葉文波，萬乾鈺，黃 奎，成傳詩，楊豆思，王永業(yè)

（中國長江電力股份有限公司，湖北省宜昌市 443002）

0 引言

在對葛洲壩電站增容改造過程中，對原主軸密封進(jìn)行了改造換型[1]，將主軸密封的工作密封由原來的雙平板橡膠密封改為新型自補(bǔ)償端面密封[2]。

1 主軸密封的形式及工作原理

水輪發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過程中，蝸殼中的江水通過轉(zhuǎn)輪與下導(dǎo)流錐的間隙經(jīng)缸體及缸體護(hù)罩之間的間隙滲透到主軸及主軸護(hù)罩之間間隙處進(jìn)入工作密封渾水腔。工作密封通過對抗磨板和密封圈注入壓力水，形成水膜，防止江水進(jìn)入水車室。通過浮動環(huán)與水輪機(jī)主軸之間的間隙匯集的水進(jìn)入水箱自流排入下導(dǎo)流錐，再通過頂蓋泵抽走。工作密封的作用是防止轉(zhuǎn)輪室內(nèi)的壓力水從轉(zhuǎn)輪與頂蓋之間滲漏到頂蓋內(nèi)，造成水淹水導(dǎo)軸承，影響機(jī)組安全穩(wěn)定工作同時也對密封塊起到潤滑，達(dá)到減小其磨損的效果。

水輪機(jī)主軸密封位于下導(dǎo)流錐內(nèi)，在水導(dǎo)軸承下方，工作密封安裝在主軸護(hù)罩上方，檢修密封在主軸護(hù)罩側(cè)面。

水電站主軸密封按工作方式分為工作密封和檢修密封。

檢修密封是水輪機(jī)停機(jī)或工作密封檢修時的一種密封，防止尾水位較高時倒灌進(jìn)入頂蓋內(nèi)。其工作原理是在機(jī)組停機(jī)或檢修時，對密封充壓縮空氣，充氣氣壓一般在0.4～0.8MPa，堵住轉(zhuǎn)動部件與固定部件之間的間隙，防止尾水由于其水位較高發(fā)生倒灌所設(shè)的密封[3]。按其結(jié)構(gòu)形式可以分為空氣圍帶式、機(jī)械式，但在實(shí)際中大多數(shù)運(yùn)用空氣圍帶式檢修密封[4]。機(jī)組啟動、運(yùn)行時，為避免主軸和空氣圍帶之間的摩擦，必須保證空氣圍帶已撤除，撤除方式為排掉壓縮空氣，使空氣圍帶與主軸之間保持2mm左右的間隙。檢修密封為空氣圍帶式密封，主要由空氣圍帶、圍帶底座、圍帶蓋及其供氣、排氣裝置組成。

水輪機(jī)工作密封按照結(jié)構(gòu)形式可以分為非接觸式、接觸式和組合式，接觸式分為軸向和徑向，軸向密封又可分為自補(bǔ)償式和平板式。由于雙平板密封結(jié)構(gòu)容易受工況、水質(zhì)影響，平板磨損后無法進(jìn)行自補(bǔ)償，維護(hù)與檢修成本的增加等原因，故葛洲壩電站將雙平板密封更換成了自補(bǔ)償性軸向端面密封[4]。

2 工作密封的結(jié)構(gòu)及封水原理

工作密封的結(jié)構(gòu)如圖1所示，由上蓋板、水箱、上蓋、浮動環(huán)、密封箱、抗磨板、密封塊、潤滑水管、彈簧等主要部件組成。

抗磨板通過內(nèi)六角螺栓固定在主軸護(hù)罩上，隨主軸轉(zhuǎn)動，而密封塊固定在浮動環(huán)上，為固定部件，機(jī)組運(yùn)行時，通過供水管路向抗磨板和密封塊投入清潔水，清潔水的壓力大于涌入的江水的壓力，通過浮動環(huán)自重、彈簧彈力、密封水壓等各力的平衡在浮動環(huán)和密封塊之間形成0.05～0.10mm厚的水膜，起到很好的密封和潤滑作用。

