潘軍偉,姜明忠，張占武

(1.中國水電顧問集團(tuán)風(fēng)電隆回有限公司,湖南省邵陽市 422200；2.中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710032))

文章編號(hào)：1006—2610(2015)05—0058—03

桃源電站貫流式機(jī)組主軸密封安裝工藝優(yōu)化

潘軍偉1,姜明忠2，張占武2

(1.中國水電顧問集團(tuán)風(fēng)電隆回有限公司,湖南省邵陽市 422200；2.中國水利水電第三工程局有限公司,西安 710032))

對(duì)桃源電站燈泡貫流式機(jī)組主軸密封的結(jié)構(gòu)型式、工作原理及安裝工藝技術(shù)要求等幾個(gè)方面進(jìn)行闡述，針對(duì)一些關(guān)鍵部位安裝工藝進(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化，取得了顯著成效，可以供同類型電站機(jī)組主軸密封安裝及運(yùn)行檢修時(shí)借鑒使用。

主軸密封；結(jié)構(gòu)型式；工作原理；安裝工藝

1 工程概述

桃源電站位于湖南省桃源縣城沅水流域，是沅水干流河段的第14個(gè)梯級(jí)電站，也是沅水干流最末一個(gè)梯級(jí)電站。桃源水電站正常蓄水水位39.5 m，無調(diào)節(jié)能力，為河床徑流式電站。電站裝機(jī)容量180 MW，裝設(shè)9臺(tái)20 MW的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組。多年平均發(fā)電量為7.93億kWh，年利用小時(shí)數(shù)4 404 h。

2 主軸密封結(jié)構(gòu)型式及工作原理

2.1 主軸密封結(jié)構(gòu)型式

桃源電站主軸密封共有4道，第1道為空氣圍帶式檢修密封，另外3道為工作密封；主軸工作密封由水封蓋、擋水板、水封壓環(huán)、抗磨環(huán)、盤根等組成。

工作密封采用軸向、徑向組合密封結(jié)構(gòu)，工作密封主要采用抗磨材料黃銅和盤根密封方式。盤根主要作用是有效地防止流道內(nèi)水流溢過主軸與水封蓋之間的間隙，水封裝置的漏水靠自重通過排水管路排出水車室。

檢修密封采用充氣圍帶式密封方式，其充氣壓力為0.5～0.8 MPa。工作原理：機(jī)組檢修密封空氣圍帶在機(jī)組停機(jī)或檢修時(shí)投入，空氣圍帶與護(hù)蓋之間的間隙為1.5～2.0 mm。充氣后膨脹的空氣圍帶沿圓周方向貼緊圍帶環(huán)座達(dá)到止水作用，若此時(shí)檢修密封投入，檢修時(shí)可以不用落進(jìn)、尾水閘門，無需將流道內(nèi)的水排空。運(yùn)行時(shí)檢修密封退出，空氣圍帶排氣此時(shí)空氣圍帶與圍帶環(huán)座之間的間隙恢復(fù)正常值，從而對(duì)進(jìn)入檢修密封內(nèi)的水流起到減壓作用。

主軸密封的結(jié)構(gòu)詳如圖1。

2.2 工作密封工作原理

工作密封的供水管路設(shè)計(jì)為2路，分為主用和備用。軸向工作密封運(yùn)行時(shí)通過水封壓環(huán)上游側(cè)彈簧的壓力及供水管壓力的平衡作用形成一層水膜，該水膜可以起到止水、潤滑與冷卻作用，將旋轉(zhuǎn)的抗磨環(huán)與靜止的工字環(huán)分開，使兩者不發(fā)生接觸摩擦，降低抗磨環(huán)與工字環(huán)的磨損量。水膜中向下游流的水通過檢修密封直接進(jìn)入流道，向上游流的水則進(jìn)入徑向工作密封中，運(yùn)行時(shí)被甩出進(jìn)入水箱，通過水箱底部一根DN65的排水管排至集水井。

