陳 勇

（華東桐柏抽水蓄能發(fā)電有限責(zé)任公司，浙江 杭州310000）

1 背景描述

某抽蓄電站機(jī)組水泵水輪機(jī)型式為立軸、單級(jí)、混流可逆式水泵水輪機(jī)，與額定轉(zhuǎn)速為300 r/min、50 Hz發(fā)電電動(dòng)機(jī)通過主軸法蘭連接。轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)椋核啓C(jī)工況俯視逆時(shí)針，水泵工況俯視順時(shí)針。為了保證水導(dǎo)軸承的正常工作，必須在水導(dǎo)軸承下采取密封措施，防止壓力水從主軸和頂蓋之間滲入水導(dǎo)軸承，破壞水導(dǎo)軸承的正常工作。主軸部分的密封分為兩大類：軸承運(yùn)行中的密封主軸密封和軸承檢修或停機(jī)時(shí)的檢修密封。

抽蓄電站機(jī)組主軸工作密封的形式為液體靜壓軸向機(jī)械式密封，密封塊材料為酚醛樹脂合成材料，具有很好的抗磨耐熱性能，詳細(xì)參數(shù)見表1。主軸工作密封的功能，主要是通過磨損塊與鏡環(huán)之間形成的水膜防止發(fā)電調(diào)相或抽水調(diào)相時(shí)轉(zhuǎn)輪室中跑氣，另外還兼顧一定的止水作用。磨損后軸向調(diào)整量大，缺點(diǎn)是當(dāng)彈簧作用力不均勻時(shí)，密封塊容易偏卡偏磨，對(duì)密封塊出廠質(zhì)量和現(xiàn)場(chǎng)檢修質(zhì)量要求高。主軸密封具有自調(diào)節(jié)的功能，主要是因?yàn)樵谥鬏S密封塊上有4根均壓管，下腔與尾水連通，上腔通至浮動(dòng)環(huán)的上端面，這樣就使得浮動(dòng)環(huán)的上、下端面的水壓平衡，不論是發(fā)電工況還是抽水工況都不會(huì)導(dǎo)致浮動(dòng)環(huán)抬起或與轉(zhuǎn)動(dòng)密封環(huán)抱死。主軸密封的潤(rùn)滑水通過12根水管進(jìn)入2個(gè)密封面之間，形成一層水薄膜，鏡板與磨損塊之間不會(huì)直接接觸，它的水膜間隙是靠16根調(diào)節(jié)彈簧的預(yù)緊力來調(diào)整的。浮動(dòng)環(huán)上還有4個(gè)RTD以及密封塊的磨損測(cè)量裝置。

表1 主軸工作密封規(guī)范

2 發(fā)現(xiàn)問題初期及處理方法

（1）2017年1月21日，3號(hào)機(jī)組在抽水調(diào)相運(yùn)行，oncall人員巡檢過程中發(fā)現(xiàn)主軸密封水箱甩水。運(yùn)維人員現(xiàn)場(chǎng)檢查認(rèn)為主軸密封水流量及水壓過大導(dǎo)致主軸密封抬起過高，密封不嚴(yán)引起甩水。

采取措施：降低主軸密封水流量及水壓，原流量為15 m3/h，調(diào)整為8 m3/h，調(diào)整后基本不再甩水。后實(shí)際運(yùn)行中流量最低低至6 m3/h，處理主軸密封流量調(diào)節(jié)閥，發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥均壓管進(jìn)水側(cè)堵死，經(jīng)處理后流量調(diào)節(jié)正常。

（2）2月份，3號(hào)機(jī)組定檢時(shí)拆開主軸密封水箱蓋進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)靜止態(tài)水流從固定環(huán)、浮動(dòng)環(huán)之間的縫隙流出（圖1）；并且測(cè)量磨損塊高度H，發(fā)現(xiàn)磨損塊對(duì)稱方向高度有些許偏差。將機(jī)組調(diào)相壓水主壓水閥手動(dòng)打開15 s壓水，氣流從固定環(huán)、浮動(dòng)環(huán)之間的縫隙流出較大。

