武 彬，陳勇旭

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源625305）

瀑布溝水電站兩種結(jié)構(gòu)型式的水輪機(jī)主軸密封

武 彬，陳勇旭

（國(guó)電大渡河瀑布溝水力發(fā)電總廠，四川 漢源625305）

瀑布溝水電站6臺(tái)水輪機(jī)主軸密封分別選用G E公司的端面密封和東電的浮動(dòng)環(huán)密封，雖結(jié)構(gòu)型式不同，但均屬于自補(bǔ)償式密封。文章就兩種密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作原理、使用情況等進(jìn)行了簡(jiǎn)要的對(duì)比介紹，為水輪機(jī)主軸密封的使用提供有益的參考。

主軸密封；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；工作原理；自補(bǔ)償

0 概述

瀑布溝水電站是一座以發(fā)電為主，兼有防洪、攔沙等綜合效益的特大型水利水電樞紐工程。該電站裝設(shè)6臺(tái)混流式機(jī)組，單機(jī)容量600 MW，多年平均發(fā)電量147.9億kW·h。水庫(kù)總庫(kù)容53.9億m3，具有不完全季調(diào)節(jié)能力。瀑布溝水電站6臺(tái)水輪機(jī)，其中1、3、5號(hào)水輪機(jī)由GE公司制造供貨，額定水頭154.6 m，采用的是端面密封；2、4、6號(hào)機(jī)組由東電供貨,額定水頭156.7 m，采用的是浮動(dòng)環(huán)密封。兩種主軸密封雖結(jié)構(gòu)型式不同，但均屬于自補(bǔ)償主軸密封，投產(chǎn)運(yùn)行后效果均較好。

(2)拓展話語空間。成為“人物符號(hào)”的專家尚屬少數(shù)，但在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，更多的非官方專家學(xué)者通過微博、博客、微信等自媒體平臺(tái)，自發(fā)主動(dòng)地宣傳自身政策主張，極大拓展了話語空間。如吉林獨(dú)立人口研究者楊子實(shí)，其微博粉絲數(shù)達(dá)13 878人，共發(fā)布13 945條微博，有一定的轉(zhuǎn)贊評(píng)量；關(guān)注人口問題的專欄作家何亞福從2010年末開始在微博上探討人口問題，始終支持放開生育，現(xiàn)微博粉絲近4萬。[注]數(shù)據(jù)截至2017年4月6日。 這些“草根”學(xué)者盡管無法直接向決策者提交政策議案，但通過新媒體平臺(tái)產(chǎn)生了不可忽視的社會(huì)影響力。

水輪機(jī)主軸密封的作用，是封阻水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部分與固定部分之間的間隙漏水，即阻擋水流從主軸與頂蓋之間的間隙上溢出，防止水輪機(jī)導(dǎo)軸承及頂蓋被淹，維持軸承和機(jī)組的正常運(yùn)行。主軸密封工作的好壞直接影響機(jī)組的穩(wěn)定和安全運(yùn)行。

1 東電水輪機(jī)主軸密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

瀑布溝水電站東電產(chǎn)2號(hào)、4號(hào)、6號(hào)水輪機(jī)主軸密封轉(zhuǎn)環(huán)為不銹鋼抗磨板，固定在水發(fā)聯(lián)結(jié)螺栓的保護(hù)罩上，隨大軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)；密封塊聯(lián)接在浮動(dòng)密封環(huán)上，浮動(dòng)環(huán)相對(duì)固定，但能隨密封塊的磨損向軸向運(yùn)動(dòng)。密封水箱分成渾水箱（從轉(zhuǎn)輪室來的水匯集在此）和清水箱（清水匯集于此），在固定環(huán)和浮動(dòng)密封環(huán)連接處裝有密封條，用以隔斷清水腔和渾水腔。在浮動(dòng)密封環(huán)內(nèi)鉆有通孔，用以將密封水引入工作密封塊和耐磨環(huán)之間的空腔見圖1。

2 東電機(jī)組主軸密封的工作原理

當(dāng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，從蝸殼來的水流通過轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)間隙進(jìn)入轉(zhuǎn)輪上冠與頂蓋形成的空腔內(nèi)，然后通過水輪機(jī)主軸與頂蓋之間的間隙流入渾水腔，在渾水腔內(nèi)形成一定的水壓。廠房的密封水水管的水通過過濾器后流入主軸密封，經(jīng)過浮動(dòng)環(huán)進(jìn)入工作密封塊和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)之間形成的空腔，并分兩部分流出。一部分經(jīng)過工作密封塊和耐磨環(huán)之間的間隙流出到清水腔，在工作密封和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)之間形成0.2～0.3 mm厚的水膜，使工作密封塊和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)實(shí)際不發(fā)生物理接觸，同時(shí)清潔水的流動(dòng)確保渾水不流進(jìn)工作密封塊和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)的摩擦面，對(duì)工作密封塊起到潤(rùn)滑和冷卻的作用。另一部分通過密封蓋溢流到頂蓋內(nèi)排走。當(dāng)工作密封塊磨損后，通過彈簧的彈力和浮動(dòng)密封環(huán)的重力作用，使工作密封塊沿著固定環(huán)向下移動(dòng)，起到密封自補(bǔ)償?shù)淖饔?，同時(shí)磨損量檢測(cè)器也和浮動(dòng)環(huán)一起向下移動(dòng)，這樣就很方便的監(jiān)測(cè)到密封塊的實(shí)際磨損量。

