎬ使盘根的装拆无须拆卸水导ꎬ则可解决问题ꎮ盘根的装拆程序不合理属要因ꎮ６㊀对策实施６ １㊀制定思路通过对要因的分析发现ꎬ改变主轴密封的位置ꎬ可以解决问题ꎮ原水导轴承是稀油润滑结构ꎬ不能进水ꎬ所以必须将主轴密封设置在轴承下方ꎬ阻止渗漏水进入旋转油盆ꎮ改成水润滑弹性金属塑料瓦后ꎬ水导瓦就在水中运行ꎬ此时可将主轴密封改造到水导轴承上方ꎬ这样ꎬ更换盘根就不需要拆除水导了ꎬ紧固盘根则可以不停机操作ꎮ该站发电水源来自灌溉渠道ꎬ常年保持清洁的Ⅱ类水ꎬ密封位置调整后ꎬ并无发电用水对水导产生过量的磨损侵蚀之忧ꎮ６ ２㊀改造方案利用原上油盆加工成为密封座的安装基础ꎬ将原密封整体上移至上油盆内ꎬ这样工程量小ꎬ不影响轴承外观ꎬ还可以利用原油盆盖的迷宫环结构ꎬ防止运行中渗漏水飞溅ꎮ具体方案见图３ꎮ６ ３㊀改进后的对策目标检查２０１７年３月ꎬＱＣ小组结合九里沟水电站年度检修ꎬ对３号机主轴密封进行了改造ꎮ经发电运行使用３８ 李㊀胜等/水轮机主轴密封结构漏水原因分析及改造措施㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀图３㊀主轴密封改造至今ꎬ密封上移后ꎬ每次紧固盘根只须要１０~１５ｍｉｎꎬ且可不停机进行ꎻ更换盘根时间不到１ｈꎮ改造后可以在带水运行的情况下调整盘根松紧度ꎬ调整简单㊁精确ꎬ大大减少了漏水量ꎬ也减少了集水井的排水泵启动次数和运行时间ꎬ实现了目标要求ꎮ７㊀效果检查７ １㊀改造前后效果对比检查内容:主轴密封漏水处理环节用时量化指标ꎬ分别取改造前和改造后两次处理时间的平均值ꎮ见表２ꎮ表２㊀改造前后主轴密封处理用时对比７ ２㊀效益分析７ ２ １㊀经济效益本次改造ꎬ没有增加机组设备ꎬ主要是消除原设计缺陷ꎬ在原设备基础上进行再设计和加工ꎬ改造的费用为６０００元/台ꎮ通过改造ꎬ主轴密封渗漏水处理时间大大缩短ꎮ按照每年紧固盘根操作１１次㊁更换填料１次计算ꎬ改造前须要停机７４ｈꎬ改造后仅须停机４５ｍｉｎꎮ按照额定负荷１６００ｋＷ计算ꎬ发电效益一项即可节约４３２８２元ꎻ检修劳动量大大降低ꎬ节约了检修成本ꎻ排水泵运行时间减少ꎬ节约了电力成本ꎮ经济效益具体分析见表３ꎮ表３㊀主轴密封ＱＣ活动技术改造经济效益分析(一台机组)单位:元工日计ꎬ材料成本按密封填料１０００元/次计ꎬ辅料２００元/次计ꎮ７ ２ ２㊀安全效益和社会效益ａ 提高设备安全性能ꎬ消除水淹泵房的安全隐患ꎮｂ 提高机组的可靠性和稳定性ꎬ从而提高供水保证率和汛期调度的灵活性ꎮｃ 降低检修人员的劳动强度ꎮ８㊀结㊀语九里沟电站水轮机主轴密封漏水量大的问题长时间未得到根本解决ꎮ本次对主轴密封的改造取得了成功ꎬ其意义不仅在于消除设备缺陷ꎬ产生经济效益ꎬ还在于通过ＱＣ方法的运用ꎬ使改造过程体现科学管理㊁规范管理的原则ꎬ提高员工分析问题和解决问题的能力ꎬ增强团队精神和创新精神ꎮ今后还要按照持续改进的要求ꎬ用ＱＣ方法进一步指导检修管理的实践ꎮ参考文献[１]㊀李振华ꎬ陆美凝ꎬ郭士超.ＱＣ小组在石港泵站检修闸门堵漏施工中的应用[Ｊ].水利建设与管理ꎬ２０１７ꎬ３７(９):７８￣８１.[２]㊀苏子义ꎬ杨宏建ꎬ张洪明. 创新性 ＱＣ小组活动步骤浅议[Ｊ].水利建设与管理ꎬ２００６ꎬ２６(２):３７￣３８.４８。
水轮机主轴密封的改造
新 疆 有 色 金 属
８ ５
水轮机 主轴密封 的改造
陈 磊
（ 新疆有 色金属工业集团稀有金属有限责任公 司 可可托海 ８ ３ ６ ３ ０ ０ ）
摘 要 主轴密封 的作用是封 阻转动部分 与固定部分 之间的间隙漏水 。主轴密封工作 的好坏直接影响机组的稳定性 。 关键 词 主轴密封 摩擦环 胶皮 镜板 密封块
