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        大渡河安谷水電站1號水輪機(jī)主軸密封處理方式新探

        2015-02-01 03:52:52雪,峰,
        四川水力發(fā)電 2015年6期
        關(guān)鍵詞:處理措施問題

        張 冰 雪, 程 海 峰, 張 海 江

        (中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司,四川 樂山 614013)

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        大渡河安谷水電站1號水輪機(jī)主軸密封處理方式新探

        張 冰 雪,程 海 峰,張 海 江

        (中國水電建設(shè)集團(tuán)圣達(dá)水電有限公司,四川 樂山614013)

        摘要:從安谷電站機(jī)組處理情況來看,在分析處理過程中,不但需要認(rèn)真詳細(xì)梳理本臺機(jī)組主軸密封及相關(guān)部件安裝過程中每一個環(huán)節(jié),認(rèn)真細(xì)致查閱本臺機(jī)組主軸密封及相關(guān)部件驗(yàn)收過程中每一份資料;而且要比對其他機(jī)組相同部件相同部位相同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和資料,從中找出那怕是很細(xì)微的差別,這些細(xì)微的差別也許就是很重要的突破口。還要從設(shè)計(jì)、制造、安裝、驗(yàn)收等各個層面著手進(jìn)行優(yōu)化和控制,確保機(jī)組主軸密封缺陷處理方便及時,保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        關(guān)鍵詞:安谷水電站;主軸密封;問題;原因;處理措施

        1電站概況

        大渡河安谷水電站位于四川省樂山市市中區(qū)安谷鎮(zhèn)與沙灣區(qū)嘉農(nóng)鎮(zhèn)接壤的大渡河干流上,為大渡河干流梯級開發(fā)中的最后一級。本工程采用混合開發(fā)方式,即建壩壅水高20.0m,河床式廠房;廠后接長約9 461m的尾水渠,尾水渠利用落差15.5m。電站正常蓄水位398.0m,相應(yīng)庫容6 330萬m3。電站安裝4臺單機(jī)19萬千瓦大型軸流轉(zhuǎn)槳式水輪發(fā)電機(jī)組,額定水頭33.0m,設(shè)計(jì)引用流量2 576.0m3/s;為滿足下游原河床生態(tài)用水,在泄洪渠安裝1.2萬kW生態(tài)機(jī)組,總裝機(jī)容量77.2萬kW,多年平均發(fā)電量31.44億kWh,利用時數(shù)4 073h。水電站于2012年3月日開工建設(shè)。2015年8月全部機(jī)組投產(chǎn)發(fā)電。

        21號機(jī)組調(diào)試期間主軸密封運(yùn)行存在的問題

        安谷水電站1#機(jī)組2014年12月11日進(jìn)入商業(yè)運(yùn)行,機(jī)組振動擺度等各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)良好。但是在機(jī)組調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn):機(jī)組空轉(zhuǎn)、空載及機(jī)組帶負(fù)荷2萬kW以下時, 1臺頂蓋泵運(yùn)行就能保持頂蓋水位不繼續(xù)上升;但負(fù)荷在2萬kW及以上時,主軸密封效果驟然下降,頂蓋漏水大增,水位上漲較快,設(shè)計(jì)4臺頂蓋排水泵全部運(yùn)行都不能保持頂蓋水位,不能滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行的要求。

        3水輪機(jī)主軸密封結(jié)構(gòu)及其工作原理

        3.1安谷水電站水輪機(jī)主軸密封結(jié)構(gòu)

        主軸密封分為檢修密封和工作密封。檢修密封由檢修密封座、空氣圍帶、檢修密封蓋等組成;在機(jī)組停機(jī)或檢修狀態(tài)下,給空氣圍帶持續(xù)通入壓縮空氣使圍帶膨脹,從而將轉(zhuǎn)動件和固定件之間的間隙填塞,阻止流道中的壓力水源進(jìn)入頂蓋里面。工作密封主要由轉(zhuǎn)環(huán)、密封環(huán)、固緊環(huán)、密封水供給管路等組成;在機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)下,給主軸密封裝置持續(xù)通入清潔的主軸密封壓力水,從而在轉(zhuǎn)環(huán)與密封環(huán)之間形成水膜,阻止流道中的壓力水源進(jìn)入頂蓋里面。具體結(jié)構(gòu)見圖1。

