试论如何提高水轮机运行的可靠性

摘 要 本公司一期工程循环水系统采用以海水为水源的直流供水系统，冷却水取自电厂北侧的莱州湾海水。夏季、春秋季循环冷却水量为59.30m3/s，冬季循环冷却水量为44.98m3/s。循环水系统流程为：取水设施→泵房前池→拦污栅（移动式清污机）→旋转滤网→循环水泵→液控蝶阀→循环水压力进水管→凝汽器及辅机→循环水压力回水管→虹吸井→排水沟→前池→排水发电机组→大海。水轮机利用的是循环水最后的是能进行发电，其形式为轴伸贯流式水轮机。

关键词 循环水系统;循环冷却水;轴伸贯流式水轮机

1水轮机的结构组成

水轮机由进水装配、导水机构、调速机构、前径向轴承、主轴密封、转动部分、转轮室与直锥管、肘管部分、后径向推力轴承，油水气自动化等几部分组成。

1.1 进水装配

进水部分是水轮机过流通道，它是采用钢板焊接及螺栓拉合结构，设有吊物进人孔、固定座环、灯泡头、地脚拉钩等组成，它是水轮机前轴承的支撑点，它的刚度对整个水轮机的振动、噪音起决定作用。

1.2 导水机构

导水机构的作用有三点：第一是起支撑作用，形成一定的水流空间，支撑控制环;第二是形成转轮前的水流环量，为水流顺利进入转轮作准备;第三是通过导叶的开启与关闭调节流量，进而调节有功的输出。此部分是水轮机的重要部件，它由导水内环、导水外环、导叶、导叶臂、连板和控制环等组成，由于导叶的运动是锥形的空间运动，故与其相连的轴承都是特制的关节轴承，连板与导叶臂之间设有剪断销，以便导叶卡死时发出报警信号，保护调速器，导叶是运动件又处于水流中，故上、下轴颈处都设有密封。

1.3 调速机构

调速机构由接力器、轴套、叉头、销等组成，整个机构结构简单、性能可靠。

1.4 主轴密封

转动部分的前、后各设一道密封。前主轴密封采用橡胶活塞密封和空气围带的停机密封，橡胶活塞密封是靠压力水压迫活塞下移压紧平板起密封作用，活塞和平板之间也是靠清洁水保证润滑的。后主轴密封采用盘根填料密封，这种密封形式是靠盘根挤压大轴起密封作用，盘根中间设有水环靠清洁水保证盘根润滑。

1.5 转动部分

转动部分是整个水轮机的心脏，水轮机性能好坏决定于转动部分，它有前小轴、转轮、大轴和小主轴组成。大轴是采用20SiMn整锻而成，转轮采用铸钢叶片和铸钢转轮体组焊而成。在最大飞逸转速范围内的任一转速下运转时，整个转动不会产生有害的震动和变形。

1.6 转轮室和直锥管及肘管部分

转轮室内径与转轮叶片配合，配合间隙符合国家规定，以使水流漏水量最小，水流最大限度做功于叶片上，定浆转轮室是圆柱面。转轮室和直锥管都是分半的钢板焊接结构，其间设一伸缩节，直锥管上设有进人孔。

油水气自动化部分：

此部分对确保机组安全运行起关键的作用，它主要包括增速器的润滑设备稀油站、前后主轴密封的水管路、后径向推力轴承、发电机径向轴承及稀油站的冷却水管路，空气围带和制动刹车的气管路，以及各轴承部位用以检测信号的铂热电阻、示流信号器等检测元件[1]。

2水轮机运行目前存在的缺陷

缺陷1：水轮机主轴密封跟随性差造成前导轴承室进水。

两台水轮机经过运行后，因前导轴承室进水造成前导轴承温度高（75℃跳机）。跳机的原因分析为水轮机主轴密封为活塞密封，使用密封水作为动力源，密封一侧为抗磨板（材质为321不锈钢），当机组运行过程中，在密封水（0.32MPa）的工作压力下将活塞推向抗磨板，利用橡胶与钢板之间的压紧力作为轴向密封，防止海水漏量增大充满腔室，继而倒灌至前导轴承室内部。其次，经过长时间运行由于活塞密封为橡胶材质，与钢结构摩擦造成活塞表面破损，无法有效起到密封作用;第三，机组在导叶突然开关过程中，轴向推力瞬间增大，密封水压力较低，无法有效保证活塞及时与抗磨板接触起到密封作用，导致海水瞬间倒流至轴承箱内。腐蚀加剧密封不严造成前导轴承室进水问题;以上三条原因是造成主轴密封不严继而漏水的主要原因。

缺陷2：工业冷却水材质为碳钢，造成管壁堵塞，通流面积减少，润滑油冷却效果差。

原机组设计时，各个轴承以及后密封盘根冷却水管道为碳钢材质，由于使用工业水冷却且此位置在全厂最末端，易导致管道内壁堵塞，减少通流面积，降低润滑油的冷却性能。

缺陷3：水轮机导叶材质为碳钢件，在海水浸泡腐蚀下导致叶片表面修饰，内部卡涩，活动不灵活。

设计时，水轮机导叶片为碳钢材质，碳钢对海水的耐腐蚀性很差，运行过程中常常出现导叶片卡到某一角度无法正常全部关闭的情况，易导致机组无法正常停机和发生超速的危险。

3提高水轮机运行可靠性的方法

3.1 更换主轴密封形式的方法

针对水轮机主轴密封跟随性差造成前导轴承室进水缺陷，采用更换主轴密封形式的方法。考虑到泵上运用的机械密封形式，思考将主轴活塞密封更换为集装式机械密封，机械密封采用316L不锈钢材质，动静环密封面材料采用特殊热处理的碳化钨硬质合金（硬度接近金刚石），海水中的细小泥沙不会造成密封镜面磨损。机械密封的结构是弹簧外置在远离海水的位置，不直接和海水接触，使机械密封的使用寿命有保证。

主轴密封更换成机械密封后，因机械密封为镜面密封，依靠弹簧力对其进行推动，能够保证密封不漏水;机械密封替代了主轴密封和空气围带两密封的功能，避免了启停机两道密封切换造成油室进水风险，提高设备可靠性。

3.2 提高润滑油冷却效果

针对工业冷却水材质为碳钢，造成管壁堵塞，通流面积减少，润滑油冷却效果差的问题。采用将原先的碳钢冷却水管道全部拆除，重新布置新的冷却水管道，管道采用316L不锈钢材质，全氩弧焊接，保证焊接质量和通流面积，提高润滑油冷却效果。

3.3 提高导叶的耐腐蚀性

针对水轮机导叶材质为碳钢件，在海水浸泡腐蚀下导致叶片表面修饰，内部卡涩，活动不灵活的缺陷。由于水轮机内腔室在海水中运行，考虑金属特性和防护性能，将水轮机导叶材质更換为双相不锈钢2205，提高导叶的耐腐蚀性，同时在水轮机外壳体上加装防护阴极块，防止壳体腐蚀加剧，保证水轮机运行的可靠性。

4结束语

水轮机的安全运行一直是华电莱州发电有限公司的一个难题，但是通过近几年的改造优化，水轮机能够长周期稳定安全运行。特别是将水轮机主轴密封改造为机械密封后，前导轴承进水危害机组安全运行的问题得到彻底解决。当前我国水电早期设计的机组有很多存在类似的问题，建议借鉴此方法进行改造。

参考文献

[1] 梁武科.水轮机优化设计与运行可靠性问题研究[D].西安：西安理工大学，2006.

作者简介

秦福鹏（1990-），男，山东省烟台市招远市人;学历：本科，职称：助理工程师，现就职单位：华电莱州发电有限公司，研究方向：汽轮机检修。