红石电站主轴密封改造方案论证

郭宏亮 宋成宇

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

红石电站主轴密封改造方案论证

郭宏亮 宋成宇

（哈尔滨电机厂有限责任公司，黑龙江 哈尔滨 150040）

红石电站为定浆轴流式机组，其主轴密封原先为老式的双平板形式密封，经过多年的运行已经难以磨损老化严重，漏水量较大。所以要改造更换为现在通常采用的径向密封结构形式。径向密封虽然也有一定的漏水量，却是以可控的技术供水来压制被密封的流道内的水，该结构形式比较简单，占用空间小，且耐磨损性能高。本文主要针对这个改造项目进行方案的设计论证，对比两种密封形式的优劣对比。结合图示介绍了径向密封的主要结构形式、工作原理、改造的范围以及对旧有设备（轴衬）的改造说明。介绍了几个重要部件的结构和材料。最后列举了径向式密封的一些应用实例。

双平板；径向密封；轴衬；弹簧；L型密封；密封块

0.引言

吉林红石水电厂建于20世纪80年代，电站装有4台51MW水轮发电机组，主轴密封均采用双平板式密封形式，如图1所示。目前，经过20多年的投产、运行，密封装置各部件配合尺寸出现较大变化，主轴密封检修后亦无法达到相应配合要求，造成主轴密封漏水量增加，顶盖水位超标，严重威胁到机组的安全运行。

基于目前主轴密封的运行情况，有必要进行主轴密封的改造换型可行性研究，以期减小主轴密封漏水量，增强主轴密封运行稳定性，保障机组的安全运行。

一、改造方案

1.结构示意

目前，国内水轮机主轴密封改造，主要针对机组运行一二十年以上的，橡胶平板密封、活塞水压端面密封等密封形式，上述密封的特点是密封稳定性差，漏水量受尾水位波动的影响较大，尤其运行数年后，漏水量大、稳定性差的问题很难解决。根据机组布置结构、尾水位变化情况、厂房清洁水压力条件，以及业主对机组稳定运行、检修、维护的考虑，推荐采用径向密封+L型密封组合形式。径向密封结构示意图，如图2所示。

2.工作原理

主轴密封由主密封（两层径向块密封）及辅助密封（一层L型密封）组成。装配主要由密封座、密封支架I、密封支架II、密封支架III、密封块、轴衬、水箱、弹簧、供水管路等部分组成，工作密封副为密封块和轴衬，其中密封块采用高分子材料，此材料具有良好抗磨性、使用寿命长等特点。抗磨轴衬材料采用不锈钢板0Cr13Ni5Mo，此材料抗磨损和抗空化性能很好等特点，这两种材料现在被广泛应用径向自平衡水压密封工作密封副上。主轴密封在运行时需采用清洁水润滑，润滑水的压力高于被密封水腔的压力，所以被密封的水泄漏很小，漏出的水大部分为密封润滑水，密封块位于各个密封支架之间，通过弹簧形成整体，通过水压和弹簧的径向力的联合作用，密封块贴紧在轴衬上，机组在正常运行时，密封块与轴衬之间通过供给压力清洁水建立起水膜，水膜起密封和润滑作用，减少密封块的磨损。当密封块的密封表面被磨损时，密封块可以在水压和弹簧的作用力下径向移动，这样密封具有了自补偿能力。

图1　红石电站双平板密封

图2　径向密封

为减小密封漏水量，在主密封上部还设有一层L型密封，在主密封漏水水压的作用下，L型密封产生变形贴近主轴轴衬，在L型密封与主轴轴衬间形成水膜，起到润滑及密封作用。

哈尔滨电机厂拥有自主计算软件，对径向密封的运行性能进行定量分析。

3.改造的范围

原机组密封零件均需更换，包括原主轴轴衬、底座及与底座的连接螺栓、主轴密封主体零件等。

4.新旧部件接口的处理

底座与原导流锥连接的螺孔可使用原有的M30螺孔，底座与导流锥之间设置橡胶石棉垫，为保证安装的可靠性，新底座与原导流锥的把合螺栓分布位置可按原机组配置。轴衬与主轴采用过渡配合，利用轴身上原有的Φ960/Φ955台阶轴向定位。轴衬采用分瓣结构，与主轴装配后，分半面焊接封水焊缝。具体结构可根据电站的具体施工条件进行合理改动。

5.各部件的材料（表1）

表1　

6.性能分析结果（表2）

检修密封气源压力：0.7MPa

清洁润滑水源压力：最高压力0.3MPa，运行实际压力在0～0.3MPa之间调节。

表2　

清洁润滑水流量：计算值需要190 L/min，实际需要考虑余量。

漏水量：计算值最大漏水量94.28 L/min。该计算过程没有考虑L型密封的作用，所以实际漏水量会更小。

7.应用实例

该形式密封的应用实例（表3）：

表3　

结论

主轴密封改造方案满足红石电厂水轮机现有的结构布置，对导水机构无改动，主轴密封改造后，结构会更加紧凑，运行更加可靠，漏水量小。该改造方案几乎不需外加设备或系统，满足电厂现有条件的可实现性，完全满足此次改造的需要。

[1]游光华.天荒坪抽水蓄能电站主轴密封改造[J].水电站机电技术，2005，28（2）：38-41.

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