李 軍，朱曉東，王 申，徐東升，成 安，宋紅麗

(安康水力發(fā)電廠，陜西省安康市 725000)

0 前 言

安康聯(lián)營電站是在安康水電站無發(fā)電任務時，為了保障下游18 km處安康城市生產生活需要，利用壩體右岸排沙洞，設計安裝的1臺混流式水輪發(fā)電機組(0號機組)，機組設計容量52.5 WM，水輪機主軸密封采用的是水壓端面密封形式[1-6](如圖1所示)，主軸密封主要由供水管、密封底座、密封橡膠塊、轉環(huán)、密封塊定位銷組成。

主軸密封的作用是在機組正常運行中，阻止頂蓋與主軸間的水大量涌出，防止淹沒水導油槽和水車室。其工作原理為：安裝在密封底座密封槽內的密封橡膠塊，下端通入0.05～0.098 MPa之間的壓力水，壓力水推動密封橡膠塊在密封槽內上浮，頂住固定在主軸上的轉環(huán)，封住頂蓋與主軸之間的滲漏水。密封槽內有4個?16 mm定位銷，作用是限制密封橡膠塊跟隨轉環(huán)轉動，密封橡膠塊有8個?6 mm通流孔，連通密封橡膠塊上端面與下端面，主要是給密封橡膠塊上端面提供潤滑冷卻水。

圖1 安康聯(lián)營電站機組主軸密封結構圖

為了保證主軸密封持續(xù)可靠，安康聯(lián)營電站采用2路水源給主軸密封提供壓力水：一路取自機組技術供水系統(tǒng)；一路取自電站消防水系統(tǒng)。水源管路為?25 mm鍍鋅管，聯(lián)營電站機組水系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 安康聯(lián)營電站機組水系統(tǒng)圖

1 主軸密封水壓存在的問題

圖3 主軸密封橡膠塊下腔水運行監(jiān)測圖

圖3是對聯(lián)營電站機組主軸密封橡膠塊下腔水壓運行監(jiān)測圖，從圖3中可以看出，在開停機過程中，主軸密封塊下腔水壓在0～0.5 MPa范圍內波動。有時0.3 MPa以上水壓持續(xù)1 min，嚴重超出主軸密封橡膠塊工作水壓要求范圍。當主軸密封橡膠塊下腔水壓低于設定值，密封橡膠塊沒有足夠的升力，無法密封住頂蓋與主軸之間的水，引起頂蓋水位過高，超過設定值。升力過大，會使主軸密封橡膠塊與轉環(huán)摩擦力過大，并且造成潤滑冷卻水水量不足，橡膠塊易磨損，甚至燒毀，機組被迫停機檢修。為了保證聯(lián)營電站機組主軸密封能夠在合理水壓下工作，我們也采取了一些措施，如：加派運行人員現(xiàn)場監(jiān)護調整，在主軸密封供水管路上增設排水設施等手段，但效果都不理想。主要是人員反應不及時、調整效果差、增加電站運行成本。主軸密封水壓不穩(wěn)，始終是電站運行的一大安全隱患。

2 原因分析

通過對安康水電站、聯(lián)營電站機組運行過程各部位水壓觀測、分析后發(fā)現(xiàn)，這兩個電站機組在開停機過程中，各部位水壓受水錘影響比較明顯，主軸密封水壓都不穩(wěn)定，安康水電站在0.05～0.2 MPa之間，聯(lián)營電站在0.00～0.5 MPa之間，同時還發(fā)現(xiàn)各自的機組頂蓋運行水壓也不同。

2.1 機組水錘對技術供水系統(tǒng)的影響

從聯(lián)營電站機組供水系統(tǒng)圖(圖2)上可以看出，供水系統(tǒng)是一個相對密閉的管路結構，系統(tǒng)中沒有設置水壓穩(wěn)定裝置，主軸密封水源雖然有2路供給，但都會受工作水頭變化以及機組開停機水錘影響。開停機引起的水錘對整個供水系統(tǒng)影響比較大，也較頻繁。

