- A+
水輪機(jī)的密封效果不好會(huì)造成主軸在工作過(guò)程中產(chǎn)生摩擦，損壞設(shè)備，隨著磨損的增加還會(huì)造成漏水現(xiàn)象，降低水輪機(jī)的運(yùn)行效率和使用壽命。本文通過(guò)對(duì)水輪機(jī)的工作原理進(jìn)行分析，對(duì)產(chǎn)生水輪機(jī)密封故障的原因進(jìn)行分析并采取相關(guān)措施進(jìn)行處理，降低水輪機(jī)主軸的密封故障。
[關(guān)鍵詞]：水電站 水輪機(jī) 密封 故障分析
一、前言
水輪機(jī)能將水能轉(zhuǎn)化為電能，是水電站中重要的設(shè)備。水利發(fā)電是一種重要的清潔能源，能實(shí)現(xiàn)水電站的節(jié)能減排，減少由于煤炭發(fā)電對(duì)環(huán)境的污染，已經(jīng)在水電站發(fā)電廠大規(guī)模使用，并且取得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在當(dāng)前電力需求的強(qiáng)力拉動(dòng)下，使用水輪機(jī)發(fā)電得到了快速的發(fā)展，其制造水平和維修技術(shù)也得到了提升。
二、主軸密封工作原理
為了確保潤(rùn)滑軸承的工作正常，在軸承上面采用密封裝配，避免壓力水流從頂蓋和主軸之間的縫隙滲入到軸承，破壞軸承的工作環(huán)境。因此，密封裝置的好壞是潤(rùn)滑軸承工作飛一個(gè)十分重要的問(wèn)題。
主軸密封在水導(dǎo)軸承的下面，水輪機(jī)頂蓋的上面。水輪機(jī)的主軸密封主要分為停機(jī)密封和工作密封。停機(jī)密封主要起到輔助主軸密封的作用，它主要在水輪機(jī)停機(jī)檢修過(guò)程中起到密封的作用。根據(jù)使用設(shè)備的不同，所采用的密封方式也各不相同，目前主軸的密封主要有機(jī)械式密封、空氣圍帶式密封和抬機(jī)式檢修密封三個(gè)類(lèi)型。一般情況下水電站停機(jī)密封使用空氣圍帶式密封形式較多，能占到百分之七十五左右，空氣圍帶式密封主要的工作原理是在正常工作時(shí)，水輪機(jī)軸和圍帶排氣之間保持一定距離間隙；需要進(jìn)行停機(jī)檢修時(shí)，會(huì)向水輪機(jī)軸和圍帶排氣的空隙中充入一定壓力的壓縮空氣，這時(shí)空氣圍帶的橡膠會(huì)出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，使水輪機(jī)軸密封抱緊，阻止水出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。在運(yùn)行狀態(tài)下也存在密封，主要是橡膠活塞式密封。主要有移動(dòng)橡膠環(huán)、轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)和密封座環(huán)三部分組成。轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)需要在水輪機(jī)軸上進(jìn)行固定，使之與機(jī)組保持同步的轉(zhuǎn)動(dòng)。密封座環(huán)需要固定在內(nèi)蓋法蘭的上面，一般情況下內(nèi)部為U型設(shè)計(jì)，在U 型環(huán)內(nèi)安放可移動(dòng)的橡膠環(huán)，在橡膠環(huán)上每九十度鉆一個(gè)8毫米的圓孔，對(duì)稱(chēng)兩個(gè)為銷(xiāo)子導(dǎo)向滑孔，確保橡膠環(huán)能沿著銷(xiāo)子進(jìn)行上下兩個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)。在圓周方向上不出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。其余兩個(gè)為冷卻通水孔。座環(huán)U型底部進(jìn)水孔的設(shè)計(jì)，從進(jìn)入供水總管經(jīng)電磁閥和手閥控制引水到進(jìn)水孔，可以操作移動(dòng)橡膠環(huán)向上移動(dòng)使橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)接觸，密封水輪機(jī)的漏水。
三、水輪機(jī)的密封類(lèi)型
為了減少機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中的漏水量，在水輪機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中主軸的密封起到十分重要的作用，按照密封結(jié)構(gòu)型式主要可分為軸向密封、徑向密封、組合式密封和非接觸式密封四種密封形式。軸向密封包含了水壓式端面密封、平板密封、靜壓自調(diào)等三種密封結(jié)構(gòu)型式。徑向密封細(xì)分的話(huà)，又可以分為剖環(huán)式和填料式兩種密封結(jié)構(gòu)，采用比較耐磨材料，在彈簧機(jī)械力作用下，沿徑向與套在主軸上的抗磨襯套形成徑向密封面，并用清潔水進(jìn)行潤(rùn)滑，該密封面是經(jīng)過(guò)接觸壓力和潤(rùn)滑水來(lái)達(dá)到密封、止漏的作用。組合式密封可根據(jù)設(shè)備的類(lèi)型和使用的地點(diǎn)進(jìn)行選擇，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮組合的形式，以便能更好地達(dá)到密封的效果。一般情況下有水壓式端面密封+斜向密封、泵板密封+非接觸式間隙密封、梳齒+平板式主軸密封等組合形式，組合式密封方式由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜在水輪機(jī)的密封過(guò)程使用的較少。
三、出現(xiàn)故障的原因分析及其處理措施
水輪機(jī)密封故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，應(yīng)根據(jù)使用的設(shè)備不同進(jìn)行重點(diǎn)分析。每一類(lèi)型的設(shè)備都有自己專(zhuān)屬的設(shè)備特性，下面就以比較容易出現(xiàn)密封故障的原因進(jìn)行簡(jiǎn)要的分析和總結(jié)。
1、水輪機(jī)的參數(shù)
水輪機(jī)的設(shè)備參數(shù)對(duì)在運(yùn)行過(guò)程中的密封有著至關(guān)重要的作用，因此，在出現(xiàn)密封故障時(shí)對(duì)設(shè)備的設(shè)計(jì)密封的原理進(jìn)行分析，根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求，橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)之間的間隙為2毫米，安裝間隙為1.8毫米，橡膠環(huán)在安裝過(guò)程中必須要使用壓縮空氣進(jìn)行吹氣試驗(yàn)。出現(xiàn)密封故障后，對(duì)主軸的密封裝置進(jìn)行拆卸檢修，拆卸后發(fā)現(xiàn)上、下密封橡膠平板上無(wú)褶皺現(xiàn)象的出現(xiàn)，切口部位沒(méi)有發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂情況，橡膠平板的密封面也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)擦痕跡。通過(guò)對(duì)上下密封板及與其配合的橡膠密封板間的間隙進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量，測(cè)量結(jié)果表明上層平板之間密封間隙為2.5毫米，下層平板之間密封間隙2.4毫米，密封間隙超出間隙密封標(biāo)準(zhǔn)（設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為2毫米）。因此可以認(rèn)為，上下密封板與密封橡膠板間的間隙不符合設(shè)計(jì)要求是引起主軸密封漏水的主要原因。
2、運(yùn)行過(guò)程分析
通過(guò)對(duì)機(jī)組的運(yùn)行情況進(jìn)行分析，水輪機(jī)在停機(jī)后空氣圍帶投入，頂蓋水位恢復(fù)正常，通過(guò)此現(xiàn)象可判斷橡膠空氣圍帶能正常密封，由此可判斷故障點(diǎn)在橡膠平板密封，而引起橡膠平板密封漏水有三種的情況。
（一）、上下密封橡膠板安裝時(shí)切口方向錯(cuò)誤
一般情況下上、下密封的橡膠板都是圓形的結(jié)構(gòu)，是使用過(guò)程中需要進(jìn)行切割處理，在切口處因進(jìn)行斜面處理，這樣能保證切口部位的粘合能力，使切口的斜面與機(jī)組的轉(zhuǎn)動(dòng)方向一致，這樣能避免切口在使用過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。如果切口傾斜方向逆著機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)方向，機(jī)組運(yùn)行過(guò)程中切口位置受力，會(huì)引起切口撕裂，達(dá)不到密封效果，造成主軸密封漏水。
（二）、上下密封板要和密封橡膠板之間有合適的縫隙，要符合設(shè)計(jì)的要求，一般情況下上下密封板和密封橡膠之間的間隙控制在2毫米以?xún)?nèi)。如果上下密封板和橡膠板之間的間隙過(guò)大會(huì)出現(xiàn)主軸密封不嚴(yán)，產(chǎn)生漏水現(xiàn)象；如果上下密封板和橡膠密封板之間的間隙過(guò)小會(huì)產(chǎn)生一定的摩擦，造成密封設(shè)備的損壞，降低設(shè)備的使用壽命，隨著使用時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)密封故障。
（三）、橡膠板存在褶皺現(xiàn)象
橡膠板固定螺孔位置裝有銅套，以保證安裝時(shí)橡膠板的平整度。如果安裝時(shí)銅套漏裝或安裝不符合規(guī)范，橡膠板存在褶皺現(xiàn)象，亦達(dá)不到密封作用，也會(huì)造成主軸密封漏水。
3、水輪機(jī)漏、排水影響
機(jī)組開(kāi)機(jī)時(shí)，導(dǎo)水機(jī)構(gòu)導(dǎo)葉打開(kāi)，水能主要作用于轉(zhuǎn)輪葉片做功旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動(dòng)部件轉(zhuǎn)輪和固定部件底環(huán)、頂蓋存在間隙，產(chǎn)生漏水。下部底環(huán)和轉(zhuǎn)輪的間隙漏水減壓排至尾水。上部頂蓋和轉(zhuǎn)輪的間隙漏水通過(guò)梳齒減壓，漏至轉(zhuǎn)輪上面，經(jīng)4個(gè)32排水孔排至尾水。計(jì)算水輪機(jī)上腔漏、排水面積，實(shí)際測(cè)量轉(zhuǎn)輪與頂蓋梳齒雙邊配合間隙為2毫米，內(nèi)梳齒直徑中心為800毫米。
1)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上腔漏水面積：3．14×（4002-3982）=5012mm2。
2)水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪上腔排水面積：4×3．14×162 =3215 mm2。。
3)分析：通過(guò)以上計(jì)算水輪機(jī)漏水面積大于4個(gè)32排水孔的排水面積，漏水不能全部排至尾水，在水輪機(jī)上腔減壓。機(jī)組負(fù)荷增加，導(dǎo)葉開(kāi)度加大，水輪機(jī)上止漏環(huán)漏水處水壓增加，水輪機(jī)漏水量增大。該壓力水通過(guò)密封移動(dòng)橡膠環(huán)的內(nèi)壁進(jìn)入至橡膠環(huán)下腔和密封供水(密封供水為壓力0.3兆帕技術(shù)供水，通過(guò)供水手閥調(diào)整為0.07兆帕)串通，從而使密封的供水水壓隨導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)大升高，形成橡膠環(huán)向上與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)擠壓力加大，封堵減小了密封潤(rùn)滑、冷卻出水孔。
通過(guò)分析、計(jì)算，導(dǎo)致故障的原因一方面是水輪機(jī)漏水不能全部排走，在密封橡膠環(huán)下腔和密封供水疊加，水壓增大作用于橡膠環(huán)下腔。另一方面水壓波動(dòng)使橡膠環(huán)與轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)產(chǎn)生沖擊。兩方面因素導(dǎo)致橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)擠壓力不均勻、增大，水不能進(jìn)入。
四、結(jié)語(yǔ)
主軸的密封效果對(duì)水輪機(jī)的運(yùn)行有著重要的影響，主軸密封也是水輪機(jī)最容易發(fā)生故障的部件，這就要求水電站的設(shè)備維修人員要掌握水輪機(jī)容易出現(xiàn)故障的原因，不斷對(duì)出現(xiàn)的故障進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，形成一套自己的維修方式進(jìn)行設(shè)備的維護(hù)，減少由于水輪機(jī)的主軸密封問(wèn)題造成的停產(chǎn)事故，提高設(shè)備的運(yùn)行狀況，提高水電站的發(fā)電量，為水電站的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
參考文獻(xiàn)
[1]張英華 水輪機(jī)漏水的原因分析及采取的相關(guān)措施[J] 潤(rùn)滑與密封 2012
[2]王天軍 水輪機(jī)密封形式的選擇和控制[J] 水電站機(jī)電技術(shù) 2011
大家都在看:
