韋漢團(tuán)，胡群嬌

（南寧市川水發(fā)電設(shè)備技術(shù)有限公司，廣西 南寧 530031）

1 電站現(xiàn)狀

貴州大橋河水電站1#水輪發(fā)電機(jī)組機(jī)型為HL220-WJ-71，電站額定水頭57 m，額定流量3.6 m3/s，水輪機(jī)主軸轉(zhuǎn)速750 r/min，額定出力1 600 kW，實(shí)際運(yùn)行時(shí)機(jī)組稍超出力到1 650 kW，電站河水含泥沙較多。

原電站主軸密封結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，僅在前蓋內(nèi)腔設(shè)置一副盤(pán)根密封結(jié)構(gòu)（如圖1）。在主軸及前蓋密封槽內(nèi)纏繞幾圈盤(pán)根，用壓蓋及螺栓壓緊，通過(guò)調(diào)整壓縮量，依靠盤(pán)根預(yù)緊力的作用產(chǎn)生變形，填充環(huán)狀間隙，并產(chǎn)生徑向壓力，起到阻水的作用，從而實(shí)現(xiàn)密封。

圖1 改造前主軸密封結(jié)構(gòu)圖

采用盤(pán)根密封，盤(pán)根的預(yù)緊力的選擇比較關(guān)鍵。過(guò)緊，則摩擦力增大，主軸磨損加快；過(guò)松，則起不到密封效果。盤(pán)根密封具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造及安裝、更換方便等特點(diǎn)，且成本低，因此在中低水頭的混流式小機(jī)組中應(yīng)用較廣泛。

其缺點(diǎn)是，主軸長(zhǎng)期高速旋轉(zhuǎn)，盤(pán)根與旋轉(zhuǎn)的主軸長(zhǎng)期摩擦，導(dǎo)致主軸磨損嚴(yán)重，漏水逐漸增加，加上電站水頭較高，漏水也會(huì)增加。大橋河電站每年由于盤(pán)根磨損主軸導(dǎo)致停機(jī)檢修1～2次。由于交通不便，一般由電站自行組織人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行修復(fù)。

電站進(jìn)行主軸盤(pán)根軸位修復(fù)的工藝為：拆機(jī)—清理主軸—補(bǔ)焊磨損部位—手提砂輪機(jī)打磨—回裝。由于電站裝備條件及焊工技術(shù)水平有限，在補(bǔ)焊時(shí)沒(méi)有采取必要的防形變及消除應(yīng)力等措施，修復(fù)后主軸容易產(chǎn)生彎曲變形、機(jī)械強(qiáng)度下降等不良后果。而主軸的彎曲變形，會(huì)導(dǎo)致軸線(xiàn)變位，造成機(jī)組回裝盤(pán)車(chē)找正困難，嚴(yán)重者會(huì)導(dǎo)致機(jī)組振動(dòng)，軸瓦溫度升高等后果，危及電站的安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。再者，電站頻繁拆機(jī)檢修，由此導(dǎo)致的停機(jī)損失較大。

2 改造的方法

受電站委托，我們于2010年3月對(duì)電話(huà)進(jìn)行實(shí)地考察、測(cè)量，結(jié)合機(jī)組的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及電站水質(zhì)條件，通過(guò)方案對(duì)比，最后采用螺旋密封結(jié)構(gòu)，對(duì)電站主軸密封進(jìn)行改造，當(dāng)年4月完成改造，我們的改造思路及方法闡述如下。

2.1 螺旋密封工作原理及設(shè)計(jì)制造

非接觸式螺旋密封是一種比較新型的水輪機(jī)密封型式，屬間隙式無(wú)接觸密封。其工作原理是：旋轉(zhuǎn)軸與軸套之間留有狹小的間隙，其間充滿(mǎn)液體，在旋轉(zhuǎn)軸或軸套上加工出若干道反螺旋形的溝槽，當(dāng)主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，螺旋槽對(duì)液體施加一個(gè)推進(jìn)力并進(jìn)行能量交換，將主軸的旋轉(zhuǎn)動(dòng)能轉(zhuǎn)換成粘性液體的壓力能，從而形成密封壓頭（泵送效應(yīng)）。該密封壓頭與被密封介質(zhì)壓力平衡，從而達(dá)到阻水的目的。

在螺轉(zhuǎn)密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，一般有兩種型式：螺旋槽開(kāi)在旋轉(zhuǎn)軸上的螺桿式螺旋密封，及螺旋槽開(kāi)在孔上的旋套式螺旋密封。大橋河水電站水輪機(jī)主軸直徑Φ200 mm，主軸旋轉(zhuǎn)方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较颍捎谑桥f機(jī)組改造，考慮到電站交通不便，以及改造的實(shí)施和以后的維修成本，我們選用旋套式螺旋密封，即水輪機(jī)主軸不改動(dòng)，而是制作一副分半式的旋套式螺旋密封，旋套的作用機(jī)理如圖2。

