余正猛，劉 宇，余建軍

(1.四川玉溪河管理處橫山廟電站，四川 雅安 625100；2.四川水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，四川 都江堰 611830)

1 概 述

橫山廟電站位于四川省雅安市名山區(qū)境內(nèi)，是玉溪河引水干渠配套工裎，是利用渠道落差發(fā)電的徑流式水電站。電站裝有2臺4 000 kW的立式混流式發(fā)電機組，設(shè)計水頭40 m，設(shè)計流量11.9 m3/s，額定轉(zhuǎn)速375 r/min。

2 改造前主軸密封狀況

2.1 原主軸密封結(jié)構(gòu)特點

電站水輪機組原主軸密封結(jié)構(gòu)如下所示(見圖1)，為立式水輪機組主軸密封的典型結(jié)構(gòu)。

主軸密封座固定在頂蓋上靜止不動，其U型槽內(nèi)裝有橡膠活塞，不銹鋼抗磨環(huán)固定于水機軸法蘭上端面。機組運行時，抗磨環(huán)隨主軸一起旋轉(zhuǎn)，主軸密封座上進水管工作水壓約為0.2 MPa，在該水壓作用下，橡膠活塞在U型槽內(nèi)向下移動，其下端面與抗磨環(huán)上端面接觸形成一對摩擦副阻止漏水通過。在理想狀態(tài)下，橡膠活塞與旋轉(zhuǎn)的抗磨環(huán)間有薄薄的水膜起潤滑作用，兩者磨損較小，能較長時間起到密封止水的作用。

圖1原主軸密封結(jié)構(gòu)

2.2 原主軸密封運行中存在的問題

(1)在電站實際運行中，該主軸密封常常出現(xiàn)密封失效的情況，特別是在豐水期，水流渾濁，泥沙含量較重，主軸密封漏水越來越嚴重；加之頂蓋自流排水不暢，曾因漏水大造成水導(dǎo)軸承油盆進水，被迫停機搶修。

(2)在拆出抗磨環(huán)時，發(fā)現(xiàn)其端面磨損嚴重，有較深的溝槽出現(xiàn)；同時還發(fā)現(xiàn)橡膠活塞端面也磨削成R形狀，必須更換抗磨環(huán)和橡膠活塞。

(3)出于安全運行的考慮，當水流太渾濁時，采用減小導(dǎo)葉開度，降低機組出力，漏水也就減??；但這樣只能延緩密封的磨損，當流量減小可以單機運行時再進行主軸密封的檢修維護。

(4)在豐水期機組不能滿負荷運行，或是停機搶修更換部件造成較大的發(fā)電損失。同時，由于水導(dǎo)軸承采用旋轉(zhuǎn)式上下結(jié)構(gòu)，主軸密封檢修維護工作量大，每次耗時需1周左右，檢修維護費用也較高。總之，主軸密封漏水的問題嚴重影響了轉(zhuǎn)動油盆中水導(dǎo)軸承的安全運行，也給電站造成較大經(jīng)濟損失。

3 主軸密封改造方案

3.1 間隙式主軸密封結(jié)構(gòu)特點

為了徹底解決接觸止水密封易失效問題，經(jīng)多方面考察了解，完全棄用原接觸式橡膠活塞密封，采用間隙式主軸密封(見圖2)。根據(jù)原主軸密封的空間位置，其徑向尺寸較小，軸向尺寸較大。新主軸密封主要由四大部分組合而成：轉(zhuǎn)動密封座與轉(zhuǎn)動密封圈構(gòu)成轉(zhuǎn)動部分，與水輪機主軸和法蘭連接；固定在密封座與固定密封圈構(gòu)成固定部分，固定在水輪機頂蓋上。間隙式主軸密封的每一部分又采用兩半組合結(jié)構(gòu)。

圖2間隙式主軸密封

新主軸密封最大的特點是：

(1)在它們的內(nèi)圓或外圓上裝焊有左旋的不銹鋼葉片。

(2)這四大部分組合裝配成梳齒交錯配合的形式，徑向配合間隙單邊為1 mm，軸向配合間隙為15 mm。為了減小停機時漏水,主軸密封增設(shè)有1套平板密封結(jié)構(gòu)，包括抗磨環(huán)、橡膠平板密封圈及壓板(見圖3)。

