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        水輪機(jī)組接力器活塞桿密封形式改進(jìn)

        2020-03-14 09:57:18匡美珍田恒雙
        水電站機(jī)電技術(shù) 2020年2期
        關(guān)鍵詞:桿頭壓蓋分式

        匡美珍,張 凱,田恒雙

        (中國(guó)長(zhǎng)江電力股份有限公司,湖北 宜昌443000)

        0 概述

        水輪機(jī)組接力器是水輪發(fā)電機(jī)組中將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能以實(shí)現(xiàn)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu),用于推動(dòng)控制環(huán)來(lái)帶動(dòng)導(dǎo)水機(jī)構(gòu)以調(diào)節(jié)進(jìn)入轉(zhuǎn)輪的水流大小和方向,以滿足系統(tǒng)對(duì)機(jī)組出力的要求。而接力器活塞桿密封作為接力器的關(guān)鍵零部件,其密封性能的好壞直接影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。隨著機(jī)組運(yùn)行時(shí)間增加,接力器活塞桿密封日益磨損老化,密封性能變差,引起油外泄,輕則造成現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染,重則導(dǎo)致液壓系統(tǒng)油位低,進(jìn)而機(jī)組停機(jī),嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行安全,因此需要定期對(duì)接力器活塞桿密封進(jìn)行更換。

        對(duì)于水輪機(jī)組的接力器,其活塞桿一般采用整體式密封結(jié)構(gòu),而更換活塞桿整體式密封結(jié)構(gòu)需要拆卸大量的零部件,因大型水輪機(jī)組接力器各部件尺寸較大、比較笨重,拆裝過(guò)程中需使用起吊設(shè)備、大型工裝,投入較多人力物力,且各部件配合精度高,還需要人員具有精湛的檢修技藝,檢修的風(fēng)險(xiǎn)較難控制。因此,改進(jìn)活塞桿的密封形式成為迫切需求。以某電站機(jī)組接力器活塞桿密封形式改進(jìn)為例,講述新型密封的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用。

        1 接力器活塞桿密封結(jié)構(gòu)及更換現(xiàn)狀

        1.1 接力器活塞桿密封形式及結(jié)構(gòu)

        某大型水電站3F 機(jī)組接力器采用雙直缸式接力器,在2 號(hào)接力器后端蓋處設(shè)有自動(dòng)鎖定裝置,在機(jī)組全關(guān)時(shí)投入。接力器活塞直徑960 mm,活塞桿直徑350 mm,活塞桿密封采用丁晴橡膠整體式Y(jié)X唇形密封圈,安裝在接力器缸蓋的開(kāi)式溝槽內(nèi),槽外設(shè)計(jì)有壓蓋以調(diào)節(jié)密封的壓緊力,壓蓋處安裝有一圈防塵圈,如圖1 所示。

        圖1 3F 接力器活塞桿整體式密封

        1.2 活塞桿密封更換存在的問(wèn)題

        3F 機(jī)組接力器活塞桿重達(dá)2 845 kg,通過(guò)桿頭及桿頭銷與上下連板連接,桿頭內(nèi)加工有M300 mm ×6 mm 內(nèi)螺紋與活塞桿連接,桿頭重達(dá)1 300 kg 且形狀不規(guī)則,接力器活塞桿連接如圖2 所示。

        根據(jù)接力器活塞桿連接形式及結(jié)構(gòu)特點(diǎn),活塞桿密封更換的流程如圖3 所示。

        在拆裝過(guò)程中,因施工空間受限及施工條件、工藝等原因,正常情況下,更換1 臺(tái)接力器的前端蓋密封需要2 個(gè)工作日,如果涉及到前后端蓋均需更換密封的情況下,則需要的時(shí)間更長(zhǎng)。在上述過(guò)程中,其中拆裝接力器桿頭是關(guān)鍵點(diǎn),因桿頭形狀不規(guī)則且笨重,在拆裝過(guò)程中,桿頭與活塞桿極易產(chǎn)生偏心,稍有不當(dāng)就會(huì)造成桿頭與活塞桿螺紋的損傷,甚至可能發(fā)生桿頭與活塞桿粘扣事故。2013 年,在更換同類型機(jī)組接力器活塞桿密封時(shí),出現(xiàn)部分桿頭內(nèi)螺紋及推拉桿螺紋破損嚴(yán)重,螺紋內(nèi)部有大小不同程度的金屬絲和夾渣現(xiàn)象,桿頭不能正?;匮b。2014 年,其他同類型機(jī)組又出現(xiàn)桿頭卡澀嚴(yán)重,難以旋進(jìn),檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)桿頭與接力器推拉桿已完全卡死,最后只能返廠重新加工桿頭,桿頭加工歷時(shí)4 個(gè)月,嚴(yán)重影響機(jī)組的運(yùn)行。

        圖2 接力器活塞桿連接圖

        圖3 接力器活塞桿拆卸流程圖

        2 密封改進(jìn)試驗(yàn)

        2.1 新型密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

        為了簡(jiǎn)化密封更換流程,新的密封采用剖分式結(jié)構(gòu),如果只是簡(jiǎn)單的將原有整體式密封直接切口必然影響密封效果。根據(jù)活塞桿密封使用的工況條件及檢修需求,新型密封采用剖分式V 形組合密封結(jié)構(gòu),綜合考慮液壓系統(tǒng)壓力大小及原有密封溝槽的結(jié)構(gòu)尺寸及密封效果等因素,V 形組合密封采用1 個(gè)支撐環(huán)、2 個(gè)V 形密封圈、1 個(gè)壓環(huán)的結(jié)構(gòu)形式,壓環(huán)的凹形角和V 形密封圈的凹形角相同,采用90°標(biāo)準(zhǔn)夾角,剖分面為光滑斷面,其規(guī)格尺寸為350 mm×390 mm×30 mm。

