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(yíng)電站是在安康水電站無發(fā)電任務(wù)時(shí)，為了保障下游18 km處安康城市生產(chǎn)生活需要，利用壩體右岸排沙洞，設(shè)計(jì)安裝的1臺(tái)混流式水輪發(fā)電機(jī)組(0號(hào)機(jī)組)，機(jī)組設(shè)計(jì)容量52.5 WM，水輪機(jī)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(zhuǎn)環(huán)、密封塊定位銷組成。

主軸密封的作用是在機(jī)組正常運(yùn)行中，阻止頂蓋與主軸間的水大量涌出，防止淹沒水導(dǎo)油槽和水車室。其工作原理為：安裝在密封底座密封槽內(nèi)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(dòng)密封橡膠塊在密封槽內(nèi)上浮，頂住固定在主軸上的轉(zhuǎn)環(huán)，封住頂蓋與主軸之間的滲漏水。密封槽內(nèi)有4個(gè)?16 mm定位銷，作用是限制密封橡膠塊跟隨轉(zhuǎn)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，密封橡膠塊有8個(gè)?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(rùn)滑冷卻水。

圖1 安康聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組主軸密封結(jié)構(gòu)圖

為了保證主軸密封持續(xù)可靠，安康聯(lián)營(yíng)電站采用2路水源給主軸密封提供壓力水：一路取自機(jī)組技術(shù)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(yíng)電站機(jī)組水系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 安康聯(lián)營(yíng)電站機(jī)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(yùn)行監(jiān)測(cè)圖

圖3是對(duì)聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組主軸密封橡膠塊下腔水壓運(yùn)行監(jiān)測(cè)圖，從圖3中可以看出，在開停機(jī)過程中，主軸密封塊下腔水壓在0～0.5 MPa范圍內(nèi)波動(dòng)。有時(shí)0.3 MPa以上水壓持續(xù)1 min，嚴(yán)重超出主軸密封橡膠塊工作水壓要求范圍。當(dāng)主軸密封橡膠塊下腔水壓低于設(shè)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(shè)定值。升力過大，會(huì)使主軸密封橡膠塊與轉(zhuǎn)環(huán)摩擦力過大，并且造成潤(rùn)滑冷卻水水量不足，橡膠塊易磨損，甚至燒毀，機(jī)組被迫停機(jī)檢修。為了保證聯(lián)營(yíng)電站機(jī)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(yùn)行人員現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)護(hù)調(diào)整，在主軸密封供水管路上增設(shè)排水設(shè)施等手段，但效果都不理想。主要是人員反應(yīng)不及時(shí)、調(diào)整效果差、增加電站運(yùn)行成本。主軸密封水壓不穩(wěn)，始終是電站運(yùn)行的一大安全隱患。

2 原因分析

通過對(duì)安康水電站、聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組運(yùn)行過程各部位水壓觀測(cè)、分析后發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)電站機(jī)組在開停機(jī)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(yíng)電站在0.00～0.5 MPa之間，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)各自的機(jī)組頂蓋運(yùn)行水壓也不同。

2.1 機(jī)組水錘對(duì)技術(shù)供水系統(tǒng)的影響

從聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組供水系統(tǒng)圖(圖2)上可以看出，供水系統(tǒng)是一個(gè)相對(duì)密閉的管路結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)中沒有設(shè)置水壓穩(wěn)定裝置，主軸密封水源雖然有2路供給，但都會(huì)受工作水頭變化以及機(jī)組開停機(jī)水錘影響。開停機(jī)引起的水錘對(duì)整個(gè)供水系統(tǒng)影響比較大，也較頻繁。

安康水電站機(jī)組供水系統(tǒng)雖然與聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組供水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式相同，但其主軸密封水壓為何變化相對(duì)較小？主要是安康水電站供水系統(tǒng)母管接有6個(gè)取水口，(4個(gè)取自機(jī)組引水鋼管、2個(gè)取自壩前)，供水系統(tǒng)母管管路長(zhǎng)，相對(duì)容量大，對(duì)機(jī)組開停機(jī)引起的水錘消納能力強(qiáng)。