圖1 工作密封結(jié)構(gòu)示意圖Fig．1 The structural diagram of the working seal

3 抗磨板水平測量方法

3.1 盤車端跳法

根據(jù)架設(shè)在抗磨板上百分表顯示的各測點(diǎn)的端跳值來調(diào)整抗磨板的水平，具體調(diào)整方法為加銅墊（測點(diǎn)部位偏高）或者打磨主軸護(hù)罩（測點(diǎn)部位偏低），盤車開始時百分表需調(diào)零，盤車結(jié)束時百分表回零，所測的數(shù)據(jù)才有效，理論上抗磨板分度圓上測點(diǎn)數(shù)據(jù)越多，測得的水平值越精準(zhǔn)，所以如果要將抗磨板水平調(diào)到0.05mm以內(nèi)，必須設(shè)置足夠多的測點(diǎn)，但是測點(diǎn)太多則效率太低[5]。

3.2 卡耶里法

以抗磨板為測量平面，在抗磨板上定義一個分度圓，以這個分度圓上任意一點(diǎn)為基準(zhǔn)，以合相水平儀的長度為相鄰兩測點(diǎn)之間的弦距。通過抗磨板直徑確定定義在上面的分度圓直徑，將分度圓等分為N等份，每等分弦長為合相水平儀的長度，分度圓直徑、分度圓份數(shù)、合相水平儀長度之間的關(guān)系為：

式中N——分度圓等份數(shù)；

L——合相水平儀長度；

D——抗磨板分度圓直徑。

根據(jù)抗磨板分度圓直徑D為1881mm，合相水平儀的長度L為165mm計(jì)算出測量點(diǎn)數(shù)為35，以合相水平儀測量后一點(diǎn)相對前一點(diǎn)的值，乘以合相水平儀的長度即為后一點(diǎn)相對前一點(diǎn)的高差。所測數(shù)據(jù)用matlab軟件擬合進(jìn)行調(diào)整[6]。

此方法要求所測平面為一個整體，但是抗磨板為分瓣組合起來的，組合縫存在端跳，此處測得的數(shù)據(jù)會失真。

3.3 端跳卡耶里法

為了提高效率的同時保證抗磨板的水平，結(jié)合端跳法和卡耶里法的優(yōu)點(diǎn)，按卡耶里方法取點(diǎn)，以百分比監(jiān)測這些測點(diǎn)的水平和分瓣抗磨板的端跳，并記錄數(shù)據(jù)。盤車完成后，再以合相水平儀測這些測點(diǎn)的水平進(jìn)行輔助校核。

4 主軸密封的調(diào)整過程

4.1 安裝流程

抗磨板預(yù)裝→密封圈預(yù)裝→抗磨板安裝→密封圈安裝→盤車測抗磨板端跳→空氣圍帶安裝→密封箱安裝→上蓋及彈簧安裝→水箱及供水管路安裝→充水檢查及壓力試驗(yàn)。

4.2 抗磨板水平調(diào)整

以合相水平儀的長度為間距，水平儀的端點(diǎn)為標(biāo)準(zhǔn)布置測點(diǎn)，在抗磨板內(nèi)、外圈架設(shè)百分表，如圖2所示。內(nèi)外圈各35個測點(diǎn)，其中，組合縫測點(diǎn)為：1號點(diǎn)、8號點(diǎn)、15號點(diǎn)、22號點(diǎn)、29號點(diǎn)，由于組合縫的存在這些點(diǎn)會產(chǎn)生端跳突變，故一個測點(diǎn)要記錄兩個端跳值。測點(diǎn)標(biāo)記完成后進(jìn)行盤車，記錄抗磨板測點(diǎn)端跳值，第一圈盤車后抗磨板端跳數(shù)值散點(diǎn)圖如圖3所示。

從曲線可以看出：第一塊抗磨板的水平度幾乎都在0.10mm以內(nèi)，基本滿足要求；第二塊和第三塊抗磨板過高，8號點(diǎn)到10號點(diǎn)打磨0.05mm，10號點(diǎn)到22號點(diǎn)需打磨0.1mm，由圖可知，應(yīng)將內(nèi)圈比外圈多磨0.1mm；第四塊抗磨板26號點(diǎn)到29號點(diǎn)需加銅墊；第五塊抗磨板外圈需加0.05mm銅墊。

