轴流转浆式机组主轴密封漏水量超标治理

叶倩倩，王环东，张永慧

(吉林松江河水力发电有限责任公司，吉林 抚松 134500)

1 设备概况

某水电站装有2台轴流转桨式机组，水轮机型号ZZ550-LH-380，额定转速200 r/min，额定容量35 MW，机组型式为三导悬式结构。工作密封采用填料式盘根密封，由不锈钢轴套、密封压盖、密封填料、弹簧、压板等组成，具有一定的自动调节功能。工作密封下部装有空气围带式检修密封，长期停机或停机检修时，通入0.5—0.7 MPa的压缩空气，由橡胶围带唇边进行密封，阻断下游尾水进入顶盖。

该水电站2号机组自2010年投运以来，主轴漏水量随着运行小时数的增加而日益增大，每次机组检修均对其密封性进行针对性地处理，但均无明显效果；机组运行发电时顶盖排水泵每1—2 min就要启动1次，停机时约8 min启动1次。排水泵的频繁启动导致其故障频发，近年来多次出现排水泵烧损导致顶盖上水事件，严重影响了机组的安全稳定运行。

2 主轴密封漏水量超标原因分析

2.1 工作密封型式不合理

工作密封原设计为填料式盘根密封，配合弹簧和压板进行预压紧，且弹簧压缩量在机组正常运行时能进行自调整。这种密封结构存在弹簧预压缩量的调整无法准确把握和控制，密封润滑水量和漏水量无法定量计算，密封件磨损后压紧量调节困难等问题。同时，当机组受水力影响使水导摆度增大时，弹簧预压缩量不能完全补偿其受损的变量，时间越久漏水量就越大。原主轴密封示意如图1所示。

图1 原主轴密封示意

2.2 空气围带式检修密封存在密封死角

检修密封原设计为空气围带式结构，内部靠螺旋式弹簧支撑，外部采用丁晴橡胶作为密封主体。在制作过程中空气围带的两端需要预留密封接头，安装时进行手工粘接。接头处为非充气式结构，工作过程中势必会产生密封死角，严重影响密封效果及漏水量。

3 处理方法

为彻底解决上述问题，结合2016年机组A级检修，对2号机水轮机主轴密封进行了整体改造，尤其是工作密封及检修密封结构型式。

3.1 工作密封改造

工作密封改用径向自补偿式密封结构，工作密封轴套采用不锈钢材料，分成2个半把合固定在主轴上。工作密封的密封块为扇形密封块，采用进口高分子材料制作，沿轴向分2层布置。每层密封块分为6瓣。密封块外侧设周向螺旋拉伸弹簧，密封块磨损后在水压力作用下可以实现自动补偿，单边径向补偿量为7.64 mm。2层密封块中间的密封支撑环上设有若干个通润滑冷却水的通孔，润滑冷却水在摩擦面间流动时对密封起到润滑与冷却的作用。主轴密封润滑冷却清洁水压力必须大于被密封脏水的压力，确保脏水不会进入摩擦面，避免主轴密封转动环及密封块被泥沙磨损，以保证密封性能良好和密封块具有更长的使用寿命。改造后的主轴结构如图2所示。

图2 改造后的主轴结构

3.2 检修密封改造

检修密封采用C型环状中空充气膨胀式无间隙橡胶密封，为垫环支撑式空气围带结构。空气围带外侧采用黄铜板垫环进行支撑，保证空气围带既具有足够的刚度，又便于安装。检修密封工作压力为0.6—0.8 MPa，其安装工艺简便。C型检修密封在投运后可实现完全密封，不存在空气围带密封死角，能保证机组在停机状态下顶盖无上水，从而有效降低顶盖排水泵在停机时的启动次数。

4 改造效果

按上述方法改造后，2号机组于2016-12-10试运行，新的工作密封装置在工作状态下的漏水量基本稳定，且水泵的启动间隔明显延长，顶盖漏水量基本恒定，由不可控变成可控；在机组停机状态下C形硬支架式检修密封，可实现对下游尾水100 %密封，解决了原围带接头处易漏水的问题。改造前后排水泵运行间隔统计如表1所示。

表1 改造前后排水泵运行间隔统计