        圖4 剖分式V 形組合密封示意圖

        2.2 密封機(jī)理

        V 形密封圈是一種唇形密封圈,密封唇有較好的活動(dòng)性和適應(yīng)性,可以承受較大的徑向力及頻繁的壓力波動(dòng),在自由狀態(tài)下,V 形密封圈的唇部?jī)?nèi)徑小于活塞桿的外徑,裝配后V 形密封圈與活塞桿是過(guò)盈配合,使得V 形密封圈與活塞桿接觸面有一定的預(yù)緊力,在零壓差的情況下,V 形密封圈依靠預(yù)緊力對(duì)活塞桿與接力器缸蓋之間的間隙進(jìn)行密封。當(dāng)液壓系統(tǒng)帶壓時(shí),在壓力油的作用下,V 形密封圈的凹槽受油壓作用,增大了V 形密封圈與密封面的壓緊力,壓力越大,壓緊力越大,密封能力越強(qiáng),因此V形密封圈有“自封作用”。

        在V 形組合密封結(jié)構(gòu)中,V 形密封圈起主要密封作用,支承環(huán)主要用來(lái)支承V 形密封圈,使密封圈放置穩(wěn)定,壓環(huán)的作用是給V 形密封圈一個(gè)初始?jí)嚎s量,使其與被密封面充分接觸,并可對(duì)V 形密封圈的壓縮量進(jìn)行調(diào)節(jié)。

        剖分式V 形組合密封的密封機(jī)理是依靠V 形圈的唇口的彈性形變起到密封作用,其剖分面在安裝過(guò)程中各錯(cuò)開(kāi)90°安裝,依靠剖分面直接接觸實(shí)現(xiàn)密封,同時(shí)有壓環(huán)及支撐環(huán)的箍緊力,可以實(shí)現(xiàn)可靠密封,有效阻擋剖分口處產(chǎn)生地泄漏。

        2.3 新型密封材料選擇

        液壓系統(tǒng)的工況及運(yùn)行條件:介質(zhì)為液壓油;壓力小于10 MPa;液壓油溫度小于50 ℃;運(yùn)動(dòng)速度最大5 m/s。綜合以上幾點(diǎn),新型密封結(jié)構(gòu)材質(zhì)選用進(jìn)口聚醚聚氨酯,聚醚聚氨酯為專利鋼化工藝生產(chǎn)的高效復(fù)合物,其機(jī)械性能非常好,具有長(zhǎng)久的形狀記憶性、耐高壓性能及耐磨性,它比丁晴橡膠的摩擦系數(shù)降低8 倍,可以更好地保護(hù)活塞桿減少磨損。

        2.4 試驗(yàn)情況

        從密封壓蓋拆卸到剖分式密封安裝完成總共耗時(shí)4 h,只需要原有檢修時(shí)間的1/4。密封更換之后,液壓系統(tǒng)進(jìn)行注油及升壓試驗(yàn),當(dāng)液壓系統(tǒng)升壓至3.0 MPa 時(shí),對(duì)接力器前后活塞桿密封壓蓋進(jìn)行檢查,未發(fā)現(xiàn)油漬;現(xiàn)地操作導(dǎo)葉2 個(gè)全行程,未見(jiàn)滲油現(xiàn)象;隨后液壓系統(tǒng)升壓至6.3 MPa,未見(jiàn)滲油現(xiàn)象。在之后的機(jī)組二次聯(lián)調(diào)時(shí),多次進(jìn)行了開(kāi)、關(guān)導(dǎo)葉動(dòng)作,均未出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。

        3 改進(jìn)效果

        更換剖分式密封已經(jīng)歷時(shí)1 年,定期檢查接力器活塞桿壓蓋均未發(fā)現(xiàn)漏油現(xiàn)象。使用剖分式V形組合密封具有以下優(yōu)點(diǎn):

        (1)檢修成本小。改成剖分式密封之后,大大簡(jiǎn)化了檢修流程,更換一處端蓋密封只需要2~3 個(gè)人半天即可完成。

        (2)檢修風(fēng)險(xiǎn)降低。改進(jìn)之后不需要拆卸連板及桿頭等大而重的部件,因此減少了起吊重物及損壞活塞桿桿頭的風(fēng)險(xiǎn)。

        (3)密封性能強(qiáng)。將之前的一圈整體式密封更換為2 圈剖分式聚醚聚氨酯V 形組合密封,同時(shí)配合支撐環(huán)及壓環(huán),可以在活塞桿及缸蓋之間形成良好的密封。

        4 結(jié)語(yǔ)

        剖分式密封結(jié)構(gòu)在接力器活塞桿中的應(yīng)用,使得更換密封只需要拆卸密封壓蓋,整個(gè)密封更換過(guò)程簡(jiǎn)單、無(wú)技術(shù)障礙,而剖分式密封效果可以滿足大形水輪機(jī)組對(duì)密封圈的使用要求。此項(xiàng)改進(jìn)減少了設(shè)備拆卸次數(shù),保證了密封長(zhǎng)周期運(yùn)行,解決了大型水輪機(jī)組接力器活塞桿密封圈更換難、耗時(shí)長(zhǎng)的問(wèn)題,在一定程度上提高了大型水輪機(jī)組的檢修技能。剖分式密封結(jié)構(gòu)在3 F 機(jī)組接力器中的應(yīng)用可以為后續(xù)的接力器活塞桿密封形式改進(jìn)提供成功的經(jīng)驗(yàn)。

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