安康水電站機組供水系統(tǒng)雖然與聯(lián)營電站機組供水系統(tǒng)結構形式相同，但其主軸密封水壓為何變化相對較??？主要是安康水電站供水系統(tǒng)母管接有6個取水口，(4個取自機組引水鋼管、2個取自壩前)，供水系統(tǒng)母管管路長，相對容量大，對機組開停機引起的水錘消納能力強。

2.2 頂蓋運行水壓影響

安康水電站機組頂蓋水壓開停機過程在0～0.2 MPa之間，正常運行在0.08 MPa左右，而聯(lián)營電站機組頂蓋水壓在開停機過程在0～0.59 MPa，正常運行在0.25 MPa左右。從圖1可以看出，這兩個電站主軸密封都是采用的水壓端面密封形式，主軸密封橡膠塊上端一般寬度一致，尺寸略小于密封槽尺寸，而密封橡膠塊下端裙邊部分，尺寸略大于密封槽尺寸，主要作用是當密封塊下端通入壓力水，柔軟的裙邊與密封槽切合，起到密封作用，使密封橡膠塊能夠上浮。當頂蓋壓力水小于密封橡膠塊下端水壓時，密封橡膠塊正常工作。但頂蓋水壓大于密封水壓，就會推動密封橡膠塊裙邊內陷，頂蓋水進入密封橡膠塊下端，提高密封水壓，致使密封橡膠塊與轉環(huán)完全貼合，潤滑冷卻水排除受阻，主軸密封橡膠塊下腔水壓增大，直至與供水管路水壓或頂蓋水壓一致。

2016年10月，為了消除其它水源因素對主軸密封水壓的影響，聯(lián)營電站對主軸密封管路進行改造，將原有的預埋管路封閉，重新用明管鋪設，從更改后的機組開機水壓波動曲線及運行人員描敘的情況(關閉主軸密封進水閥，主軸密封管路壓力表有壓力指示，排水管路有大量水流出)都可以證明，有頂蓋水倒灌到主軸密封橡膠塊下端。

在安康水電站3號機組改造后出現(xiàn)頂蓋運行水壓對主軸密封水壓的影響，與聯(lián)營機組相同的問題。機組帶100 MW以上負荷，頂蓋水壓0.25 MPa左右，主軸密封橡膠塊下腔水壓增大。

2.3 各種因素的疊加

以上2點是引起主軸密封水壓不穩(wěn)的2個主要因素，從聯(lián)營電站機組技術供水系統(tǒng)中可以看出，系統(tǒng)中還接有其它設備，這些設備的取水斷水都會對主軸密封水源水壓產生影響，它們相互作用，或疊加或消融，應當盡量消除。

3 解決方法

為了消除頂蓋水倒灌主軸密封水源，引起主軸密封水壓升高，聯(lián)營電站在供水管路上加裝了1套排水裝置，目的是利用排水口，消減管路中水壓，滿足主軸密封對水壓運行要求。此方法優(yōu)點：管路改造小，費用低，易于實現(xiàn)；缺點:主軸密封水壓受機組水錘、技術供水系統(tǒng)其它設備供、排水以及頂蓋水壓等因素影響較大；供水閥、泄壓閥需要根據(jù)不同工況進行及時調整，運行維護成本高。為了給主軸密封提供一個穩(wěn)定可靠的水源水壓，經過分析討論提出采用開啟式水箱解決方案。

3.1 開啟式水箱運行原理

在聯(lián)營電站設置1個開啟式水箱作為水源，利用高程差，給主軸密封提供水壓相對穩(wěn)定的水源，通過設置主軸密封供水管路上的供水閥開度，就能滿足主軸密封對水壓的要求，如圖4所示。