        3.2工作原理

        在水機(jī)軸護(hù)蓋(轉(zhuǎn)動件)上固定不銹鋼轉(zhuǎn)環(huán)(序25)隨主軸一起轉(zhuǎn)動;在與支持蓋固定的固緊環(huán)(固定件)下通過彈簧和旋塞布置密封環(huán)(序23),在密封環(huán)下部布置復(fù)合材料制成的密封塊(序24);轉(zhuǎn)環(huán)與密封塊既要相互貼合又不能貼合過緊。相互貼合,可以利用主軸密封水壓和貼合面的水膜抵御流道來水,不能過緊主要是防止干摩擦燒損密封塊,破壞貼合面,達(dá)不到封水效果。密封環(huán)與密封塊上均設(shè)有通水孔,依靠清潔水潤滑冷卻潤滑貼合面,依靠密封環(huán)上部的彈簧和密封環(huán)內(nèi)置管腔中的主軸密封水壓,密封環(huán)與密封塊一起可以緊隨轉(zhuǎn)環(huán)位置上下浮動,進(jìn)行自動調(diào)節(jié),便于在密封塊逐漸磨損過程中和機(jī)組抬機(jī)狀態(tài)下以及機(jī)組下沉過程中均能達(dá)到封水效果。

        3.3頂蓋排水設(shè)施配置

        圖1 主軸密封結(jié)構(gòu)圖

        由于主軸密封水通入密封裝置后也需要排 出,而且也不可能做到完全阻止流道水量流入頂蓋,同時伴隨結(jié)構(gòu)和裝置的特點(diǎn)及使用性能變化,流入頂蓋的水量在不同工況下差別還比較大,頂蓋內(nèi)都要配置足夠的頂蓋排水設(shè)施,確保廠房安全。安谷水電站實(shí)際配置2臺流量為54m3/h自吸泵和兩臺流量為23m3/h潛水泵作為頂蓋排水泵,兩臺自吸泵一主一備互相切換,兩臺潛水泵并列運(yùn)行,作為二級備用。

        4原因分析

        4.1加裝臨時泵

        根據(jù)同類型機(jī)組運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)結(jié)合本電站實(shí)際,為了確切弄清楚主軸密封漏水的水量大小,并驗(yàn)證頂蓋排水泵設(shè)計(jì)是否偏小。經(jīng)討論研究后,為了取得相關(guān)數(shù)據(jù)并確保安全,決定通過加裝臨時潛水泵輔助排水并進(jìn)行觀察實(shí)驗(yàn)。具體觀察試驗(yàn)結(jié)果是:機(jī)組帶負(fù)荷2萬以上時,機(jī)組配置的4臺頂蓋排水泵全部啟動后,頂蓋水位仍然上升, 兩臺流量為60m3/h臨時潛水泵一并投運(yùn)后,頂蓋水位不再上升,不能滿足運(yùn)行要求。

        4.2調(diào)整主軸密封水壓

        根據(jù)廠家設(shè)計(jì)要求,主軸密封水源壓力要求為0.2~0.4MPa?,F(xiàn)場實(shí)地觀測:主軸密封水壓主用水源取自消防管路,消防管路日常水壓通過壩頂消防水箱維持管路壓力在0.4MPa;主軸密封主用水源管路上裝設(shè)兩個濾水器,由于濾水器的減壓作用使得主軸密封進(jìn)口壓力最大只能維持在0.32MPa。結(jié)合曾提出但未實(shí)施的想法(在主軸密封水源進(jìn)口管路上設(shè)置加壓泵以增加主軸密封水壓)進(jìn)行判斷認(rèn)為:漏水量大主要與主軸密封水壓不夠有關(guān)。于是現(xiàn)場調(diào)整主軸密封水壓進(jìn)行試驗(yàn):

        (1) 主軸密封水源管路上裝設(shè)兩道濾水器中的濾心取掉,主軸密封進(jìn)口壓力提高到0.36MPa;