圖1 主軸密封

（3）3月初，機(jī)組調(diào)相運(yùn)行壓水后無法保持，主軸密封漏氣量增大，在機(jī)組抽水調(diào)相過程中，壓水補(bǔ)氣閥打開進(jìn)行補(bǔ)氣已無法將尾水再次壓至尾水位信號(hào)高（尾水水位監(jiān)測(cè)裝置主要有太高、高、低、太低4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)）以下位置，臨時(shí)修改邏輯，將壓水補(bǔ)氣換成主壓水閥進(jìn)行補(bǔ)氣，并決定將3號(hào)機(jī)C修提前。

3 主軸密封C級(jí)檢修發(fā)現(xiàn)問題及處理方法

（1）3月15日，3號(hào)機(jī)C修開工，在對(duì)主軸工作密封拆解后，發(fā)現(xiàn)磨損塊損壞嚴(yán)重，磨損塊靠外側(cè)燒損，且磨損塊存在嚴(yán)重的偏磨現(xiàn)象。在檢修過程中對(duì)6塊磨損塊進(jìn)行整體更換。

（2）檢修時(shí)發(fā)現(xiàn) 036’01.032，033，034 密封，均已老化嚴(yán)重，存在破損的現(xiàn)象。3月23日廠家人員到現(xiàn)場(chǎng)粘接主軸密封 036’01.032，033，034 密封，更換主軸密封調(diào)節(jié)彈簧。

（3）3月28日，修后試驗(yàn)時(shí)，在機(jī)組調(diào)相壓水轉(zhuǎn)停機(jī)以及調(diào)相轉(zhuǎn)抽水運(yùn)行時(shí)主軸密封仍有甩水，甩出氣、水混合物。此時(shí)主軸密封泵流量13.5 m3/h，壓力1 MPa。調(diào)整流量值10.5 m3/h，壓力0.9 MPa，效果不明顯。排查主軸密封浮動(dòng)環(huán)均壓管，均壓管濾芯清潔，管路通暢。

（4）3月29日重新排水，打開主軸密封水箱蓋發(fā)現(xiàn)水箱底板連接縫處036’04.008密封處漏氣（主軸檢修密封投入），且036’04.008密封已不見蹤影。重新手工制作密封條，打膠固定，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在機(jī)組調(diào)相壓水轉(zhuǎn)停機(jī)以及調(diào)相轉(zhuǎn)抽水運(yùn)行時(shí)主軸密封甩水現(xiàn)象已完全消除。

4 修后原因分析

4.1 主軸密封磨損塊磨損嚴(yán)重的原因分析

4.1.1 主軸密封檢修中出現(xiàn)的現(xiàn)象

主軸密封磨損塊出現(xiàn)了偏磨的現(xiàn)象，最低處的磨損塊測(cè)量值為5.5 mm，磨損塊磨損嚴(yán)重。

4.1.2 主軸密封磨損塊磨損較大原因分析

（1）主軸密封用水量驟減導(dǎo)致

1）主軸密封增壓泵故障：流量及壓力變小導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)后間隙變小使磨損塊磨損量較大。經(jīng)檢查，主軸密封2臺(tái)增壓泵均能正常運(yùn)行。

2）主軸密封調(diào)節(jié)閥故障：主軸密封調(diào)節(jié)閥的平壓管堵塞，下腔壓力一直保持著排不出去，導(dǎo)致上腔開度減小，主軸密封水流量減小，在調(diào)節(jié)彈簧的作用下，導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)后磨損塊與鏡板的間隙變小，使磨損塊加快磨損。

3）主軸密封水管路堵塞：流量變小導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)后間隙變小使磨損塊磨損量較大。經(jīng)檢查，水管路中的過濾器及逆止閥均能正常運(yùn)行，未發(fā)現(xiàn)堵塞現(xiàn)象。