圖4 聯(lián)營電站開啟式主軸密封水源原理示意圖

3.2 結構特點

(1) 提供穩(wěn)定的水源水壓

水箱采用開啟式，不會因進入水箱水量多少而產生較大的壓力波動，這樣就消除了聯(lián)營電站供水管路因工作水頭、開停機水錘以及其它設備運行狀態(tài)變化而影響主軸密封水源水壓波動。

水箱位置根據(jù)水位差來確定。水輪機主軸密封高程為240.93 m，而發(fā)電機層高程253.00 m有將近12 m的高程差，是一個理想的水源設置點。水箱位置設定后，主軸密封水壓基本保持一致。

水箱設計有溢流隔板，當浮球進水閥損壞或者頂蓋水倒灌水箱，多余的水會從溢流隔板進入水箱溢流管排出，保證水源水壓穩(wěn)定。

(2) 提供清潔的水質

水箱設置有進水區(qū)與出水區(qū)，用隔板隔開，進水區(qū)與出水區(qū)通過通水孔連接，通水孔設置位置距離水箱底部有一定高度，可以將進入水箱中的絕大數(shù)質硬且大的雜質阻止在進水區(qū)，另一方面隔板還能將進入水箱內的輕質雜質隔離在進水區(qū)，這樣可進一步保證主軸密封水清潔。

安康地域水質、氣候都利于水生蚌殼生長，根據(jù)多年對供水管路及水輪機過流段面檢修的經驗，管道銹蝕部分及過流段面粗糙部位，極易寄生大量蚌殼。水生蚌殼生存的一個重要的前提條件就是，要有可靠的附著點。不銹鋼件表面比較光滑且不銹蝕，水生蚌殼很難附著在表面生長繁殖。所以，水箱管路設備全部采取不銹鋼材質制作，這樣既保證供水管路通暢，也使水質更清潔。

(3) 易于維護

在水箱進水區(qū)、供水區(qū)底部都設計有排污閥，可以在每年機組的小修中對水箱進行清掃，日常維護只需要檢查水箱上部是否有漂浮物，進水區(qū)與出水區(qū)水位是否一致就可以了。

4 預期效果

聯(lián)營電站加裝圖4所示的主軸密封水源裝置后，由于水箱溢流功效的作用，無論是因水錘還是頂蓋水倒灌，始終可以保證主軸密封水壓在0.1 MPa左右，滿足機組運轉與停機狀態(tài)需要，消除了影響機組運行的安全隱患，另運行人員不需要在機組開停機時，到現(xiàn)場進行人為調節(jié)，減輕了運行人員工作強度。

5 結 語

通過對安康聯(lián)營電站機組主軸密封水壓異常波動現(xiàn)象分析及處理，得出:第1，水電機組主軸密封水源應當設置一套與電站供水系統(tǒng)壓力獨立的供水系統(tǒng)；第2，機組頂蓋水壓超過0.2 MPa,就要在主軸密封供水管路上設置有效的減壓裝置。在改造機組時要同設計單位進行良好溝通，盡量降低頂蓋運行水壓，以便保證主軸密封水壓工作正常。

參考文獻:

[1] 程友珍,韓亞寧,李世康.碧口水電廠水輪機主軸密封結構形式的分析與實踐[J].西北水電，2012(01)：56-58.

[2] 任麗,李建斌,王煒.丹江電廠5號機組主軸密封的技術改進[J].華中電力，2004(02)：69-70.

[3] 袁蕊,田字勤.水輪機檢修[M].北京:中國電力出版社,2003.

[4] 陳波.多泥沙水輪機主軸密封的改進[J].廣東水利水電.2008(09)：89-89.

[5] 魏智民,尹海城.蜀河水電站燈泡貫流式機組的安裝工藝[J].西北水電，2012(06)：72-76.

[6] 顏海霞,裘學軍 ,熊建平.水輪機主軸密封的研究與實踐[J].水電站機電技術，2011(06)：1-5.