上 的镜 板接 触 形 成环 形 密 封 阻止 蜗 壳 水 由转 动 部分 与 固定部 分 之间 的间 隙漏 出达 到封水 的 目的 。
４ 改造前后效果 比较
改 造前 机 组 运行 过 程 中平 板 胶 皮 容 易被 切 断 引 起 漏水 ，安装 调 整相 对 复 杂 。改 造 后 由于主 轴 密 封 水压 始 终 作用 于密封 块 使 之 与镜 板 一 直保 持 接 触 状
态达到封水 ，不易引起漏水 ，安装调整相对简单 。
永
５ 结束语
图 １
调 节 螺栓 先 调 整好 盘根 座 的 水 平 高度 ，摩 擦 环 固定 在 水 轮 机 主 轴 上 ，在 将 ３ — ５ ｍｍ 的平 板 胶 皮 放 人摩 擦 环槽 内 由压 板 固定 在盘 根座 上 。其 工作 原理 ：
可 可托 海水 电站 主 轴 密封 的改 造 ，经 过 ５年 多 的运行 ，效 果 明显 ，实 践证 明改 造是 成功 的 。
收稿 ： ２ ０ １ ３ － ０ １ － ０ ６
机容量 １ ． ９ 万ｋ Ｗ， 主要保证稀有公司的生产用电。
３ 改造后 的工作型式
电站 改造 后 的主 轴密 封 是 采用 水 压 式 端 面密 封
１ 改造原 因
由于企 业 的发 展 ， 电站 用 电负荷 增 加 ，四 台机 组 装 置 ， 主要 由镜 板 、密 封块 、密封块 导 杆 等组 成 ，其 满 负荷 发 电， 尤 其 是夏 季生 产， 旺季 没有 备用 机组 ，主 结 构见 图 ２ 。 轴 密封 出现 漏水 问题 会 造 成 机组 停 机给 稀 有 公 司 的 生 产造成 很 大 的影 响 。
混流式水轮机迷宫密封的缺陷及改进措施
混流式水轮机迷宫密封的缺陷及改进措施
马秉林
【期刊名称】《云南水力发电》
【年(卷),期】2009(025)006
【摘要】水轮机过水部件如转轮、顶盖、底环采用迷宫密封方式.在运行中此类结构的部件磨损严重,不利于机组安全稳定运行,使用周期短,修复困难、检修成本较高.因此,将在实践中得到的点滴经验介绍出来,以资在水轮机部件设计制造时作为参考.【总页数】2页(P91-92)
【作者】马秉林
【作者单位】大理供电局修配厂,云南,大理,671000
【正文语种】中文
【中图分类】TK730.3+25
【相关文献】
1.循环气压缩机迷宫密封结焦原因分析及改进措施 [J], 刘意平
2.水轮机迷宫密封系统非线性动力稳定性研究 [J], 杨晓明;马震岳;张振国
3.大型混流式水轮机转轮用铸钢件夹杂缺陷预测与工艺优化 [J], 沈旭;鲁文涛;殷亚军;计效园;万鹏;周建新
4.某大型混流式水轮机顶盖止漏环缺陷处理典型案例分析 [J], 刘波;黄世超;梁恒;何泽胜;蔡鹏
5.混流式混流式水轮机转轮裂纹原因分析及预防措施 [J], 王大朋
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水轮机主轴密封结构的优化改造
水轮机主轴密封结构的优化改造黄海平，欧阳瑞宏(葛洲坝水力发电厂，湖北宜昌443002)关键词：水轮机；主轴密封；优化；改造；葛洲坝水电厂摘要：由于葛洲坝水电厂水轮机主轴密封装置在运行过程中暴露出一些问题，因此有针对性地对主轴密封装置进行了结构优化改造，并列入1999年科研课题。
采取的主要措施是对主轴密封供水系统进行改造和采用VSH主轴衡压密封装置。
改造后，水压稳定，运行可靠，既满足了生产的需要，又提高了机组运行可靠性。
葛洲坝水力发电厂21台轴流转桨式水轮机，原主轴密封结构有两种形式。