3 GE機(jī)組主軸密封的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

4）人機(jī)交互。通過對(duì)操縱面板和內(nèi)部顯示器以及可選的鼠標(biāo)、鍵盤、虛擬現(xiàn)實(shí)眼鏡等擴(kuò)展設(shè)備，實(shí)現(xiàn)與用戶的人機(jī)交互。

圖2 GE主軸密封結(jié)構(gòu)圖

密封安裝時(shí)先安裝軸套，在基礎(chǔ)環(huán)安裝完畢后并空氣圍帶安裝試驗(yàn)完畢后，按照下環(huán)——碳精塊——中間環(huán)——碳精塊——上環(huán)——碳精塊——頂環(huán)的順序依次安裝。

瀑布溝水電站GE產(chǎn)1號(hào)、3號(hào)、5號(hào)水輪機(jī)主軸密封的轉(zhuǎn)環(huán)為軸套結(jié)構(gòu)，分兩段運(yùn)輸?shù)焦さ兀捎肕24×85 mm的內(nèi)六角圓柱頭螺釘緊固，固定在主軸上，兩分段要保證無行程錯(cuò)位，見圖2。

工作密封塊由3道密封環(huán)組成一體構(gòu)成，材料為G42碳，每道密封分割成28塊，安裝時(shí)將28塊密封塊圍成一圓環(huán)。3個(gè)螺旋彈簧能使密封端面產(chǎn)生一定的預(yù)緊比壓，使密封塊和轉(zhuǎn)環(huán)在起動(dòng)、停機(jī)時(shí)能保持良好的貼合。該密封第一道碳精密封塊防旋轉(zhuǎn)槽朝上，而第二道和第三道的碳精密封塊防旋轉(zhuǎn)槽朝下，在防旋轉(zhuǎn)槽內(nèi)安裝168個(gè)壓縮彈簧，壓縮彈簧的推力使密封塊緊貼在密封環(huán)上，使其能與接觸面良好的接觸。各碳精塊間有2.1 mm的相等間距能確保內(nèi)碳精塊均勻的直徑磨損，并對(duì)清潔壓力水適當(dāng)?shù)臐B漏，提高潤(rùn)滑和冷卻效果。密封塊在左右側(cè)還設(shè)計(jì)有單頭或者雙頭擋塊，能夠防止主軸密封塊左右竄動(dòng)。在主軸密封下環(huán)、上環(huán)和頂環(huán)上開有通孔，用以密封水的通入和排出。

GE產(chǎn)水輪機(jī)主軸密封固定部件包括基礎(chǔ)環(huán)、上環(huán)、下環(huán)、一個(gè)中間環(huán)、頂環(huán)、螺旋彈簧、壓緊彈簧，工作密封塊、密封溫度傳感器、密封磨損量監(jiān)測(cè)裝置、供排水管、擋油環(huán)和缸組成。主軸密封機(jī)罩（基礎(chǔ)環(huán)、下環(huán)、上環(huán)及頂環(huán)）包住密封環(huán)，該基礎(chǔ)環(huán)能夠支撐轉(zhuǎn)輪室和彌合水輪機(jī)主軸和頂蓋間的差距。在機(jī)罩內(nèi)預(yù)先安裝有止動(dòng)銷，以確保對(duì)密封環(huán)適當(dāng)?shù)亩ㄎ缓头乐蛊淅@大軸旋轉(zhuǎn)。主軸密封上密封環(huán)抗大氣密封，下密封環(huán)抗水壓力密封，大氣壓力、水壓力及彈簧機(jī)械壓力確保對(duì)密封件的合適徑向力和軸向力。上環(huán)、下環(huán)和頂環(huán)聯(lián)接處安裝有輔助密封圈，輔助密封圈具有彈性，能對(duì)密封環(huán)起彈性支撐作用。

4 GE機(jī)組主軸密封的工作原理

5 ℃貯藏條件下商品鱗莖中ABA含量的變化(圖1A)：10th d(表示第10 d，以下同)，外層鱗葉與內(nèi)層鱗葉的ABA含量均呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，其頂點(diǎn)均為20th d時(shí)，而至60th d時(shí)達(dá)到最低值，并且商品鱗莖外層鱗葉ABA的含量在整個(gè)貯藏期間均比內(nèi)層鱗葉的含量要高。而25 ℃貯藏商品鱗莖的ABA含量在整個(gè)儲(chǔ)藏期間沒有上升的變化，表現(xiàn)為持續(xù)緩慢下降，在50 d 以前外層鱗葉的ABA含量均比內(nèi)層要低，60th d時(shí)，外層鱗葉ABA含量要高于內(nèi)層鱗葉。我們還發(fā)現(xiàn)貯藏到60th d時(shí)，25 ℃貯藏商品鱗莖的內(nèi)外層鱗葉的ABA含量均高于5 ℃貯藏條件下。

