水轮机活塞式端面橡胶密封烧焦及甩水分析处理

2019-11-29赵发敏

建材发展导向 2019年9期

赵发敏

（贵州蒙江流域开发有限公司，贵州贵阳 550000）

1 主轴密封结构及工作原理

该厂水轮机主轴密封结构：转动环抱在转动油盆下方主轴上，主轴密封座子装在顶盖处，其工作原理是：工作密封块下腔通入压力清洁水，使密封块克服自身重量上浮起来。顶住固定在主轴上的转环上。转动环固定在主轴上，随主轴一起转动，密封块安装在活塞座里，密封块中对称布2 根定位销；限制密封块只能作上下运动，不能作环向运动和径向运动。在密封块上下端面之间均布个通流孔，见图。当密封块下腔无压时，密封块能靠自重落到底部，当活塞下腔通入压力水后，密封块在水压作用下上升到顶端，使顶盖与主轴之间的漏水水流受到阻碍，在顶起密封块的同时，水流经通流孔到密封块上端：当密封块与转环接触后，接触面之间就产生了流动水膜，只有一小部分水流漏出。同时这一定的漏水量也保证密封块不受到干磨过热而烧毁。

1.1 设备现状及历史事故总结

该厂1-3 号机主轴密封2009 年3 月15 日投运以来曾发生多次反复烧焦事故，之后又发生过几次甩水过大事故。从运行和多次事故处理中得出：

1）活塞式端面橡胶密封的下腔水压应比顶盖水压大“0.02-0.05Mpa”左右，且实验证明：正常运行水压下，橡胶活塞上钻6X¢5 孔最为理想。若孔太大就会造成橡胶活塞下腔与内腔水压的压差太小，起不到有效的密封作用，结果造成主轴密封甩水量过大，容易造成顶盖水位上升至回转油盆底，产生油盆打水，并溅入水导油盆；若孔太小又会造成橡胶活塞下腔与内腔水压的压差太大，产生向上的压力大，使橡胶活塞过紧贴附在抗磨环上，橡胶活塞与抗磨板之间不能形成水膜，密封面两侧无水流出，无法冷却和润滑摩擦表面，造成密封烧焦。

2）活塞与活塞槽内壁之间间隙应控制在0.05-0.10mm为宜，且通水压试验，活塞应均匀上升，而且除6 个润滑水孔外，其它地方应基本无漏水。抗磨板、橡胶活塞密封端面上不能涂黄油等油脂。涂黄油等矿物油脂的危害为：黄油等矿物油脂阻碍水流形成良好的水膜，阻碍了水流向密封面两侧流出，积累了由于磨擦形成的热量，易导致密封活塞烧焦。

由于机组正常运行时主轴密封润滑水水压相对恒定，当机组处于低负荷运行时，主轴密封进水压力比顶盖水压力大得多，很容易造成密封烧焦。特别是当抗磨环与水封活塞都是新装的时候，抗磨环与水封活塞贴合紧密，所以检修后的首次试运行显得尤为重要。第一次开机启动时，必须设专人监视并调整主轴密封进水阀，模拟压差装置以确保主轴密封进水压力比顶盖水压力大(0.02-0.05Mpa)，使主轴密封既可以止水，但又不会被烧焦。经过一定时间的磨合后，抗磨环与水封活塞将会配合得较好，才可将主轴密封水压调为正常运行水压。

1.2 事故发生的原因

首先，由于检修单位（2009 年5 月29-6 月10 日对1 号机进行B 修）更换主轴密封圈时，没有在密封圈端面钻润滑水孔，开机试运行时将主轴密封供水阀关闭，但主轴密封供水示流信号器以调至全开位置，当时试运行时已闻到主轴密封处有胶臭味。安装单位说新检修的主轴密封运行一段时间会好的，待机组试运行约10 个小时后（一直有胶臭味） .由于没有水，运行值班人员向地调申请停机，待6 月11 日18时25 分，大坝水位升致805（坝顶高程）时，运行人员开机前检查发现1 号机主轴密封供水阀处在全关位置，就将其打开（因检修人员未作交代，此操作步骤正确），此时密封座内下腔的水压力将水封活塞与抗磨环紧密结合，由于密封圈端面没有钻润滑水孔，机组转起来后，密封圈端面（水封活塞端面）与抗磨环（转动环）发生干摩擦，导致主轴密封烧焦及冒烟。

