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摘 要：傳統(tǒng)主軸密封磨損大、易冒煙、易漏水等問(wèn)題長(zhǎng)期困擾水電站的運(yùn)行，我公司在設(shè)計(jì)過(guò)程中采用的無(wú)接觸主軸密封結(jié)構(gòu)很好的解決了以上問(wèn)題，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行效果良好，本文就其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、工作運(yùn)行原理進(jìn)行了探討。
關(guān)鍵詞：水輪機(jī)；主軸密封；無(wú)接觸密封；泵蓋板
1 前言
主軸部分的密封裝置分兩種，一種是在機(jī)組正常運(yùn)行中防止機(jī)組漏水的主軸密封。如盤(pán)根、墊料式密封，單層或雙層橡膠密封，徑向或端面碳精塊（尼龍塊）密封，水泵密封等等。另一種密封是機(jī)組停機(jī)檢修軸承和軸承下部主軸密封時(shí)防止尾水往機(jī)坑內(nèi)泄漏的檢修密封。水輪機(jī)主軸密封的作用是減少水輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)部件與固定部件之間的漏水量。水輪機(jī)主軸密封的漏水問(wèn)題，直接威脅著機(jī)組的安全運(yùn)行，尤其是多泥沙河流上的水電站，往往由于泥沙磨損或流道堵塞等原因，造成主軸密封在短時(shí)間內(nèi)因磨損嚴(yán)重而漏水，被迫停機(jī)檢修。許多電站在機(jī)組投產(chǎn)初期就多次發(fā)生主軸密封燒磨、冒煙、漏水的事故。有的電站由于主軸密封漏水，出現(xiàn)水淹水導(dǎo)、水淹廠房的事故，有的電站特別是渾水電站，機(jī)組投產(chǎn)初期工作密封效果很好，但運(yùn)行不長(zhǎng)時(shí)間，主軸密封就磨損，需要更換，因此在機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，在密封形式選擇上應(yīng)充分考慮，要結(jié)合電站的實(shí)際條件，要特別注意水頭和泥沙含量，如盤(pán)根密封在清水電站應(yīng)用可以使用幾年，而多泥沙電站一個(gè)汛期就需更換，有的甚至過(guò)不了一個(gè)汛期就磨損壞，造成電站汛期停機(jī)，影響電站的經(jīng)濟(jì)效益。為此，制造、安裝和運(yùn)行等單位對(duì)主軸密封的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了長(zhǎng)時(shí)間、多方面的試驗(yàn)改進(jìn)，以期找到一種適用于多泥沙河流上水電站水輪機(jī)主軸密封的結(jié)構(gòu)型式。而我們要探討的就是近年來(lái)在水電機(jī)組中應(yīng)用效果較好的一種工作密封形式――無(wú)接觸密封。本文就將其工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用注意事項(xiàng)做以下介紹。
2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
在臥式、立式高水頭高轉(zhuǎn)速機(jī)組上我廠采用了無(wú)接觸式的主軸密封，此種密封對(duì)水質(zhì)要求相對(duì)較低、不易磨損、漏水量少，通過(guò)旋轉(zhuǎn)件和固定件之間形成很小的曲折間隙來(lái)實(shí)現(xiàn)密封。現(xiàn)在，此種結(jié)構(gòu)在多個(gè)電站已得到應(yīng)用，受到了業(yè)主的好評(píng)。
圖1所示結(jié)構(gòu)即為在混流臥式機(jī)組中應(yīng)用的無(wú)接觸主軸密封結(jié)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)與靜止環(huán)間形成的多道封水間隙達(dá)到密封的效果，主軸密封工作時(shí)，主軸密封的靜止部分與轉(zhuǎn)動(dòng)部分不接觸，所以主軸密封不產(chǎn)生磨損，這樣密封有極長(zhǎng)的壽命。對(duì)少量漏水經(jīng)擋水環(huán)作用，漏至下方，經(jīng)排水管排至集水井，達(dá)到防止漏水從軸向漏出的目的。
圖2所示結(jié)構(gòu)即為在混流立式機(jī)組中應(yīng)用的無(wú)接觸主軸密封結(jié)構(gòu)，其工作原理是在在水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪頂部設(shè)有泵板裝置，由于泵板的吸出作用，主軸法蘭始終處于大氣之中，軸與軸封間不接觸并只有一層空氣，該密封有極長(zhǎng)的壽命。該主軸密封為不接觸迷宮型，由緊靠著軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)套、密封箱和主軸密封排水管等部件組成。在水輪機(jī)正常運(yùn)行情況下，整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)密封盒上無(wú)水壓。轉(zhuǎn)輪上的泵板隨轉(zhuǎn)輪一起旋轉(zhuǎn)防止水和固體進(jìn)入主軸密封，同時(shí)泵板排水管防止沙或固體物質(zhì)積在水機(jī)頂蓋下，并將透過(guò)上止漏環(huán)的少量漏水通過(guò)泵板排水管排至尾水。在起動(dòng)和關(guān)閉速度降低情況下。水壓可能達(dá)到軸封，此時(shí)由于迷宮環(huán)狀密封箱的擴(kuò)散作用使漏水壓力大幅度下降，同時(shí)位于每個(gè)迷宮環(huán)之間的主軸密封排水管可有效地防止水漏在封密箱上，并將滲漏水排至電站集水井。該種新型密封已逐步被推廣，在多個(gè)電站中被應(yīng)用，且運(yùn)行效果較好。
3 混流立式機(jī)組無(wú)接觸主軸密封運(yùn)行原理
3.1水輪機(jī)正常工作時(shí)
密封轉(zhuǎn)動(dòng)并完全干燥，由于有泵裝置，在額定轉(zhuǎn)速情況下，整個(gè)負(fù)荷范圍內(nèi)密封環(huán)上無(wú)水壓。
3.2低于額定轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)行
在起動(dòng)和關(guān)閉速度降低情況下，水壓可能達(dá)到軸封，密封在短期內(nèi)象迷宮環(huán)密封那樣工作，位于每個(gè)迷宮環(huán)之間的虹吸型排水管可有效防止水漏在密封環(huán)上，排水管通至電站集水井，對(duì)于不淹沒(méi)式的機(jī)組，排水管直接引至尾水。
3.3靜止?fàn)顟B(tài)下
在靜止?fàn)顟B(tài)下，可脹大的檢修密封可防止水漏過(guò)密封環(huán)，如果這個(gè)密封失敗的話，其漏水不會(huì)很大，因?yàn)槊芊庀鋾?huì)象一個(gè)迷宮環(huán)那樣工作，起到密封的效果。
3.4減壓系統(tǒng)
在轉(zhuǎn)輪上冠設(shè)計(jì)一道或二道梳齒密封，可以有效減少轉(zhuǎn)輪和頂蓋之間的水壓值，轉(zhuǎn)輪密封的密封水通過(guò)排水管排出，轉(zhuǎn)輪和頂蓋之間的水壓值由排水管中的水壓決定。由于隨著機(jī)組運(yùn)行，密封的磨損會(huì)導(dǎo)致密封水流量的增加，所以設(shè)計(jì)排水管的尺寸應(yīng)足夠大。頂蓋排水管內(nèi)的水排至尾水或冷卻水系統(tǒng)，管路上的彎頭應(yīng)盡量少，不設(shè)閘閥或節(jié)流閥以免誤動(dòng)作而使排水管不暢通。當(dāng)密封水被用作冷卻水時(shí)，排水管通向冷卻水箱，水位通過(guò)溢流或其它方式進(jìn)行控制。冷卻水系統(tǒng)的布置與設(shè)計(jì)廠家協(xié)商決定，因?yàn)檫M(jìn)行軸密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)和水推力負(fù)荷計(jì)算時(shí)必須考慮到排水系統(tǒng)中的壓力水平。
3.5空氣系統(tǒng)
為了在部分負(fù)載和過(guò)載情況下穩(wěn)定運(yùn)行，減少尾水管中的壓力脈動(dòng)，有必要向尾水管中心補(bǔ)充空氣，因?yàn)檗D(zhuǎn)輪上的泵裝置會(huì)使主軸法蘭上方與密封下方空間內(nèi)無(wú)水，空氣可由裝在頂蓋上的空氣閥、補(bǔ)氣管通過(guò)轉(zhuǎn)輪進(jìn)入尾水管。當(dāng)尾水管中空氣壓力小于外界大氣壓時(shí)需要充空氣。空氣將自動(dòng)被充入尾水管，空氣需要量可由在此系統(tǒng)中的一個(gè)固定小孔來(lái)調(diào)節(jié)，無(wú)需壓縮空氣或自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。
4 無(wú)接觸密封的運(yùn)行維護(hù)
由于這種無(wú)接觸密封系統(tǒng)在運(yùn)行中沒(méi)有磨損部分，所以不存在定期替換易損件的問(wèn)題，這樣不僅運(yùn)行維護(hù)方便，而且密封的壽命也不會(huì)因此而受到限制。但在運(yùn)行時(shí)必須定期檢查頂蓋壓力和密封水流量（如果流量計(jì)是裝于排管上的），要測(cè)量主軸與軸套之間的間隙，必須指出的是，當(dāng)出現(xiàn)頂蓋壓力上升或密封水流量增加的情況，可能是由于轉(zhuǎn)輪密封磨損引起，這不表明軸封系統(tǒng)中有磨損。
5 結(jié)束語(yǔ)
總之，本文介紹的這種無(wú)接觸密封避免了其它形式的主軸密封出現(xiàn)的諸多問(wèn)題，具有無(wú)需清潔潤(rùn)滑水、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行維護(hù)方便等特點(diǎn)，可以有效地防止泥沙對(duì)頂蓋和主軸密封的腐蝕。
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