圖2 旋套式螺旋密封作用機(jī)理圖

在旋套的設(shè)計(jì)上，螺紋的旋向是第一個(gè)需要特別注意的問(wèn)題。如果方向弄錯(cuò)，則不但不能密封，而且會(huì)導(dǎo)致反向抽水，加大漏水量。

其次，螺旋相對(duì)寬度k1，相對(duì)槽深k2，螺旋角β及齒頂間隙的合理選取，也非常關(guān)鍵。水輪機(jī)組一般外形尺寸較大，主軸密封尺寸也比較大，若齒頂間隙過(guò)小，勢(shì)必造成制造和安裝難度加大，制造及檢修成本高；間隙過(guò)大，又影響密封效果。因此，螺旋密封的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是這次改造成功的關(guān)鍵。

通過(guò)查閱資料、反復(fù)計(jì)算比較，確定出螺旋密封的尺寸參數(shù)。并根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙制造了一副分半型的不銹鋼螺旋密封。

2.2 前蓋的改造

由于1#水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)較緊湊，控制環(huán)安裝在蝸殼的前蓋側(cè)，控制環(huán)上端面到軸承座的軸向僅有不足200 mm距離，而新設(shè)的螺旋密封，直接安裝于現(xiàn)有的頂蓋內(nèi)腔里，那么在以后的檢修中，必然需要移開(kāi)軸承座，才能有足夠的空間檢修與更換密封件，很不方便。為此，我們對(duì)原前蓋作了如下改造：

前蓋原支撐控制環(huán)的上部筒體，用機(jī)加工方法切除（沿圖1的虛線(xiàn)），切去的筒體軸向長(zhǎng)度230 mm，此空間將用于安裝集水箱。

2.3 設(shè)計(jì)制作集水箱兼控制環(huán)支持圓筒

集水箱的設(shè)計(jì)制造比較關(guān)鍵。由于安裝控制環(huán)的前蓋支撐筒體已切除，此處改成安裝集水箱，所以在集水箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，應(yīng)能滿(mǎn)足兩個(gè)功能：集水與安裝支撐控制環(huán)。

由于螺旋密封直接安裝于前蓋內(nèi)腔里，考慮到檢修維護(hù)方便，集水箱采用分半的可分解結(jié)構(gòu)，由兩個(gè)半圓筒組成，用螺栓及密封膠墊把合，集水箱外圓周設(shè)計(jì)上下兩處法蘭，法蘭加工后組裝以抗磨塊，這樣控制環(huán)就可以直接安裝支撐在集水箱外圓周上了（如圖3）。

圖3 改造后的主軸密封結(jié)構(gòu)圖

2.4 控制環(huán)改造

同樣的道理，原控制環(huán)是整圓鑄造結(jié)構(gòu)，要檢修螺旋密封，同樣也要先拆下控制環(huán)，為了方便檢修，控制環(huán)也要重新設(shè)計(jì)成分半結(jié)構(gòu)，其尺寸則在保持與原導(dǎo)水機(jī)構(gòu)傳動(dòng)件位置不變的情況下配套改造。

2.5 改造工藝

我們制訂的改造工藝如下：實(shí)地測(cè)量，設(shè)計(jì)圖紙，把水輪機(jī)前蓋拉到生產(chǎn)廠(chǎng)家，上機(jī)床切除前蓋支撐筒體部分，同時(shí)在前蓋與螺旋密封接合面、前蓋與集水箱接合面共加工3道密封槽，用于安裝密封膠條。制作螺旋密封副、集水箱及控制環(huán)、集水箱要求防泄漏。廠(chǎng)內(nèi)預(yù)裝合格后發(fā)至電站，供電站安裝。

3 改造效果

按照上面的方法，主軸密封改造成螺旋密封結(jié)構(gòu)后，主軸密封漏水問(wèn)題基本解決，集水箱及控制環(huán)采用分半結(jié)構(gòu)，方便了日常檢修，檢修時(shí)直接分解拆下控制環(huán)及集水箱，就可進(jìn)行密封檢修、更換，避免了每次檢修都要吊開(kāi)軸承座、控制環(huán)往后移開(kāi)、而軸承座回裝又得重新調(diào)整找正主軸軸線(xiàn)的麻煩，是比較方便可行的改造方法。

采用螺旋密封，機(jī)組運(yùn)行至今已滿(mǎn)2年，運(yùn)行情況良好，目前尚沒(méi)有出現(xiàn)漏水加大需要更換密封的情況，電站對(duì)改造效果比較滿(mǎn)意。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于高轉(zhuǎn)速多泥沙電站，螺旋密封是比較理想的密封型式。但是，密封件是易損件，就算是再耐磨的材料，遲早也會(huì)磨損，需要更換。因此，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，需要考慮到機(jī)組后期檢修方便。另外，螺旋密封參數(shù)的選擇合理與否，直接影響到密封效果及制造成本，需要嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)地計(jì)算，才能確定。

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