2 处理过程

主轴密封分解检查发现主轴密封水封活塞磨损严重，水封活塞端面没有润滑水孔，抗磨环没有受到损坏，只有烧毁的密封胶粘附在抗磨环表面。因此首先对主轴密封活塞更换及清理粘附在抗磨环表面的密封胶，检查抗磨板焊接是否牢固，接触面打磨光滑，接口过渡平顺。当预装密封活塞时，遇到了很大的麻烦，备用的橡胶密封活塞的厚度比密封座内槽还要宽1mm，因活塞与活塞槽内壁之间间隙控制在0.05-0.10mm，于是就要将活塞厚度均匀地打磨掉0.90-0.95 mm 才符合安装要求，密封活塞是条形，用电磨和游标卡尺来边打磨、边测量、边预装，当活塞装入活塞槽内，感觉上下活动灵活，就取出橡胶活塞在其端面均匀钻6X¢5 孔润滑水孔。孔钻好后，将活塞装入密封槽内用水压做试验，发现活塞总是不能顺利顶起，在以前，只要5-10 导的塞尺检查合格，做试验都是一次性成功，今天的问题出在那儿呢？，这可把我这个搞了10 多年水轮机检修的老师傅给难倒了，于是再做一次试验，我仔细观察，发现活塞放在槽内时，活塞的外侧总是与活塞槽的内壁外侧紧贴着，原来活塞是条形的，将其放入槽内时已弯成了圆形，当没有把接口粘接时，它有一个向外张的力，如果用正常水压是难以顶起来的。把接口用502 粘接好后通水一试，果然轻松地顶起来了。以前用的活塞都做成了圆形，虽然接口没有用东西给其粘接，但它已成形没有了向外张的力，今后要是遇到条形活塞密封时，预装完毕要将其粘接好后在做试验。

1）主轴密封座子的安装：装主轴密封座子前放好止水盘根、空气围带，按拆前所做的记号回装，并把螺丝上紧，然后用塞尺检查空气围带与法兰保护罩的间隙（间隙要求1-1.5 mm 为宜）。并给围带充气检查，用塞尺检查其密封性(5导塞尺通不过)。

2）主轴密封活塞安装：根据主轴密封活塞固定销的尺寸（不能超过座子槽口，销子并固定牢固）来钻配活塞上的销孔，销孔直径最多比销子大50 导，活塞高度不超过座子槽口，一般转动环与密封座子平面的间隙3-5mm；

3）转动环的安装：转动环装好后，要用小锤敲击检查是否安装牢固，用塞尺检查密封座子与转动环间隙是否均匀。

4）主轴密封活塞体安装后，投入压力水，检查管道和主轴活塞体各处不发生漏水现象，且主轴密封漏水量适宜，并用塞尺检查活塞端面与转动环的密封是否完好。

5）检修后开机启动试运行：设专人监视并调整主轴密封进水阀，人工模拟压差装置以确保主轴密封进水压力比顶盖水压力大0.02-0.05Mpa，为密封环、新橡胶活塞创造最佳运行磨合条件，防止橡胶活塞因压差过大烧损，橡胶活塞首次运行磨合的好坏，直接影响密封的止水效果。经过以上逐一分析排查，并针对各现象进行逐一处理，还有经过人工模拟差压装置运行条件下的磨合运行，主轴密封烧焦及漏水状况得到明显改善，各项指标也符合要求。