越南某水电站主轴密封漏水量偏大原因分析及处理

王筱东

摘 要：越南某水电站两台机组自投运以来一直存在着主轴密封漏水问题，且越来越糟糕，严重影响了安全运行。经过多次调查和实际考证，终于找到了主轴密封漏水偏大的原因，并进行了改造处理，取得了良好的效果。

关键词：水轮机;主轴密封;技术改造

中图分类号：TV738 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）20-0136-02

1 概况

某水电站位于越南广南省邦河上，额定水头330m，吸出高度-6.7m，额定转速600rpm，单机容量50MW，总装机容量为100MW，水轮机为立轴混流式。1号机于2018年6月发电并入越南国家电网，3个多月后发现运行时顶盖漏水量越来越大，停机投入检修密封后顶盖基本不漏水。2号机在7月发电后就发现运行时顶盖漏水量很大，停机投入检修密封后顶盖基本不漏水。

2 水轮机主轴密封工作原理

为防止水轮机的漏水进入水轮机室，进而渗入水导轴承，妨碍水导轴承的正常工作，水轮机装有主轴密封。主轴密封装在水轮机顶盖上面、水导轴承下面，按工作性质分为工作密封和检修密封，结构见图1。

工作密封由活塞座、密封活塞和转动环组成。活塞座采用不锈钢，设4个密封活塞定位销，用于限制密封活塞仅作上下运动、不作环向和径向运动，底部设有进水孔;密封活塞采用耐油耐水聚氨酯材料，内、外侧各均匀布置8个Φ12mm尼龙导向柱，中部均匀布置16个Φ2.5mm通孔作为技术供水通道，底部接通主轴密封技术供水，密封活塞在通入活塞座底部的技术供水的压力作用下，被向上顶起，接触到转动环后实现密封。同时，活塞座底部的技术供水则通过16个通孔进入到密封活塞与转动环的接触面，当密封活塞与转动环接触后，接触面之间就形成了流动的水膜。这时若机组开始转动，则转动环与密封活塞的磨擦就是与流动水膜的磨擦。这样流动水膜不仅能保护密封活塞，还能将磨擦引起的热量带走。根据厂家图纸要求，主轴工作密封技术供水压力视漏水情况在0.05-0.3MPa范围内调整，且不得中断压力水。密封活塞下部设铜带，活塞座外设密封磨损监测用金属接近开关，当密封活塞磨损殆尽时发出信号。

检修密封为橡胶材料的实心空气围带，安装在检修密封座的圆槽内。机组停机时，渗漏水经转轮和上止漏梳齿环之间的间隙流到转轮上腔，这时空气围带充气投入，利用空气围带方型凸头抱紧水机轴，阻断水流窜入水轮机顶盖的通道，实现密封作用。再次启机时，空气围带要先排气退出，渗漏水经过转轮和梳齿逐步减压，利用阻力损失减小漏水量，只有少量漏水会流至水轮机室，经过排水管排至集水井。

电站机组技术供水取自尾水，经主滤水器过滤后供给机组各冷却器，主轴工作密封用的技术供水还要通过精滤后才能使用，主过滤器末端水压通常为0.4MPa，在每个精滤前后又各设有1个小型闸阀，用来调节主轴工作密封的水量和压力，在主轴工作密封技术供水管上装有压力表用于监视技术供水压力。

3 原因分析

为了解决主轴密封漏水量大的问题，电站运行期间经过多次调整、各种尝试，均未改观，最后于2018年11月检修期间首先对2号机主轴工作密封进行解体。观察发现，原厚度为60mm的工作密封活塞已嚴重磨损、毁坏、变形，见图2。

其厚度最高处25mm、最低处15mm，且内、外磨损不均匀。我们分析工作密封活塞在工作中可能出现下面几种情况：

（1）首次开机时，因为技术供水管堵塞或其它原因导致压力水无法通入工作密封活塞下腔，使工作密封活塞无法顶起，这时因其上端面与转动环之间仍保持有4.5mm的间隙，所以不会发生运动磨擦。