其中，2台ZZ560水轮机采用可调水压的环形活塞式端面密封结构，其“П”型密封块为耐油耐磨橡胶，固定在环形活塞上组成环形密封圈，利用压力清洁水在活塞上、下腔形成水压差，使密封圈与在主轴法兰上的不锈钢抗磨环形成端面密封状态。
密封圈可轴向移动，与抗磨环平面保持贴合。
其余19台ZZ500水轮机则采用双层橡胶平板密封结构，两密封平板之间的水箱通压力清洁水，在水压的作用下，使上、下橡胶平板与固定在主轴上的转环和水箱座抗磨环平面贴合，起到止水密封作用。
1原密封装置运行情况活塞式端面密封装置自1980年10月投产以来，空载运行时水压调整极为困难，带负荷运行不足26 h，密封装置即出现大量漏水，两台顶盖排水泵难以排除漏水，造成水淹水导事故。
运行112 h后，检查发现端面密封块磨损量达50 mm。
维持运行两年后，发现转动环磨损量达7mm。
该密封装置投运的2年时间内，发生过5次因密封失效严重漏水，被迫停机抢修时间达584 h，损失电量约5 300万kW·h。
经多次检修和一系列的改进，暂时能维持运行，但密封漏水量大，顶盖泵启动频繁，而且汛期有大量泥沙进入顶盖，因泥沙淤塞，使顶盖泵无法运行，并曾多次清淤处理。
同时，环形活塞易发卡、失效。
由于该密封结构复杂，维护检修极为困难，于是，根据ZZ500水轮机双层平板密封的运行经验，于1983年8月将两台ZZ560水轮机的主轴端面密封改为双层平板密封。
水轮机活塞式主轴密封的改进
的过 程 中 ，四个 喷针之 间 的切换 都 不会 引起 负 荷 的 自动 ）：
波动 ，且 可无 干扰 任意 切换 ，使水 轮 发 电机组 始 终在
ｌ号喷 针 由手动 切为 自动 ：
高效 率 区运行 。
设 四个 喷针 当前开 度 之 和为 Ｙ５％ ，当负荷 大 于
当油 开关 断 开后 ，水 轮发 电机 组 自动转 入 空载 运行 。 ２．４ 自动停 机
第 三个 和 第 四个 喷针 投 入值 时 ，１号 喷针 开 ／关 至 １／４Ｙ５％ ，２号 、３号 、４号 喷针关 ／开至 １／４ Ｙ５％；当 负荷小 于第 三个 和第 四个喷针投入值时 ，１号和 ３ 号喷 针开 至 １／２Ｙ５，２号 和 ４号喷 针关 至全 关 。 ２．８ 折 向器 的控 制方式
密 封 环装 配 、橡 皮 条 、密封 挡 环 及 密 封底 座 构 成 ，如 图 １所示。其工作原理是 ：润滑水通过活塞体润滑水
２．２ 缺 点 由于端面水压活塞式主轴密封结构设计 的理想
化 ，在机组运行中存在活塞发卡 、只上不下、活动不 灵活等问题 ，主要原因是橡胶燕尾逆 向摩擦力 比较
第 ３９卷 第 １期
水 电 站 机 电 技 术
Ｖｏ１．３９ Ｎｏ．１
２０１６年 ０１月
Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ＆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ
Ｊａｎ．２０１６
９
水 轮机活塞 式主轴密封 的改进
姜 为 民
（哈尔滨 电机厂有 限责任公 司，黑龙江 哈尔滨 １５００４０）
中图分 类号 ：ＴＫ７３０．３ 文献标识码 ：Ｂ
文章编号 ：１６７２—５３８７（２０１６）０１—０００９—０３
水轮机主轴工作密封的技术改造
水轮机主轴工作密封的技术改造
林锦生
【期刊名称】《中国水能及电气化》
【年(卷),期】2006(000)006
【摘要】本文阐述了龙门滩三级电站水轮机主轴工作密封运行中出现的故障,分析产生故障的原因,提出了解决的方案,及选用方案的运行情况,供有关人员参考.【总页数】3页(P44-45,53)
【作者】林锦生