（2）主軸密封調(diào)節(jié)彈簧故障導(dǎo)致

調(diào)節(jié)彈簧由于形變的變小使彈力變小，由于各個(gè)彈簧的彈力變化不均，使機(jī)組在運(yùn)行時(shí)磨損塊與抗磨板之間的間隙不均勻，同時(shí)主軸密封水從間隙大處流出量較多，間隙小處更較少，導(dǎo)致偏磨情況的發(fā)生并不斷的惡化。

4.2 主軸密封水箱甩水的原因分析

可以發(fā)現(xiàn)當(dāng) 036’01.032，033，034 密封老化密封不嚴(yán)時(shí)，尾水管的水將經(jīng)過主軸檢修密封（正常時(shí)不投入），不經(jīng)過主軸工作密封直接從固定環(huán)、浮動(dòng)環(huán)之間的縫隙流出，進(jìn)入主軸密封的水箱。此時(shí)主軸工作密封已經(jīng)無法起到防止尾水泄漏進(jìn)入機(jī)坑。

（1）在機(jī)組停機(jī)穩(wěn)態(tài)時(shí)，拆除水箱蓋板，發(fā)現(xiàn)有水流從固定環(huán)、浮動(dòng)環(huán)之間的縫隙流出。

（2）在機(jī)組發(fā)電運(yùn)行時(shí)，因密封沒有完全損壞，此時(shí)的尾水水壓力大約在6 MPa左右，少量水進(jìn)入水箱，所以此時(shí)機(jī)組運(yùn)行會(huì)有輕微的甩水現(xiàn)象。

（3）在機(jī)組抽水調(diào)相運(yùn)行時(shí)，此時(shí)尾水在壓水充氣狀態(tài)，氣壓在8 MPa左右，且氣體更容易從細(xì)縫中滲漏出，此時(shí)機(jī)組運(yùn)行會(huì)甩出較大量的氣、水混合物。當(dāng)機(jī)組抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水時(shí)，此時(shí)排氣過程中，尾水將逐漸升高，發(fā)現(xiàn)這時(shí)的水車室內(nèi)會(huì)甩出大量的水，且伴有刺耳的響聲。抽水穩(wěn)定運(yùn)行后，情況恢復(fù)至發(fā)電運(yùn)行時(shí)的狀態(tài)。

結(jié)果：主軸密封裝置中的橡膠密封條或密封圈已出現(xiàn)較大的磨損，無法繼續(xù)正常止水。

4.3 原因總結(jié)

主軸密封損壞的原因主要為，主軸密封調(diào)節(jié)閥故障、036’01.032，033，034 等密封老化，致使主軸密封長(zhǎng)時(shí)間在不正常的狀態(tài)下運(yùn)行，最終導(dǎo)致主軸密封磨損塊偏磨、主軸密封水箱甩水等嚴(yán)重缺陷。

5 事后分析總結(jié)

5.1 思考缺陷產(chǎn)生過程中的現(xiàn)象與可能的結(jié)果

5.1.1 磨損塊偏磨缺陷

（1）磨損塊發(fā)生偏磨的前期

1）現(xiàn)象：主軸密封水流量驟減并小于6.6 m3/h調(diào)節(jié)閥故障、管路堵塞，特別是在機(jī)組運(yùn)行期間值出現(xiàn)流量小于6.6 m3/h。

可能的結(jié)果：磨損塊磨損加劇，若出現(xiàn)某處彈簧彈力變小則肯定出現(xiàn)偏磨。

2）現(xiàn)象：主軸密封水流量變大-彈簧故障，以大于15 m3/h為界。同時(shí)要求結(jié)合磨損塊測(cè)量高度對(duì)稱方向是否相同。

可能的結(jié)果：主軸密封漏水量較大，由于主軸密封磨損塊的間隙不等從而導(dǎo)致偏磨發(fā)生。

3）現(xiàn)象：磨損塊高度進(jìn)行測(cè)量時(shí)出現(xiàn)有明顯低點(diǎn)，高低點(diǎn)相差值大于1 mm（排除測(cè)量誤差）時(shí)。