        (2)將將消防水管路壓力通過消防泵加壓到0.55MPa,主軸密封進(jìn)口壓力提高到0.47MPa。

        觀察結(jié)果為:此兩種狀況對主軸密封漏水量影響基本沒有變化。需要說明的是,在調(diào)整主軸密封水壓過程中,為了取得各種工況的數(shù)據(jù),曾一度將水壓調(diào)至很低至0.05MPa,然后逐漸調(diào)至各種壓力,也沒有明顯效果。故排除主軸密封壓力的因素。

        4.3處理密封環(huán)上部的壓緊彈簧

        經(jīng)詳細(xì)比較分析,發(fā)現(xiàn)1#機(jī)組所用密封環(huán)上部的彈簧與2#機(jī)組不一致。1#機(jī)組的彈簧短且性能沒有2#機(jī)組的好。正常情況下,在密封環(huán)自身重力和均布的28顆彈簧壓縮下,并利用主軸密封水壓,密封環(huán)及密封塊緊貼轉(zhuǎn)環(huán)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)密封。1#機(jī)組空轉(zhuǎn)、空載及低負(fù)荷(2萬以下)運(yùn)行時密封良好;隨負(fù)荷增加,漏水量加大,主要因素應(yīng)該是:隨負(fù)荷增加,機(jī)組轉(zhuǎn)動部分軸向水推力增大,機(jī)組轉(zhuǎn)動部分向下位移,但是彈簧彈力不足,密封環(huán)未隨機(jī)組向下移動或向下移動壓緊力不足,導(dǎo)致密封環(huán)與轉(zhuǎn)環(huán)之間間隙過大,水流由流道大量涌入。

        經(jīng)分析研究,決定對1#機(jī)組的壓緊彈簧采用循序漸進(jìn)的方式進(jìn)行處理并進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。首先,在彈簧和彈簧壓緊螺釘間加裝厚20mm平墊進(jìn)行試驗(yàn),無明顯效果;隨后,直接更換彈簧,先后三次分別更換8顆、16顆、28顆,進(jìn)行試驗(yàn),更換彈簧時對稱進(jìn)行,三次試驗(yàn)均無明顯效果。

        4.4拆解密封裝置

        為了進(jìn)一步分析處理,拆解工作密封檢查,主要檢查結(jié)果為:(1)止動銷下部有呈黑色嚴(yán)重劃痕;(2)密封環(huán)φ9密封圈自動脫掉;(3)密封環(huán)與固緊環(huán)接觸面有毛刺和劃傷痕跡;(4)密封塊工作面磨損嚴(yán)重;轉(zhuǎn)環(huán)表面有劃痕。

        根據(jù)檢查情況推測:止動銷和止動板之間存在憋勁,密封環(huán)后φ9密封圈過長,密封環(huán)及固緊環(huán)受力不均且有憋勁。這幾種因素綜合起來,影響了密封環(huán)的上下自由浮動,當(dāng)機(jī)組帶負(fù)荷運(yùn)行受到水推力下沉?xí)r,密封環(huán)未跟著下沉,從而未發(fā)揮密封作用。同時從密封塊及轉(zhuǎn)環(huán)貼合面損傷情況分析,主要有以下因素:(1)實(shí)際運(yùn)行中,轉(zhuǎn)環(huán)上平面的平面度或(和)密封環(huán)下平面的平面度不符合要求;(2)前期調(diào)整主軸密封水壓過程中,在機(jī)組開機(jī)空轉(zhuǎn)或負(fù)荷在上2萬W以下時,主軸密封水壓調(diào)整的過低,密封塊與轉(zhuǎn)環(huán)貼合面未形成有效水膜,而且流道來水中含有大量泥沙等因素致使結(jié)合面干摩擦所致。