【作者单位】福建省永春水力发电有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TK73
【相关文献】
1.九里沟水电站立式水轮机导轴承和主轴密封的技术改造探索 [J], 李胜
2.大黑汀水电站水轮机主轴密封技术改造 [J], 李长辉;江长久
3.西津水电厂1号机组水轮机主轴工作密封的技术改造 [J], 杨显乾
4.下桥电厂水轮机主轴密封的技术改造 [J], 钟文才
5.台兰河一、二级水电站水轮机主轴密封的技术改造 [J], 李茂辉;
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水轮机主轴密封结构的优化改造
水轮机 主轴 密封结构 的优化 改造
罗晓 宇
（ 四 川 江 口水 力 发 电 （ 集团 ） 厂 ， 四川 达 州 ６ ３ ６ １ ５ ０）
【 摘
要１ 水轮机是一种广泛应用５ － ％ － ￣ ｑ经常 出现故 障。因此 ，笔者在本 文中主要就其 工作原理 以及故 障原 因做一分析 ，以便 为这类设施更 好地服务 ５ － ７ Ｋ ． ； ￣ ４ 业提供可靠的建议 。 【 关键词 】水轮 机；主轴；密封 结构 ；改造
１基 本 情 况
块与转动环密封面就不能紧密接触，使清洁水和尾水大量 进入顶 盖 导致机组漏水量增大。 （ ４ ） 停机 时， 如果压 力水关闭后没橡胶块有 复位 ， 卡在顶起位置 ， 那么在下次开机时，橡胶块被压力水压紧，这样就在橡胶块与转动 环 密 封 面 之 间 形 成 一 定 的空 间 间隙 。此 时 如 果 机 组 转 动 ，大 量 的 尾 水和清洁水就会涌入顶盖 ，造成漏水量增大 ，以至水导被淹 。 （ ５ ）工作密封座腔锈蚀 ，橡胶密封块在腔 内摩擦增大 ，动作不
那么，有橡胶块 没有可 能卡在顶端呢 ？为此对 的橡胶块受 力情 况进行分 析，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的方面 与 Ｖ相 反。由力学性质可知 ，密封橡胶块 工 作中所受的力除重力 ｍ ｇ 、水 压 力 Ｐ （ 且Ｐ ＞ ｍ ｇ ） 外 ，还 有 由 磨 擦 力 产 生 的力 Ｆ ’ ，且 Ｆ ’＝ ｆ 。在 Ｆ’的作用下，橡胶 密封块有 随转动 环转 动 的趋势，但受到定位 销的约束，于是出现橡 胶密封 块与定位销 紧紧 贴合的结果 。 由此 可 见 ，如 果 存 在 定 位 销 倾 斜 、生 锈 、或 橡 胶 密 封 块 定 位 销 孔变形 ，工作密封座腔 内锈蚀等不利情况，则橡胶密封块在机组静
水轮机主轴密封结构的优化改造
到止 水 密封 作 用 。
别 严 重 的是 １８ ９ ３年 ３月 份 因密 封烧 损 磨 穿 ， 成 密 造
封 大量 漏水 ， 顶 盖泵 全 部 启 动 也 难 以排 除漏 水 ， ３台 造 成 水 淹水 导 轴 承事 故 。分 析 其 原 因 ， 一 是 橡 胶 其 平板 固 定 结 构 不 尽 合 理 。从 该 密 封 装 置 的 结 构 来
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水 力 发 电 ・０２年 ・ ６期 ２Ｏ 第
２ １
文章编号 ：５９９４ （０２ ０ － １１ ３ ０５ －３２ ２０ ）６（２— Ｋ ０
水 轮机 主 轴 密 封结 构 的 优 化改 造
黄 海平 ， 阳 瑞 宏 欧
（ 洲 坝水 力 发 电厂 ， 葛 湖北 宜 昌 ４ ３ ０ ） ４ ０ ２
经多 次 检 修和 一 系列 的改 进 ， 时能 维 持 运行 ， 暂 但密
