HLA855-LJ-505型水轮机主轴密封漏水处理

陈俊中，高顺

(1.五凌电力有限公司三板溪水电厂，贵州锦屏556700;2.国电大武口热电有限公司，宁夏银川753000)

三板溪水电厂位于沅水干流上游清水江中下游，为沅水上唯一具有多年调节性能的龙头水电厂。电厂属地下式厂房，安装有4台混流式水轮发电机组，总装机容量1 000 MW。#1机组水轮机型号HLA855－LJ－505，额定出力256.5 MW。机组的主轴密封为端面恒压自调节式密封结构，自投产以来就存在漏水量大的问题。2007年#1机组检修期间对主轴密封进行了解体检查，更换了联轴螺栓保护罩止口处偏小的密封条，也未见主轴密封漏水量减小。且2010年水位上涨后，该机组主轴密封漏水量又有明显增加。

1 主轴密封结构及工作原理

如图1所示，主轴密封形式为端面恒压自调节式主轴密封，由转动部件与固定部件组成，转动部件抗磨环利用螺栓固定安装于联轴螺栓保护罩上。密封环上开有环形密封水腔，用螺栓固定于浮动环下方。浮动环上部与导向环之间装有数个弹簧，利用导向环上的压紧螺母将弹簧压在工作密封环上，使工作密封环与抗磨环紧密封接触。浮动环沿导向环内边上下浮动，用来补偿密封环的磨损量，并通过定位板固定在特定位置限制机械磨损量。同时，浮动环内钻有6个通孔，引入清洁水使工作密封环与抗磨环之间形成润滑水膜。

图1 主轴密封结构图

水轮机运行时，转轮室内的压力浑水经过转轮上迷宫环、顶盖与联轴螺栓保护罩之间的间隙，进入联轴螺栓保护罩与主轴密封箱形成的浑水腔内，在浑水腔内形成一定的压力。主轴密封润滑水经过浮动密封环内孔进入工作密封环与抗磨环所形成的空腔内分2部分流出，一部分经过工作密封块与抗磨环之间的间隙流到浑水腔，另一部分则流向清洁水腔。当水流在工作密封块与抗磨环之间流动时，会形成0.04～0.10 mm厚的润滑水膜，利用水分子的张力封水，使转轮上迷宫环处漏水受到阻碍，不能直接流向顶盖，从而达到封水效果。另外润滑水膜使工作密封块与抗磨环在转动时不发生直接接触，且清洁水压力大于浑水腔内浑水的压力，浑水不会进入摩擦面，清洁水在摩擦面间流动时对密封起到润滑与冷却的作用。

2 漏水原因分析

2.1 工作密封环磨损严重

主轴密封密封环材质为THORDONSXL，该材质为高分子聚合物，具备自润滑性能，但机组长期运行，密封环可能磨损严重，致使密封环与抗磨环之间间隙过大，密封环不能与抗磨环紧密接触，主轴密封润滑水在密封环与抗磨环不能有效地形成密封水膜，从而导致密封失效。

2.2 润滑水压力过高或弹簧预紧力过小

机组主轴密封正常运行时润滑水压力为0.35～0.42 MPa，若弹簧预紧力偏小或润滑水压力过高，主轴密封润滑水上浮力远大于弹簧预紧力和密封环自身重量以及浑水腔密封水压力，可能造成工作密封环上抬过高，致使密封接触面间不能形成水膜，导致密封失效，主轴密封正常漏水量随之增大，当漏水量大于集水箱排水量的漏水量时，经过主轴密封集水箱上盖板与水轮机轴之间的间隙甩出。

2.3 滑动环与导向环之间密封损坏

滑动环沿导向环上下浮动通过Φ8 mm橡胶密封条进行密封，防止浑水腔内水大量涌入清洁水腔。若密封条损坏，浑水腔内的浑水大量涌入主轴密封集水箱，并沿主轴密封上盖板与水轮机轴之间的间隙甩出，直接表现为主轴密封漏水偏大。