圖3 第一圈盤車抗磨板端跳散點(diǎn)圖Fig．3 The scatter diagram of the Facing Plate for the first barring

圖2 抗磨板測點(diǎn)布置示意圖Fig．2 The schematic diagram of the test point arrangement of the Facing Plate

按照上述方法反復(fù)調(diào)整抗磨板，最終結(jié)果如圖4所示。從散點(diǎn)圖可以看出，各個測點(diǎn)的最大、最小高度差小于0.07mm，故整體的水平度為0.035mm/m小于0.05mm/m（抗磨板的直徑為2000mm）。雖然抗磨板整體水平度滿足要求，存在測點(diǎn)內(nèi)外圈高度差比較大：具體見表1。

抗磨板內(nèi)外圈存在高差明顯的測點(diǎn)，分析其原因：

（1）主軸護(hù)蓋在內(nèi)六角螺栓緊固力的作用下產(chǎn)生局部變形使得與抗磨板接觸的工作面不是完全水平。

（2）抗磨板分瓣使得各瓣抗磨板之間存在高度和水平差。

表1 抗磨板水平度Tab. 1 The levelness of the wearing ring

圖4 第九圈盤車抗磨板端跳散點(diǎn)圖Fig．4 The scatter diagram of the Facing Plate for the ninth barring

（3）抗磨板在吊裝、移動過程中產(chǎn)生變形。

（4）機(jī)組在盤車的過程中，其水平會有一些不同程度的波動。

5 密封圈間隙調(diào)整

抗磨板水平度調(diào)整合格后，保證抗磨板不動，人工旋轉(zhuǎn)浮動環(huán)和密封圈90°，測一次間隙；再旋轉(zhuǎn)180°，測一次間隙，如果間隙相對于抗磨板不動，則說明抗磨板調(diào)整不合格，存在局部高點(diǎn)或者凹坑，需要重新調(diào)整；如果間隙隨著浮動環(huán)和密封圈一起旋轉(zhuǎn)，則此間隙是由于密封圈本身工件水平度引起，通過在密封圈和浮動環(huán)之間加墊的方法來調(diào)整抗磨板與密封圈之間的間隙，調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)為間隙值小于0.10mm，允許局部存在0.10mm間隙，總長度小于150mm。

6 結(jié)論和建議

6.1 結(jié)論

（1）端跳盤車法調(diào)整抗磨板水平度能夠連續(xù)、較快地測量待測點(diǎn)相對基準(zhǔn)點(diǎn)的高度值。

（2）抗磨板調(diào)整合格以后，為校核抗磨板是否調(diào)整合格，也為了能夠調(diào)整密封圈和抗磨板的間隙需再轉(zhuǎn)動密封圈。

（3）抗磨板調(diào)整耗時長，無論是加銅墊還是打磨主軸護(hù)罩，對一個測點(diǎn)水平度的改變會連帶影響另外測點(diǎn)的水平度。

（4）抗磨板內(nèi)外圈水平度調(diào)整比較復(fù)雜，因?yàn)槠涫苤鬏S護(hù)罩水平、抗磨板分瓣影響。

6.2 建議

（1）安裝抗磨板前，檢測主軸護(hù)蓋水平度。

（2）緊固抗磨板和密封塊時使用力矩扳手，多個點(diǎn)同時對稱緊固。

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[2] 賈利濤．葛洲壩電站新型工作密封安裝調(diào)整探索[J]．科學(xué)論壇，2015（11）：176-177．JIA Litao． Exploration of the installation and adjustment for new shaft seal in gezhouba hydropower station[J]． Scientific Research，2015（11）：176-177．

[3] 蔡偉．葛洲壩機(jī)組主軸密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與改造工藝[J]． 工程創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2011（27）： 92．CAI Wei． Structural characteristics and reform processof the shaft seal in gezhouba hydropower station[J]． Engineering and Technology Innovation Herald，2011（27） ：92．

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