封漏 水 量 大Байду номын сангаас， 顶盖 泵 启 动频 繁 ， 且 汛期 有 大 量 泥沙 而 进 入 顶 盖 ， 泥沙 淤塞 ， 顶 盖 泵无 法 运 行 ， 曾多 因 使 并 次 清 淤处 理 。 同 时 ， 环形 活 塞易 发 卡 、 效 。 由于 该 失 密封 结 构 复 杂 ， 护 检 修 极 为 困 难 ， 是 ， 据 维 于 根 ７５ ０水 轮 机 双层 平 板 密 封 的 运 行 经 验 ， １８ ７０ 于 ９ ３年
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碗米坡混流式机组水轮机主轴密封改造的实践及应用胡刚（湖南长沙 410014）摘要：碗米坡水电厂自2004年投产以来，三台机组主轴密封均存在异常磨损，严重影响了机组的安全稳定运行，为此碗米坡水电厂对三台机主轴密封进行了不断的更新改造并取得了一定的成效。
本文结合主轴密封运行和检修、改造的实际情况，对改造前后主轴密封装置的工作原理和损坏的原因进行了分析，并提出改进意见。
Abstract：Since Wanmipo hydraulic power plant was put into operation in 2004, main shaft seals of hydrogenerators have been abnormally damaged, which seriously affect the safety and stability of hydrogenerators’operation , for this reason , Wanmipo hydraulic power plant made continuous replacements and technical innovations on main shaft seals, and achieved some measure of success. This article combines actual situation of operation, maintenance and innovations of main shaft seals to analyze working principle of main shaft seals before and after innovations and the causes of damage, and put forward some suggestions for improvement.关键词：混流式机组 H密封抗磨环流量水压Key words：mixed-flow Francis hydroelectric generator H meal antifriction ring flow Hydraulic pressure一、概述碗米坡电厂位于湖南省湘西洲保靖县境内，共装有3台立轴混流式机组，单机容量80MW，整套机组设备由浙江富春江与日本富士公司共同设计（简称双富公司），水轮机采用了俄罗斯列宁格勒金属工厂（以下简称LMZ）的PO50转轮。
由中国水利水电第七工程局承接安装。
碗米坡水电厂自2004年投产以来，3台机组主轴密封均存在异常磨损现象，设备运行一年后必须在检修期间更换新的主轴密封。
严重影响机组运行及安全生产。
主轴密封装置是水轮机结构中的重要组成部份，它的密封性能的好坏直接危及到机组的安全经济运行，其密封作用尤为重要。
2008年期间对机组主轴密封进行改造，经1年的跟踪监测，主轴密封磨损在允许范围内效果明显达到预期效果。