2.2 頂蓋運(yùn)行水壓影響

安康水電站機(jī)組頂蓋水壓開停機(jī)過程在0～0.2 MPa之間，正常運(yùn)行在0.08 MPa左右，而聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組頂蓋水壓在開停機(jī)過程在0～0.59 MPa，正常運(yùn)行在0.25 MPa左右。從圖1可以看出，這兩個(gè)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(dāng)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(dāng)頂蓋壓力水小于密封橡膠塊下端水壓時(shí)，密封橡膠塊正常工作。但頂蓋水壓大于密封水壓，就會(huì)推動(dòng)密封橡膠塊裙邊內(nèi)陷，頂蓋水進(jìn)入密封橡膠塊下端，提高密封水壓，致使密封橡膠塊與轉(zhuǎn)環(huán)完全貼合，潤(rùn)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(duì)主軸密封水壓的影響，聯(lián)營(yíng)電站對(duì)主軸密封管路進(jìn)行改造，將原有的預(yù)埋管路封閉，重新用明管鋪設(shè)，從更改后的機(jī)組開機(jī)水壓波動(dòng)曲線及運(yùn)行人員描敘的情況(關(guān)閉主軸密封進(jìn)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(hào)機(jī)組改造后出現(xiàn)頂蓋運(yùn)行水壓對(duì)主軸密封水壓的影響，與聯(lián)營(yíng)機(jī)組相同的問題。機(jī)組帶100 MW以上負(fù)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(diǎn)是引起主軸密封水壓不穩(wěn)的2個(gè)主要因素，從聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組技術(shù)供水系統(tǒng)中可以看出，系統(tǒng)中還接有其它設(shè)備，這些設(shè)備的取水?dāng)嗨紩?huì)對(duì)主軸密封水源水壓產(chǎn)生影響，它們相互作用，或疊加或消融，應(yīng)當(dāng)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(yíng)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(duì)水壓運(yùn)行要求。此方法優(yōu)點(diǎn)：管路改造小，費(fèi)用低，易于實(shí)現(xiàn)；缺點(diǎn):主軸密封水壓受機(jī)組水錘、技術(shù)供水系統(tǒng)其它設(shè)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(jìn)行及時(shí)調(diào)整，運(yùn)行維護(hù)成本高。為了給主軸密封提供一個(gè)穩(wěn)定可靠的水源水壓，經(jīng)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(yùn)行原理

在聯(lián)營(yíng)電站設(shè)置1個(gè)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(duì)穩(wěn)定的水源，通過設(shè)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(duì)水壓的要求，如圖4所示。

圖4 聯(lián)營(yíng)電站開啟式主軸密封水源原理示意圖

3.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

(1) 提供穩(wěn)定的水源水壓

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

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

水箱設(shè)計(jì)有溢流隔板，當(dāng)浮球進(jìn)水閥損壞或者頂蓋水倒灌水箱，多余的水會(huì)從溢流隔板進(jìn)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(zhì)

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

安康地域水質(zhì)、氣候都利于水生蚌殼生長(zhǎng)，根據(jù)多年對(duì)供水管路及水輪機(jī)過流段面檢修的經(jīng)驗(yàn)，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(gè)重要的前提條件就是，要有可靠的附著點(diǎn)。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(zhǎng)繁殖。所以，水箱管路設(shè)備全部采取不銹鋼材質(zhì)制作，這樣既保證供水管路通暢，也使水質(zhì)更清潔。

(3) 易于維護(hù)

在水箱進(jìn)水區(qū)、供水區(qū)底部都設(shè)計(jì)有排污閥，可以在每年機(jī)組的小修中對(duì)水箱進(jìn)行清掃，日常維護(hù)只需要檢查水箱上部是否有漂浮物，進(jìn)水區(qū)與出水區(qū)水位是否一致就可以了。

4 預(yù)期效果

聯(lián)營(yíng)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(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)與停機(jī)狀態(tài)需要，消除了影響機(jī)組運(yùn)行的安全隱患，另運(yùn)行人員不需要在機(jī)組開停機(jī)時(shí)，到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行人為調(diào)節(jié)，減輕了運(yùn)行人員工作強(qiáng)度。

5 結(jié) 語

通過對(duì)安康聯(lián)營(yíng)電站機(jī)組主軸密封水壓異常波動(dòng)現(xiàn)象分析及處理，得出:第1，水電機(jī)組主軸密封水源應(yīng)當(dāng)設(shè)置一套與電站供水系統(tǒng)壓力獨(dú)立的供水系統(tǒng)；第2，機(jī)組頂蓋水壓超過0.2 MPa,就要在主軸密封供水管路上設(shè)置有效的減壓裝置。在改造機(jī)組時(shí)要同設(shè)計(jì)單位進(jìn)行良好溝通，盡量降低頂蓋運(yùn)行水壓，以便保證主軸密封水壓工作正常。

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