（2）开机时，工作密封活塞顶起后，若技术供水突然中断，则工作密封活塞也不会发生运动磨擦;若技术供水水压太大，则可能使工作密封活塞紧贴转动环，发生运动磨擦。

（3）停机时，若技术供水切断后，工作密封活塞卡在了顶起位置，那么下次开机时，工作密封活塞将会被水压顶紧，通流孔也会被转动环堵死，磨擦面之间就无法形成流动水膜。若此时机组转动，那么在转动初期就会出现短时干磨擦或临界干磨擦的情况。

所以，若存在定位销生锈、倾斜，或工作密封活塞的定位销孔偏小、变形等情况，则工作密封活塞在机组停机后就会卡在顶端。

经过上述分析和现场照片，我们认为：电站2号机组在停机后，由于工作密封活塞仍卡在顶起位置，导致工作密封活塞的磨擦面在下次开机时没有产生流动水膜，转动环与工作密封活塞之间出现干磨擦或临界干磨擦，最终致使工作密封活塞严重磨损、毁坏。

4 处理与对策

（1）将备件工作密封活塞放入活塞座时，明显发卡、很难放入。复测周长后发现明显偏长，所以将其周长裁去6mm、定位销孔直径周向扩大1mm、下端面内外径各刮去1mm，保证工作密封活塞能够轻易滑动，不被卡死。

（2）将16个均布的Φ2.5mm通流孔增大到Φ4mm，增加润滑技术供水流量。

（3）将工作密封活塞内、外侧16个均布的Φ12mm导向柱向上垫高突出端面0.3mm，使其与转动环的磨擦面之间形成固定的0.3mm间隙。这样即使工作密封活塞失压后被卡住，只要顶盖有一些清洁水，当机组运行后，转动环就能将水引入磨擦面，在磨擦面之间形成流动的水膜。

（4）通过临时压力水源测试，密封活塞在水压为0.04MPa时就已形成足够的流动水膜。

（5）2号机再次投运后，顶盖漏水量明显很小，经过长期运行后依然没有变大，事实证明上述改造处理得当，效果明显。

5 建议

（1）根据开机流程，主轴工作密封要先通入技术供水，尤其是新安装的机组，在技术供水压力还没有整定到一个合理的范围时，开机前应该尽可能的调低技术供水压，机组运行后再一步步调整。

（2）在工作密封活塞上均匀设置通水孔、孔径一定要合理，能使底部的水从多个通孔流到工作密封活塞和转动环的接触面，增加动压效应、减少接触面压比，提高冷却效果。

（3）新型密封活塞材料聚氨酯虽然较传统的橡胶材料更加耐磨，但是由于其摩擦发热不会和橡胶材料那样发出烧焦的味道，一般不宜发现磨损异常。建议用PT100监测密封活塞温度，温度异常时及时做出调整。

（4）电站运行人员必须注意观察机组运行时顶盖压力、漏水量和主轴密封技术供水压力，合理调整工作密封运行水压，防止因压力过高导致主轴工作密封活塞和转动环的比压过大而烧毁。厂家图纸中推荐的工作密封技术供水压力值仅供参考，运行人员应结合现场实际情况灵活调整，如果发现顶盖漏水量变大，不能只知道增大技术供水压力，也应尝试降低技术供水压力，反而可能会使漏水量减小、也会减少工作密封活塞与转动环的压比。

参考文献

[1] 孙玉名.浅析中寨电站水轮机主轴密封的结构改造[J].云南水力发电，2005（1）：88-89.

[2] 韦兰庭.混流式水轮机主轴密封烧损事故处理[J].水利電力，2013（7）：40-42.

Analysis and Treatment on Big Leakage from the Main Shaft Seal of

A Hydropower Project in Vietnam

WANG Xiao-dong

（Dongfang Electric International Corporation，Chengdu Sichuan  611731）

Abstract：There has been a problem of leakage from the main shaft seal since the two units of a hydropower station in Vietnam have been put into operation， which is becoming more and more bad， seriously affecting the safety operation. After many investigations and actual verifications， the reason of big leakage from the main shaft seal was found and treated， good results were obtained.

Key words：hydro turbine; main shaft seal; technical reform