主轴密封的稳定运行问题最终得以解决。
二、主轴密封运行条件2.1 水头条件电站设计水头为39米，最小水头和最大水头为34.6~44.68米，由于碗米坡电厂属于季调节水库即主轴密封工作水压变化达约10米。
2.2 工况条件机组设计转速为100RPM（转/分），最高飞逸转速为200RPM，顺时针旋转。
主轴密封设计压力（Mpa）0.05～0.13，设计流量（L/min）14~115。
三、主轴密封结构与材质说明3.1如图所示3.2主轴密封结构、材质四、历年主轴密封故障分析“H”型橡胶端面密封装置的特点是：橡胶密封静止，抗磨环随大轴转动。
自2004年2月投产以来，水压存在不稳定现象，尤其在机组大负荷变化及汛期尾水位发生变化时，由于压力波动导致密封与抗磨环密封状态接触程度发生改变，甚至密封装置有时散发出烧焦的橡胶臭味，经解体检查此种状况密封基本已损坏有时甚至出现断裂现象，需更换。
到目前为止，1#机更换了4个端面密封，2#机更换了2个端面密封，3#机更换了3个端面密封。
特别是2008年3月23日2#机组发生了因主轴密封磨损导致非停事件。
分析其原因，其一是橡胶平板固定结构不尽合理。
从该密封装置得结构来看，密封上部是技术供水水压，下部与转轮室相连，内部为转轮室的压力，一般情况下技术供水压力原设计压力在0.15~0.3MPa，上部压力大于下部压力使密封与抗磨环结合压紧，在机组变负荷过程中转轮室内压力发生急剧变化，使得密封上下压差随之变化，因而反映在主轴密封供水压力表上的水压也会相应变化，进而在极端情况下更加剧磨损，同时汛期泥沙进入密封也会使磨损加剧。
五、前期改进情况分析因在投运时就存在开机时端面密封磨损厉害，伴有烧焦的橡胶臭味的现象，东芝公司于2005年2月对原设计进行了部分改进，第一、端面密封轴向均匀钻8个直径为20mm排水孔，以增加润滑水排水量；第二、对端面密封根部的内、外两侧进行切削，切削厚度10mm、高度20mm，侧边斜度30°；第三、将主轴密封供水压力由原来的0.15～0.2MPa改为0.1～0.15MPa。
主轴密封磨损严重的另一原因为：抗磨板组合缝有约2 mm间隙形成刀口对密封进行切削，造成密封磨损严重甚至断裂。
2006年在机组检修时分别对1#、3#机主轴密封抗磨环组合缝间隙进行氩弧焊接并打磨处理。
2007年机组检修时发现原焊接部位存在裂纹，并且密封仍磨损严重，又对组合缝位置进行了处理。
2#机因密封磨损不太严重2008年以前未对抗磨板组合缝间隙进行处理。
从处理后主轴密封运行情况看，东芝公司的设计改进未能从根本上解决主轴密封磨损严重的问题。
附图：（1）主轴密封磨损情况六、主轴密封H密封磨损最终分析、改造程序及工艺2#机组2008年3月23日主轴密封异常磨损后，组织设计与相关专业人员对此问题进行了专题讨论，分析异常磨损原因并制定了改造工艺及方法：6.1最终原因分析：6.1.1 平板密封托板材质用料不当产生锈蚀腐烂，以至于降低了平板密封的强度及工作效能。
6.1.2 主轴密封H密封水压需根据水位情况重新调整。
6.1.3 主轴密封H密封润滑水开机前不足，造成主轴密封H密封干磨现象。
6.1.4 主轴密封结合处缝隙边角过于锋利，机组旋转时产生对H密封的切削。
6.2 改造程序及处理工艺6.2.1主轴密封处供水管路拆卸切断主轴密封的主、备供水源。
解开供水管连接法兰螺栓，用管子钳将管路与主轴密封连接位置处的接头松开，将密封圈取出保管好，所有管路移出顶盖位置以便于人员工作。
6.2.2平板密封上环拆卸与更换用内六角扳手将平板密封上环的定位销取出，将上环分半联接的两处把合螺栓松开，平板密封上环分半取出，放于适当的位置以便于密封支座的拆卸施工。