2.4 密封环、抗磨环结合面错位或间隙过大

主轴密封密封环由2块拼接而成、抗磨环由4块不锈钢抗磨板组成。当密封环、抗磨环结合面错位或间隙过大，进入密封环压力水腔的压力水可能沿间隙渗入主轴密封集水箱，当渗水量大于集水箱排水量时，多余的水就会由主轴密封集水箱上盖板与水轮机轴之间的间隙甩出。

2.5 水轮机联轴螺栓保护罩处密封损坏

水轮机联轴螺栓保护罩与法兰外沿设计为Φ6 mm橡胶条进行密封，因密封条与密封槽配合不好或磨损、老化等原因导致密封失效，导致水轮机联轴螺栓保护罩内大量进水，并沿水轮机大轴进入集水箱，从而导致密封水箱大量漏水。

2.6 滑动环卡阻

主轴密封滑动环因定位销、压板松动，当抗磨环与密封环之间未形成水膜，会造成滑动环位移和偏斜，导致密封环与抗磨环不能有效接触，部分区域间隙偏大，从而引起密封水大量泄漏。

3 解体检查与处理

3.1 解体检查主要步骤

(1)拆除工作密封块磨损指示装置、主轴密封清洁水箱及润滑水供排水管路，拆除弹簧堵头;

(2)将密封水箱上盖紧固螺栓拆除后，安装专用工具，用千斤顶顶起并放置枕木上;

(3)测量工作密封环、抗磨环磨损情况，用刀口尺检查工作密封环、抗磨环结合面情况;

(4)用千斤顶顶起浮动环后、拆除定位板，将浮动环缓慢下放置枕木上;

(5)更换浮动环与导向环之间的密封条，并进行导向环接触面除锈处理;

(6)拆除弹簧，测量其预紧力、压缩量，更换合理的弹簧;

(7)在抗磨环上部±X，±Y方向各布置1块百分表，测量抗磨环平面跳度;

(8)用千斤顶、枕木将浮动环缓慢顶起后装复浮动环定位板及弹簧堵头;

(9)装复主轴密封清洁水箱及润滑水供排水管路，但不装复清洁水箱上盖板;

(10)在浮动环上部±X，±Y方向各布置1块百分表;

(11)重复3次开启关闭主轴密封备用润滑水阀门，分别读取百分表读数，并做记录;

(12)根据百分表读取数据及主轴密封漏水量决定是否调整水量及水压。

3.2 检查测量数据

(1)工作密封环磨损量仅为0.3 mm，离磨损最大量12 mm存在较大空间;

(2)通过与备品比较，弹簧压缩正常，弹簧预紧力、压缩量满足要求;

(3)在滑动环上浮量试验中，主轴滑动环未发生任何上浮。对主轴密封进行解体检查发现，主轴密封滑动环其中一侧定位销脱落、另一侧定位销卡死，滑动环上部弹簧出现偏斜现象;

(4)在机组检修期间，对机组进行盘车测量主轴密封抗磨环平面跳动为0.32 mm，高于标准值0.1 mm，同时，4块抗磨板结合部位出现错口。

3.3 结论及处理

经分析，#1机组主轴密封漏水的主要原因为抗磨板安装精度不够，造成密封环与抗磨环不能紧密接触;密封环与抗磨环之间未形成有效水膜，导致滑动环与密封环跟随抗磨板发生转动而造成滑动环定位销卡死和松动，造成滑动环出现位移与偏斜，使得密封环与抗磨环形成较大间隙，引发主轴密封大量漏水。处理方法如下:

(1)对抗磨环平面进行研磨，在抗磨板接口处封填环氧树脂并打磨平整，通过百分表测量抗磨环平面跳度≤0.08 mm满足标准要求;

(2)将滑动环压板重新紧固、定位销进行更换，并将定位销进行点焊固定，防止定位销再次发生脱落。

4 结束语

经处理后经实际运行检查，主轴密封漏水问题得到有效遏制。从三板溪水电厂主轴密封漏水处理可知，通过改变主轴密封动环与静环的接触精度可以改善主轴密封漏水大的状况。

〔1〕刘云.水轮发电机故障处理与检修〔M〕.北京:中国水利水电出版社，2002.