主軸密封端面有一層穩(wěn)定的水膜，當(dāng)密封間隙有滲漏時(shí)，由于密封環(huán)內(nèi)外徑的壓差促使水流流動(dòng)，而流體通過縫隙受到密封面水膜的粘性力作用，產(chǎn)生節(jié)流效果，壓力逐步降低，以降低主軸密封泄漏量來達(dá)到密封的效果。而當(dāng)軸套和密封塊做相對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在殘余壓力和離心力的作用下，液體在兩個(gè)密封面上相互接觸的極小的間隙內(nèi)互換，水流從一個(gè)空隙移動(dòng)到另一個(gè)空隙，直到達(dá)到縫隙終端為止。流體摩擦產(chǎn)生的熱量也隨之帶出，主軸密封的三個(gè)密封環(huán)形成的三個(gè)空腔用以通入密封水，實(shí)現(xiàn)熱交換。密封水分為兩路，一路通過下環(huán)通孔注入起到潤(rùn)滑、冷卻的效果，完成循環(huán)后的密封水經(jīng)過密封腔后從上環(huán)通孔流出；另一路密封水注入頂環(huán)下部通孔，保持頂環(huán)內(nèi)壓力，有效的阻止了空氣進(jìn)入密封腔內(nèi)，密封水進(jìn)入上密封塊循環(huán)潤(rùn)滑、冷卻后，經(jīng)頂環(huán)上部通孔流出和頂環(huán)蓋溢出。當(dāng)工作密封塊磨損后，通過彈簧的彈力使工作密封塊沿著固定環(huán)徑向移動(dòng)，起到密封自補(bǔ)償?shù)淖饔?，同時(shí)磨損量檢測(cè)器也和浮動(dòng)環(huán)一起徑向移動(dòng)，以監(jiān)測(cè)到密封塊的實(shí)際磨損量。

5 特點(diǎn)對(duì)比

東電水輪機(jī)主軸密封屬于流阻型的非接觸式動(dòng)密封，依靠密封間隙內(nèi)的流體阻力效應(yīng)達(dá)到阻漏的目的。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，檢修維護(hù)方便。由于存在間隙，避免了機(jī)械摩擦，同時(shí)也產(chǎn)生較大滲漏量。該密封受大軸振動(dòng)和擺度影響大，浮動(dòng)環(huán)和大軸不同心產(chǎn)生的偏心距將影響密封受力，造成密封性能減弱。

他們?cè)谲嚴(yán)镎f起了那些短信。是杜一朵提起的，理由是，那些短信有引誘一朵的嫌疑。丁小強(qiáng)持不同見解，他說，那些短信完全是從體恤職員的角度出發(fā)，道理很簡(jiǎn)單，如果一朵不是年輕貌美的少婦，沒有兩條修長(zhǎng)白皙的大腿，而是長(zhǎng)相平庸，體態(tài)一般，那么這些短信根本就不會(huì)引起誤解。丁小強(qiáng)認(rèn)為杜一朵過多地強(qiáng)調(diào)了“自我”意識(shí)，是自視過高的自以為是。

GE水輪機(jī)主軸密封屬于端面密封，有結(jié)構(gòu)上緊湊、檢查方便、使用壽命長(zhǎng)，抗振性好，對(duì)旋轉(zhuǎn)軸的振動(dòng)、偏擺以及水輪機(jī)軸對(duì)密封腔的偏斜敏感度不高的優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，安裝和更換密封時(shí)對(duì)安裝水平要求較高，發(fā)生事故時(shí)，處理較困難。

6 結(jié)束語

瀑布溝6臺(tái)兩種不同廠家生產(chǎn)的水輪機(jī)主軸密封都具有自調(diào)節(jié)功能，對(duì)轉(zhuǎn)輪室的水壓變化有很好的適應(yīng)能力，在工作密封塊發(fā)生磨損能夠自動(dòng)補(bǔ)償。依據(jù)目前使用情況，兩種密封均能很好的滿足當(dāng)前水電站自動(dòng)化的要求，適合新建大型水電站“無人值班、少人值守”的運(yùn)營(yíng)模式。瀑布溝水電站的水輪機(jī)主軸密封經(jīng)過在一年左右的運(yùn)行，密封塊磨損少，頂蓋漏水量少，暫未遇到后期維護(hù)困難情況，起到良好的使用效果，可依據(jù)不同條件推廣應(yīng)用。

TK730.3+25

B

1672-5387（2010）06-0044-03

2010-10-08

武 彬（1973-），男，高級(jí)工程師，從事水電站生產(chǎn)管理工作，