拆卸过程中发现平板密封托板（材质：Q235-A）出现锈蚀和断裂缺陷，为防止托板锈蚀腐烂而降低托板的强度及工作效能，按照原图纸用1Cr18Ni9Ti不锈钢加工替代原设备进行更换。
6.2.3密封支座拆卸在顶盖上预留的螺孔位置装上吊环，将手拉葫芦布置到位，对称布置四个手拉葫芦，将密封支座与顶盖位置的连接螺栓松开，利用手拉葫芦将密封支座整体提升，当提升到一定高度后用专用工具将支座支撑住，以保证工作人员在取出H形密封和抗磨环打磨工作时的施工安全。
6.2.4抗磨环处理及打磨(1)将主轴密封内的H形密封取出，将密封内部清扫干净，检查抗磨环接缝处是否开焊，如有则参照焊接工艺要求开3－5mm深的斜面坡口，用相同材料不锈钢焊条对组合缝出进行表面堆焊处理，并进行打磨，保证处理后表面平滑，不存在磨损密封的毛刺及其他残留物，消除组合缝间隙；各焊接部位均按照热处理方式进行用保温冷却。
附图：焊接前照片焊接后照片(2)在抗磨环上开八条径向过水槽，槽深1.2mm，两侧光滑过渡，按图示磨成后用细砂纸抛光处理。
尽可能光滑避免产生刀刃切削端面密封现象，实际槽深不宜超过 1.5mm，并按照R1.5mm圆滑过度。
由此来增加开机前H密封与抗磨环的润滑水水量。
抗磨环改造后工艺要求：（1）共八条径向过对称水槽，槽深 1.2mm，两侧光滑过渡，按图示磨成后用细砂纸抛光处理。
尽可能光滑避免产生刀刃切削端面密封现象；（2）实际槽深不宜超过1.5mm6.3主轴密封、托板及导向杆处理：在主轴密封端面密封上垂直钻了12个Ф16的排水孔（原设备要求为4个）。
新安装的主轴密封底部与抗磨板接触位置尺寸改成与抗磨板宽度一致。
托板与导向杆原材质为Q235-A，由于锈蚀比较严重造成了托板破损和断裂，从而使得主轴密封空腔内不通畅，限制了平板密封的活动空间。
为了阻止这种现象发生现更换成1Cr18Ni9T，以防止设备锈蚀影响主轴密封运行。
6.4装复后试运行按照程序将主轴密封所有部件装复，联系运行人员对主轴密封进行充水试验及润滑水的流量、压力重新设定。
在机组运行中观察主轴密封处的气味以及主轴密封的水压、流量。
停机后用深度卡尺测量磨损情况。
以验证抗磨环处理后运行过程中H形密封的运行状况。
七、改进后设备运行工况调整（1）为及时监视主轴密封润滑水压力，已将1#-3#机主轴密封供水压力表进行了更换，将原指针式压力表改为数显式压力表，并将压力值送至监控系统上位机，便于远方监视压力（低限值0.05MPa、报警值0.1MPa、高报警值0.15MPa，平时正常运行时压力调整为0.07 MPa 左右运行）；（2）将示流器报警值信号从3格调至6格，即主轴密封供水流量的报警更灵敏；（3）建立主轴密封定期检查台帐，每月通过主轴密封供水口测量端面密封与水封压盖相对高度，监测端面密封磨损量，做好相应记录。
八、改进后的运行情况数据分析自2008年4月起，1#、2#、3#机主轴密封的运行情况采取每月监测一次的方式考察其运行稳定性，具体数据如下表：从上表所列7个月的监测数据可以看出，主轴密封经临时处理后虽经过整个汛期的运行未出现较大程度的磨损，磨损程度在正常范围内，临时处理措施效果较好，2009年期间机组检修时对主轴密封进行解体拆卸，检查各项数据均在控制范围内，改造成功达到效果。
参考文献[1]中华人民共和国国家标准.水轮发电机组安装技术规范,GB/T8564—2003.[2] 碗米坡水电厂企业标准.检修工艺规程,作者介绍：胡刚（1974年-），男，湖南长沙人，助理工程师及水轮机技师，从事水电厂机械设备检修维护和技术管理。