        分析之后,然后進(jìn)行如下處理:對止動板銷槽上下直角口倒角處理,對銷柱進(jìn)行加工,將直徑減小1mm;將φ9密封圈長出部分剪掉,重新裝配密封圈;對密封環(huán)內(nèi)、外側(cè)面毛刺及轉(zhuǎn)環(huán)劃痕進(jìn)行打磨處理;對密封塊工作面和轉(zhuǎn)環(huán)工作面配刨處理(返廠);對大軸護(hù)蓋打磨,重新配裝轉(zhuǎn)環(huán),按要求調(diào)整轉(zhuǎn)環(huán)上平面的平面度、密封環(huán)下平面的平面度、密封環(huán)導(dǎo)向段垂直度。進(jìn)行回裝,開機(jī)試驗(yàn),漏水情況沒有改變。

        4.5再次拆解密封裝置

        在上述試驗(yàn)和處理結(jié)果的基礎(chǔ)上經(jīng)多次討論綜合分析,認(rèn)為造成目前狀況的主要因素在于:在密封裝置或者是護(hù)蓋等封水部位的某個部件存在直接漏水通道(或是結(jié)構(gòu)性裂紋或者焊縫裂紋),導(dǎo)致流道中的壓力水源直接漏進(jìn)頂蓋里面。再次拆解密封裝置,進(jìn)行全面檢查,重點(diǎn)進(jìn)行各種可能的水流試驗(yàn)尋找漏水的通道。

        4.5.1密封環(huán)外側(cè)的O型密封圈處漏水

        測量間隙值,X方向約0.45mm,Y方向約0.36mm,此狀態(tài)不足以導(dǎo)致頂蓋漏水無法控制。

        4.5.2密封環(huán)工作面漏水

        停機(jī)態(tài)時關(guān)閉主軸密封水源,通過投退檢修密封觀察頂蓋里面涌水情況,判斷是否從密封環(huán)工作面大量來水。(1) 投入空氣圍帶,將頂蓋水位抽至低水位,在密封環(huán)上方均勻架設(shè)4個千斤頂和鋼管,使密封環(huán)向下緊貼轉(zhuǎn)環(huán)。(2)打開空氣圍帶排氣閥,退出空氣圍帶。觀察:水流從密封面大量涌出。(3)拆解4個千斤頂,讓密封環(huán)自由落于轉(zhuǎn)環(huán)上方。(4)重復(fù)上述(1)(2)試驗(yàn),觀察:水流從密封面大量涌出。由此可見,密封環(huán)工作面本身漏水可能性較小,來水主要在于密封面之外其他位置,并大量涌向密封工作面。

        4.5.3結(jié)構(gòu)性裂紋或焊縫裂紋或螺紋漏水

        4.5.3.1初步檢查判斷

        停機(jī)態(tài)時,通過投退主軸密封水源,觀察頂蓋里面水流去向,判斷是否存在裂紋以及裂紋所在部位。打開主軸密封水(開很小量),密封水流入密封環(huán)內(nèi)側(cè),進(jìn)行觀察:密封環(huán)內(nèi)側(cè)水位不變,表明不正常。正常情況應(yīng)該是密封環(huán)內(nèi)側(cè)水位要上漲,之后從密封環(huán)上方翻過。關(guān)閉密封水,觀察:密封環(huán)內(nèi)側(cè)水位下降,表明也不正常。正常情況是水位保持。初步判斷護(hù)蓋本身可能存在裂紋而滲漏。

        4.5.3.2進(jìn)一步檢查判斷

        將固緊環(huán)、密封環(huán)、密封支架等部件全部吊起,在護(hù)蓋轉(zhuǎn)環(huán)內(nèi)側(cè)輕微少量逐步加水(主軸密封水),同時噴灑染色劑,觀察:水位開始與與轉(zhuǎn)環(huán)表面平齊,然后逐漸降低至護(hù)蓋表面,最后保持住該水位,同時染色劑在水面流動。從幾個方向觀察,發(fā)現(xiàn)染色劑流向護(hù)蓋沉頭螺栓緊固處(護(hù)蓋是通過沉頭螺栓與大軸螺栓進(jìn)行把合固定)。由此進(jìn)一步判斷,護(hù)蓋沉頭螺栓緊固處可能存在直接漏水通道。

        4.5.3.3確認(rèn)判斷

        將護(hù)蓋全部24顆沉頭螺栓拆下,檢查發(fā)現(xiàn):沉頭螺栓緊固處均沒有加裝墊片。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際和螺栓規(guī)格尺寸分析:由于沒有墊片,且螺栓存在圓倒角,導(dǎo)致沉頭螺栓未與護(hù)蓋完全結(jié)合緊密,自然形成了流道與頂蓋的水流通道。

        5處理過程

        (1)清理沉頭螺栓,回裝時加裝平墊圈,重點(diǎn)檢查:螺栓安裝扭矩達(dá)到設(shè)計(jì)要求;護(hù)蓋筋板頂緊在主軸上確保護(hù)蓋下部角密封可靠。

        (2)為可靠防動和絕對防止漏水,在沉頭螺栓上方增加螺栓封蓋,封蓋用現(xiàn)場鋼板制作,封蓋與護(hù)蓋焊接一體,將將螺栓密閉封住,徹底截?cái)嗔鞯琅c頂蓋的自然水流通道。

        (3)焊接后進(jìn)行轉(zhuǎn)環(huán)回裝,重點(diǎn)盤車檢查轉(zhuǎn)環(huán)水平度及平面度。

        (4)回裝主軸密封,重點(diǎn)檢查轉(zhuǎn)環(huán)和密封塊分瓣面涂抹密封膠,轉(zhuǎn)環(huán)和密封塊貼合緊密。

        (5)考慮主軸密封環(huán)與固緊環(huán)間隙較大的現(xiàn)狀,原密封環(huán)上使用的φ9橡膠圓條更換為φ10橡膠圓條,重點(diǎn)檢查更換后密封環(huán)頂起試驗(yàn)效果。

        處理完畢開機(jī)運(yùn)行,主軸密封漏水量大大減小。經(jīng)測量在各種工況下,1臺潛水泵大約間隔7分鐘運(yùn)行7分鐘,完全能夠滿足機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行需要。

        6結(jié)語

        由于安谷電站機(jī)組結(jié)構(gòu)特點(diǎn),主軸密封裝置位于支撐蓋中錐內(nèi)且在水導(dǎo)軸承下方,空間狹小,操作不便,安裝和處理難度大。從本電站處理情況來看,在分析處理過程中,不但需要認(rèn)真詳細(xì)梳理本臺機(jī)組主軸密封及相關(guān)部件安裝過程中每一個環(huán)節(jié),認(rèn)真細(xì)致查閱本臺機(jī)組主軸密封及相關(guān)部件驗(yàn)收過程中每一份資料;而且要比對其他機(jī)組相同部件相同部位相同環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)和資料,從中找出那怕是很細(xì)微的差別,這些細(xì)微的差別也許就是很重要的突破口;同時,要堅(jiān)持頭腦風(fēng)暴法,發(fā)散思維,堅(jiān)持懷疑一切的思路,堅(jiān)決摒棄驗(yàn)收通過了的就沒問題的思考方法;要充分利用一切措施對懷疑的可能因素進(jìn)行排查確認(rèn),包括設(shè)計(jì)思路、結(jié)構(gòu)特性、連接構(gòu)件及封焊情況;最后,還要從設(shè)計(jì)、制造、安裝、驗(yàn)收等各個層面著手進(jìn)行優(yōu)化和控制,確保機(jī)組主軸密封缺陷處理方便及時,保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

        張冰雪(1973-),男,四川閬中人,水利水電動力工程專業(yè)本科畢業(yè),工學(xué)學(xué)士,高級工程師,從事水電站機(jī)電技術(shù)管理;

        程海峰(1977-),男,安徽霍山人,發(fā)電廠及電力系統(tǒng)專業(yè)專科畢業(yè),技師,從事水電站機(jī)電技術(shù)管理;

        張海江(1986-),男,云南石林人,能源動力系統(tǒng)及自動化專業(yè)本科畢業(yè),工學(xué)學(xué)士,助理工程師,從事水電站機(jī)電技術(shù)管理.

        (責(zé)任編輯:卓政昌)

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        收稿日期:2015-09-15

        文章編號:1001-2184(2015)06-0180-04

        文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        中圖分類號:[TM622];TK73;U464.133+.4

        作者簡介:

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