可能結(jié)果：磨損塊已經(jīng)發(fā)生了輕微的磨損情況。

（2）磨損塊已經(jīng)發(fā)生偏磨

1）現(xiàn)象：主軸密封浮動(dòng)環(huán)止動(dòng)銷的連接板發(fā)生變形，甚至導(dǎo)致止動(dòng)銷或者連接壓板的固定螺絲斷裂。

結(jié)果：止動(dòng)銷側(cè)的浮動(dòng)環(huán)已經(jīng)出現(xiàn)了下墜，磨損塊已經(jīng)磨損。

2）現(xiàn)象：磨損塊指示裝置顯示磨損量較大。

結(jié)果：磨損塊指示裝置側(cè)的浮動(dòng)環(huán)出現(xiàn)下墜，磨損塊已經(jīng)磨損。

3）現(xiàn)象：在調(diào)相壓水過程中壓水時(shí)間過長(zhǎng)或者調(diào)相不成功，水車室內(nèi)出現(xiàn)甩水。

結(jié)果：主軸密封磨損塊已出現(xiàn)較大的磨損。

5.1.2 主軸密封甩水缺陷

（1）主軸密封甩水缺陷的前期

1）現(xiàn)象：機(jī)組水車室內(nèi)能聽到吹哨子聲，尤其是機(jī)組在抽水調(diào)相狀態(tài)時(shí)。

可能的結(jié)果：氣體沖刷鏡板表面或其他位置，將加速破壞主軸工作密封的相關(guān)部件，出現(xiàn)甩水現(xiàn)象。

2）現(xiàn)象：從水箱蓋板頂上溢出有少量的水。

可能的結(jié)果：機(jī)組尾水管內(nèi)的水從主軸密封處滲漏進(jìn)水箱內(nèi)，致使水箱排水管來不及排水，出現(xiàn)甩水現(xiàn)象。

（2）主軸密封已經(jīng)發(fā)生甩水

1）現(xiàn)象：水箱蓋板拆除后，主軸工作密封浮動(dòng)環(huán)與大軸間隙處，出水量明顯增大。

結(jié)果：主軸工作密封已存在故障，無法正常工作，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，將出現(xiàn)甩水現(xiàn)象。

2）現(xiàn)象：水箱蓋板拆除后，主軸工作密封浮動(dòng)環(huán)與固定環(huán)間隙處，有明顯水流翻滾現(xiàn)象。

結(jié)果：主軸密封中 036’01.032，033，034 等橡膠密封件損壞，機(jī)組運(yùn)行時(shí)，將出現(xiàn)甩水現(xiàn)象，尤其是在機(jī)組抽水調(diào)相轉(zhuǎn)抽水時(shí)，特別明顯。

5.2 近期結(jié)果

在對(duì)3號(hào)機(jī)組主軸密封進(jìn)行檢修后，對(duì)主軸密封的巡視檢查、維護(hù)檢修內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，在日常維護(hù)及月度定期工作過程中，嚴(yán)格執(zhí)行檢查維護(hù)規(guī)定的工作內(nèi)容，3號(hào)機(jī)組在修后未再次出現(xiàn)水箱甩水現(xiàn)象。因該電站其他3臺(tái)機(jī)組也為同類型機(jī)組，且也運(yùn)行至今已近10年，考慮到主軸密封各部件老化、磨損等現(xiàn)象與3號(hào)機(jī)組有類似情況，在機(jī)組檢修期間逐漸對(duì)橡膠密封圈進(jìn)行整體更換，對(duì)磨損塊進(jìn)行檢查測(cè)量，必要時(shí)也進(jìn)行了更換，該電站機(jī)組主軸密封甩水現(xiàn)象未再出現(xiàn)。希望本文對(duì)水電站類似結(jié)構(gòu)的主軸密封問題的處理方法及今后檢修維護(hù)的方向有一定借鑒意義。