圖1 主軸密封結(jié)構(gòu)詳圖

停機(jī)時(shí)，依靠裝置中均勻分布在連接法蘭上的24根彈簧的壓力，將工字環(huán)緊壓在轉(zhuǎn)動(dòng)抗磨環(huán)上起到封水作用。徑向密封采用帶自潤滑的聚四氟乙烯浸漬碳纖維方形盤根，通過對(duì)盤根壓縮量的調(diào)整，使少量冷卻潤滑水流經(jīng)盤根與大軸之間的彈性接觸面，可以對(duì)盤根密封面進(jìn)行潤滑和冷卻。其中通過下游側(cè)2道盤根的潤滑水流向檢修密封，以封堵從流道進(jìn)入檢修密封的水壓；穿過上游側(cè)2道盤根的潤滑水進(jìn)入水箱，進(jìn)入水箱的水靠自重通過DN65的排水管排到集水井，另外在水輪機(jī)導(dǎo)軸承扇形板底部增設(shè)了1根DN40排水管，提高排水能力避免內(nèi)導(dǎo)環(huán)內(nèi)部出現(xiàn)大量積水現(xiàn)象。

3 工作密封供水

3.1 供水管路布置

工作密封供水的設(shè)計(jì)思路是在機(jī)組啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)供水，停機(jī)后停止供水。工作密封主用水來自全廠公用技術(shù)供水管路系統(tǒng)。全廠公用技術(shù)供水管路設(shè)置有臥式離心泵、全自動(dòng)濾水器，從電站壩前取水。全廠公用技術(shù)供水取水系統(tǒng)分為2套，第1套布置在1號(hào)機(jī)組副廠房30.80 m高程處，第2套布置在7號(hào)機(jī)組副廠房30.80 m高程處，利用引水管道經(jīng)泵加壓后供到技術(shù)供水總管內(nèi)，然后在每臺(tái)機(jī)組設(shè)置分支管路供至每臺(tái)機(jī)組主軸密封內(nèi)。工作密封備用水來自副廠房壩頂53.0 m高程中間水箱，從中間水箱引下1根DN100管道沿運(yùn)行層35.0 m高程上游邊墻布置，在每臺(tái)機(jī)組設(shè)支路。主、備用供水管匯集到1根DN40供水管路，引至工作密封處分為2支路采用膠管與工作密封供水口連接。

3.2 供水壓力調(diào)整

為保證工作密封供水水質(zhì)，在每套引水管路上均設(shè)置了2道過濾裝置。第1道過濾是一臺(tái)ZLSIII-150型全自動(dòng)濾水器，過濾精度為5.0 mm，濾水器底部還裝設(shè)了1根排污管，可定期自動(dòng)或手動(dòng)排放濾水器中的污物。第2道過濾是在每臺(tái)機(jī)組工作密封進(jìn)水管路上裝設(shè)了一個(gè)過濾器閥門，過濾精度為5.0 mm。初次供水時(shí)應(yīng)將過濾器濾芯、供水膠管拆開，將來水引至排水管內(nèi)，打開供水閥沖洗管道，待水質(zhì)合格后，將膠管回裝。

由于工作密封對(duì)其供水的流量、水質(zhì)和壓力等有較高的要求，為此在工作密封供水主干管上分別安裝了壓力表、壓力開關(guān)和流量開關(guān)等監(jiān)控元件，便于對(duì)供水情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。結(jié)合桃源水電站機(jī)組工作密封供水壓力整定值和前4臺(tái)機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試情況，優(yōu)化整定參數(shù)為：調(diào)試階段工作密封供水流量為90 L/min，進(jìn)入正常運(yùn)行階段供水流量為20 L/min，且進(jìn)入正常運(yùn)行階段要保證供水壓力在0.15～0.25 MPa設(shè)計(jì)范圍內(nèi)。

4 安裝工藝優(yōu)化

桃源電站主軸密封在廠內(nèi)預(yù)裝檢驗(yàn)合格后發(fā)往現(xiàn)場(chǎng)，安裝前對(duì)各部件加工尺寸進(jìn)行復(fù)核，做好標(biāo)記進(jìn)行拆解清洗。

(1) 將軸護(hù)肩、圍帶壓環(huán)與主軸連接固定隨同主軸一起吊入基坑，待空氣圍帶和圍帶環(huán)座組裝后套在主軸法蘭上并臨時(shí)固定，再進(jìn)行轉(zhuǎn)輪與主軸的連接。

(2) 將水封蓋、甩水環(huán)、擋水板、水封壓環(huán)和工字環(huán)等清洗后吊入水車室，待主軸軸線二次調(diào)整完成后進(jìn)行主軸密封剩余部件的安裝工作。

