- A+
目前，我國整體經濟不斷的發展，對于電力能源的使用需求越來越高。分析了抽水蓄能電廠水泵水輪機平面靜密封、旋轉運動密封和往復運動密封3種O形密封圈的失效形式及其原因,并提出了針對性的解決方法。最后對密封圈的設計提出了建議
關鍵字：抽水蓄能電站；水泵水輪機；密封圈失效；原因分析
引言
荒坪抽水蓄能電站安裝6臺300MW可逆式機組,工作水頭518.5～610m,水泵水輪機及其輔機部分由挪威卡瓦那公司制造。水泵水輪機活動導葉與固定部分之間、底環與座環之間采用O形密封圈密封,高壓進水球閥上下游活動密封也采用O形密封圈的密封結構。但1998年機組投入運行后,這些密封點很快均出現漏水及密封損壞的情況。本文作者對這3種O形密封圈損壞的原因進行了分析并提出了解決對策。
1活動導葉下端面密封圈損壞原因分析
天荒坪抽水蓄能電站導葉軸承采用自潤滑形式,設計導葉上下部均采用8.4mm×219.1mmO形密封圈密封形式。由于導葉雙向旋轉,因此導葉上下端蓋密封屬于旋轉動密封,密封腔水壓變化范圍、脈動情況幾乎與上面底環密封腔相同。圖3是導葉下端蓋密封結構圖。導葉下端蓋O形密封圈有3個接觸面,托盤固定在導葉上,導葉下端蓋O形密封圈有兩個轉動的接觸面,所以導葉下端蓋O形密封圈會隨導葉一起作旋轉運動。導葉下端蓋在機組投入運行沒有多久即出現漏水,有時漏水非常嚴重。從更換下來破損的密封圈來看,破壞的主要表現是橡膠圈剝落、擠破或咬斷從壓縮率來看,對比有關資料推薦的旋轉運動密封圈壓縮率為3%～8%的范圍,密封圈壓縮率取值偏大,導致摩擦力增大,使密封圈材料剝落或拉斷。且由于材料硬度不足,存在從縫隙擠出剝皮破壞的現象。挪威生產廠家提出在O形密封圈下部增加一只塑料U形墊圈的方法,。采用這種改進后,運行時間明顯變長,但多個導葉仍然出現漏水。對漏水導葉密封拆開檢查,發現O形密封圈沒有被破損,而U形墊圈唇邊部分破損,分析應該是密封圈承壓后把唇部壓破所致。
2進水球閥密封損壞漏水分析
我廠機組進水閥直徑為2m,球型閥型式,閥門設有上下游活動金屬密封,球閥正常關閉時,自動投入下游密封以密封壓力鋼管內高壓水;球閥打開前,退出下游密封后閥門打開。上游密封在球閥或機組檢修時作為安全隔離措施投入,球閥正常工作時保持在退出位置。由于壓力鋼管壓力在6.0MPa以上,所以下游密封正常工作非常重要下游密封結構如圖5所示。支撐環(安裝在殼體上)、閥門殼體、活動環通過O形密封圈構成投入腔,殼體與活動環通過O形密封圈2,3構成退出腔。當活門處于關閉狀態,活動環投入腔導入壓力水、退出腔接通大氣,于是活動環與活門接觸壓緊阻斷壓力鋼管水壓;退出時,投入腔接通大氣,退出腔導入壓力水,活動環即退出。從以上情況可以看出,采用加大強度、整圈密封圈后,解決了密封圈2的接頭質量不良及剝皮損壞的缺陷,但密封圈3剝皮破壞的問題沒有完全解決,而密封圈4則出現新的扭斷現象通過對3只密封圈不同損壞原因的分析,對于密封圈2用整圈13mm,硬度為85(ShoreA)的硫化丁腈橡膠,從而解決了剝皮破壞的問題。對于密封圈3,4,最好采用加墊的辦法,但由于密封尺寸較大(超過2m),墊片的加工和安裝將非常困難。因此建議仍然使用直徑為13mm,硬度為90(ShoreA)的密封圈,以增加密封圈抗扭斷、剝皮的能力,并且在安裝時涂抹耐水潤滑油以減小摩擦力。由2個內骨架雙唇口油封(210mm×250mm×15mm)同向安裝、1個窄斷面非標水封(GVA2500)組成。
3該密封系統有以下特點