圖3已安裝完轉(zhuǎn)動密封座、轉(zhuǎn)動密封圈和固定密封座

3.2 間隙式主軸密封止水原理

間隙式主軸密封四大部分中，轉(zhuǎn)動密封座與轉(zhuǎn)動密封圈固定在主軸與法蘭上，機組運行時隨主軸一起順時針旋轉(zhuǎn)，與它們有內(nèi)外圓配合關(guān)系的固定密封座、固定密封圈固定在頂蓋上，交錯配合的梳齒結(jié)構(gòu)，有效地利用軸向空間，使得配合間隙的總長度達500 mm，這個配合間隙被稱為密封通道。這個密封通道也是漏水通道，停機時頂蓋上的漏水會通過這個間隙流出，靠平板密封可以減小漏水量。設(shè)計主軸密封時，漏水的進口直徑大于漏水的出口直徑，機組運行時轉(zhuǎn)動密封座與轉(zhuǎn)動密封圈隨主軸一起順時針旋轉(zhuǎn)，間隙兩側(cè)的左旋葉片有阻止漏水通過的作用，阻止漏水通過間隙流出的作用大小用密封水壓來表示。同時，間隙中的漏水也隨主軸順時針旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)的離心作用也有阻止漏水通過的作用。密封水壓的大小與間隙的參數(shù)有關(guān)，還與左旋葉片的參數(shù)有關(guān)。由于密封間隙只能大于水導(dǎo)軸承的間隙，為安裝方便通常將間隙設(shè)計為1 mm。密封水壓的大小只能靠間隙的長度和左旋葉片的參數(shù)來確定。當密封水壓大于頂蓋漏水水壓時，漏水軸承間隙不能通過密封圈的間隙，這種間隙式主軸密封就起到主軸密封的作用。

4 主軸密封改造的實施與效果

4.1 間隙式主軸密封加工與安裝

間隙式主軸密封采用幾部分組合結(jié)構(gòu)，每一部分由兩半把合以減輕重量，使得加工制造簡易。左旋葉片采用焊接方式，經(jīng)過退火處理以消除應(yīng)力。間隙式結(jié)構(gòu)又使得現(xiàn)場安裝也方便。橫山廟電站1號新主軸密封的轉(zhuǎn)動密封座抱緊于主軸，轉(zhuǎn)動密封圈固定在原抗磨環(huán)的位置上，在原來固定主軸密封座的頂蓋位置上固定新密封的固定密封座，固定密封圈又與固定密封座把合在一起。安裝順序一般為：轉(zhuǎn)動密封座，固定密封座，轉(zhuǎn)動密封圈，固定密封圈，最后再安裝平板密封，現(xiàn)場安裝過程中不需要其他輔助設(shè)備。

4.2 間隙式主軸密封使用效果

間隙式主軸密封的密封水壓可根據(jù)電站水頭高低以及頂蓋漏水壓力來確定，通常設(shè)定為頂蓋壓力的1.5倍，通過綜合設(shè)計密封間隙的長度和左旋葉片的參數(shù)來達到該設(shè)定值。左旋葉片采用不銹鋼板，可確保密封間隙長時間保持不變，這樣就使得間隙式主軸密封使用周期長，通?？蛇_到4 a左右。新主軸密封靠水機主軸自身旋轉(zhuǎn)的動力帶動密封轉(zhuǎn)動部分旋轉(zhuǎn)，不需要投入其他設(shè)備，在使用過程中免于維護，為電站的長期安全運行提供了保障。橫山廟電站1號機主軸密封改造安裝完畢后即投入運行，使用效果很好，開機前一段時間機組轉(zhuǎn)速低有少量漏水，轉(zhuǎn)速到100 r/min后就沒有漏水了，在額定轉(zhuǎn)速下機組滿負荷運行為零泄漏，1號機組主軸密封改造達到了預(yù)期的效果。