(3) 檢修密封施工工藝技術(shù)要求：空氣圍帶在裝配前應(yīng)對(duì)其密封性進(jìn)行檢查，試驗(yàn)壓力為0.05 MPa，將空氣圍帶放置在水中保持10 min，應(yīng)無漏氣現(xiàn)象；安裝后，徑向間隙應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求，偏差不應(yīng)超過設(shè)計(jì)間隙值的±20%。

(4) 軸向密封施工工藝技術(shù)要求：轉(zhuǎn)動(dòng)抗磨環(huán)及工字環(huán)安裝后，轉(zhuǎn)動(dòng)抗磨環(huán)的平面度應(yīng)保證密封面平直度不大于0.05 mm/m，工字環(huán)應(yīng)移動(dòng)靈活以補(bǔ)償固定抗磨環(huán)的磨損量。

(5) 盤根密封施工工藝技術(shù)要求：安裝時(shí)需注意調(diào)整水封壓環(huán)的壓緊量，并保證整圓壓縮均勻，4根盤根切口要錯(cuò)開180°，盤根密封的漏水量應(yīng)小于50 L/min，如果漏水量偏大可以通過調(diào)整水封壓環(huán)的壓緊量來實(shí)現(xiàn)。

(6) 盤根安裝初期壓緊量要適宜，如果安裝過緊將會(huì)導(dǎo)致主軸密封水無法進(jìn)入盤根與主軸接觸面，不能及時(shí)對(duì)盤根進(jìn)行冷卻潤滑，導(dǎo)致盤根磨損漏水。工字環(huán)施工工藝技術(shù)要求是：保證機(jī)組正常運(yùn)行時(shí)，工字環(huán)與大軸之間的間隙均勻且符合設(shè)計(jì)要求即可。

(7) 所有合縫面涂樂泰515密封膠，保證密封可靠性；所有銷釘和固定螺栓安裝時(shí)涂樂泰242止動(dòng)膠。

綜上所述，主軸密封主要部件尺寸的校核，把合縫的清理和密封膠的涂抹一定要仔細(xì)到位，嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)工藝要求安裝，保證主軸密封良好使用及運(yùn)行。

5 結(jié) 語

桃源水電站燈泡貫流式水輪機(jī)由于受本身結(jié)構(gòu)型式的制約，主軸密封存在以下缺點(diǎn)：一是由于燈泡體內(nèi)空間窄小，水封蓋、水封壓環(huán)等部件又都是在機(jī)組內(nèi)部組裝，因此安裝檢修極為不便；二是由于主軸密封排水管路上未設(shè)計(jì)流量裝置，無法對(duì)主軸密封漏水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)；三是水導(dǎo)軸承與主軸密封間距設(shè)計(jì)量較小，如果主軸密封漏水量較大，排水管無法及時(shí)排出就會(huì)從水箱與大軸之間的縫隙噴出，如果噴入水導(dǎo)軸承油盆就會(huì)造成油混水事故，嚴(yán)重威脅機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

經(jīng)過安裝工藝優(yōu)化，桃源電站首臺(tái)機(jī)組于2013年11月3日，末臺(tái)(9號(hào))機(jī)組于2014年10月13日正式投入商業(yè)運(yùn)行。截止到目前，所有投產(chǎn)機(jī)組主軸密封運(yùn)行安全穩(wěn)定，未出現(xiàn)漏水不正?，F(xiàn)象。

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Optimization of Installation of Main Shaft Sealing of Tubular Turbine-generator Unit

PAN Jun-wei1, JIANG Ming-zhong2, ZHANG Zhan-wu2

(1. HYDROCHINA Longhui Wind Power Co., Ltd., Shaoyang, Hunan 422200，China;2. Sinohydro Engineering Bureau 3 Co., Ltd, Xi'an 710032，China)

Structure, operating principle and installation technology requirements, etc of the main shaft sealing of the bulb tubular unit in Taoyuan Hydropower Station are described. The installation technology of certain key positions is optimized. The optimization results in significant achievement. It can be referred to the sealing installation and maintenance of the similar power stations. Key words:sealing of main shaft; structural type; operation principle; installation technology

2015-03-25

潘軍偉(1987- )，男，河南省新蔡縣人，助理工程師，從事水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)備安裝調(diào)試及施工管理.

TK733.8

A

10.3969/j.issn.1006-2610.2015.05.017