第一，原迷宮環上保留有一個金屬的凸出板,將有效阻止水、氧化鐵皮等對密封系統的直接沖擊,從而起到保護主密封系統的作用。第二，水封是第二道防線密封唇口向上,安裝時注意在唇口滑動面上涂覆薄層潤滑脂。水封起到“粗密封”的作用,它能夠把大部分水及其它雜質甩出。第三，同向安裝的兩個油封起到“精密封”的作用,防止侵入的少量水及雜質繼續侵入軸承。第四，排水口的設計有利于把侵入密封腔內的水及時排出。需要指出的是排水口必須向下傾斜以防止外界的水從排水口直接侵入。第五，油封使用雙唇結構,副唇口可以起到防止潤滑油外泄的作用,主副密封唇口之間可以存儲少量潤滑脂,防止密封唇口出現干摩擦。
期刊文章分類查詢,盡在期刊圖書館第六，由于除去迷宮密封,端蓋及配合件的加工遠比改造前簡單、容易。
4 影響因素
4.1過流部件的相對位置關系
機組在運行時流經轉輪的流動為環流，不會造成能量損失，但水流流過轉輪與頂蓋、底環之間的密封間隙時所產生的徑向流動會造成很大的能量消耗，因此，較小的轉輪密封間隙可以達到限制徑向流動和增大環向流動的效果，進而降低過流部件的動態響應幅值。在活動導葉與轉輪葉片間的無葉區內，活動導葉尾流的速度損失將會引起轉輪葉片上水流相對速度矢量的變化，并將水力激振力傳遞給葉片，在無葉區產生的壓力脈動同樣會傳播到頂蓋和底環上。因此，活動導葉與轉輪葉片之間的距離越近，速度損失越大，壓力脈動的幅值也隨之變大。
4.2過流部件的結構設計
影響結構固有頻率的主要因素包括自身的質量、結構形式和周圍水體的附加質量。通常情況下，轉輪的性能確定后水泵水輪機的流道形狀是不可改變的。因此，從過流部件的動態特性方面考慮，通過改變結構的固有頻率可以獲得很好的避振效果。轉輪的振動形式主要表現為其外緣振動的波形，容易受外緣形狀的影響。因此，可以通過增加上冠、下環的厚度來提高轉輪的固有頻率。
5改造過程中注意事項
5.1油封水封材料選擇
密封件的制造過程中,油封水封材料選型以及配合時需要考慮的幾個方面:第一，良好的耐油、耐水性是選材的前提;在介質老化過程中,體積變化、強度變化、伸長率變化、壓縮永久變形等性能應達到并超過相應標準值。第二，唇口部位恢復性及跟隨性要好,這就要求膠料具有良好的彈性。第三，制品硫化成型時,必須考慮到膠料焦燒期、流動性,以降低廢品率,提高產品外觀質量及整體質量。第四，材料的耐磨性。產品長時間高速旋轉,唇口部位磨損相當嚴重,提高膠料耐磨性可以延長產品壽命。第五，材料選擇和膠料的配方設計,還應該使膠料具有良好的綜合性能。
5.2密封件的安裝
安裝過程中應當保護好密封件的唇口(工作面),防止安裝時劃傷;另外要防止安裝時造成油封變形翹曲。安裝注意事項可以參考相關手冊或者咨詢密封件廠家。
5.3粉塵污染
因密封不能存儲在高溫熱源附近,而冶金行業車間存在高溫,且粉塵較多,因此在使用密封之前不要打開原始包裝以防止粉塵、雜質粘附污染密封唇口。
6改造結果
這套密封系統經過實際改造使用,軸承壽命得到成倍提高。按照同樣的設計思路對1～5機架和6～9機架進行改造,事實證明改造是成功的。這種改造方式具有相對較低的改造成本和制造周期,因此具有較強的實踐價值。需要說明的是,由于原始設計的空間有限,這套密封系統也不是很完善。主要存在以下缺點:(1)水封被迫改造成非標窄端面結構,限制了其性能;(2)兩個油封缺少潤滑脂注油口,有出現干摩擦的可能,安裝時在油封的兩個唇口之間要抹些潤滑脂。
結語
隨著我國電力能源的使用越來越廣泛，加強電力設備的使用與維護對于工程的發展具有重要的作用。在電力設備抽水蓄能電站水泵水輪機密封圈失效原因分析可以提高設備的使用功效，促進國家的全面發展。
參考文獻:
【1】廣廷洪,汪德濤.密封件使用手冊.北京:機械工業出版社,1994.
【2】汪德濤,等.機械設計手冊:第3卷.北京:化學工業出版社,2002.
【3】李正波.軋機油膜軸承的DF密封與水封及DF密封、水封的常見損壞形式分析與對策.潤滑與密封,2003(6).
大家都在看:
