水輪機轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)會產(chǎn)生少量漏水，這些漏水會沿著主軸與固定部件之間的間隙進入機坑，妨礙其他設(shè)備的正常運行，主軸密封系統(tǒng)的設(shè)置，有效的阻止了尾水進入機坑。灘坑水電站在2017和2018年機組檢修中對1號機組和2號機組進行了主軸密封系統(tǒng)改造，消除了主軸密封系統(tǒng)由于原橡膠端面密封式主軸密封和多級減壓管路引起的橡膠活塞易發(fā)卡、水壓不穩(wěn)易抖動、密封水流量過小、主軸漏水量大、橡膠活塞磨損甚至燒毀、檢修頻繁等問題。

關(guān)鍵詞：灘坑水電站；主軸密封系統(tǒng)；技術(shù)改造

Abstract：Leakage stopper ring of turbine runner will produce a small amount of water leakage，which will enter the pit along the gap between the main shaft and the fixed parts，hindering the normal operation of other equipment.The setting of the main shaft sealing system effectively prevents tail water from entering the pit.During the unit maintenance of Tankeng Hydropower Station in 2017 and 2018，the main shaft sealing system of Unit 1 and Unit 2 was reformed，eliminating the vulnerability of rubber piston to jamming，unstable water pressure，small sealing water flow，large leakage of main shaft，wear and even burnout of rubber piston，frequent maintenance and so on caused by the original rubber end-sealed main shaft seal and multi-stage decompression pipeline.Questions.

Keyword：Tankeng Hydropower Station；Spindle Sealing System；Technical Reform

引言

灘坑水電站位于浙江省青田縣境內(nèi)的甌江支流小溪中游河段，對外交通便利，大壩為面板堆石壩，采用了先進的分層取水方式，保護下游生態(tài)環(huán)境。該電站接近電網(wǎng)負荷中心，經(jīng)濟指標較好，綜合效益明顯，是甌江流域水電梯級開發(fā)規(guī)劃中的一座重要骨干電站。

灘坑電站安裝有3臺200MW的水輪發(fā)電機組，發(fā)電機型號為SF200-40/10800，采用具有上下兩個導(dǎo)軸承的立軸半傘式結(jié)構(gòu)以及一臺4000KW臥式機組，總裝機容量為604MW，在浙江電網(wǎng)內(nèi)發(fā)揮重要作用，既有發(fā)電、調(diào)峰、調(diào)相功能，又有防洪抗災(zāi)能力。

該電站3臺20萬千瓦機組原設(shè)計主軸密封分為檢修密封和工作密封。檢修密封是水輪機檢修時工作的一種密封，它是在停機或檢修水輪機工作密封和水導(dǎo)軸承時的一種密封，它防止在尾水水位高于頂蓋高程時，水從主軸與頂蓋間隙倒灌進入機坑內(nèi)。該電站檢修密封采用空氣圍帶式結(jié)構(gòu)，投退快速、便捷、效果好。

工作密封采用端面橡膠環(huán)形活塞密封形式，主軸密封系統(tǒng)供水由主備用兩路構(gòu)成，主用水由技術(shù)供水濾過器后經(jīng)兩級減壓后提供壓力為0.02-0.15Mpa，流量為0-2.0m3/h的主軸密封供水，備用水由技術(shù)供水聯(lián)絡(luò)管引入，當(dāng)主用水?dāng)嗔?5s后，自動控制系統(tǒng)打開電動閥，備用水經(jīng)單級減壓閥減壓后提供主軸密封供水確保主軸密封效果。

1 改造的必要性

水輪發(fā)電機動力來源于水，由于我國的地勢特點以及河流特點，河流中的泥沙較多，尤其是在汛期，水流中的泥沙含量普遍較高。灘坑水電站雖然采用分層取水結(jié)構(gòu)，但汛期不可避免的會有大量泥沙進入水電站水系統(tǒng)。該電站技術(shù)供水由蝸殼引水，水質(zhì)也受庫區(qū)水質(zhì)影響，雖然有濾過器對引水進行過濾，但由于過濾效果的局限性，主軸密封水仍混有不同程度的泥沙顆粒等。

由于機組工作時，主軸密封采用端面橡膠環(huán)形活塞密封形式，橡膠長期浸泡在水中，會使橡膠膨脹變形，主軸密封上的孔會因會不同程度的變形，使各個出水孔出水量不均勻，從而引起受力不均，使主軸密封發(fā)卡甚至燒損的情況。并且，橡膠在泥沙較多的水質(zhì)中長時間運行容易磨損形成高邊、高點引起發(fā)卡導(dǎo)致水壓不穩(wěn)易抖動、密封水流量過小、主軸漏水量大、檢修頻繁等問題。

灘坑水電站技術(shù)供水減壓前壓力為1.1Mpa，主軸密封水由減壓閥前供水。為滿足主軸密封水0.02-0.15Mpa的要求，需多級減壓，這個過程對減壓閥精度要求高，可靠性強。但在實際運行過程中，水壓調(diào)整困難，調(diào)整時間長，對機組可靠運行影響大。

并且，技術(shù)供水管路材質(zhì)為碳鋼，在經(jīng)過長時間使用以及表面結(jié)露水的影響，表面銹蝕嚴重，管道內(nèi)部加重泥沙沉積，管路通徑減小，易引起管路間斷性或長期堵塞，加重了主軸密封水壓力和流量的不穩(wěn)定性。
鑒于以上情況綜合起來導(dǎo)致主軸密封系統(tǒng)壓力不穩(wěn)定，主軸密封水壓力調(diào)整頻繁，影響機組的安全穩(wěn)定運行。

2 新主軸密封系統(tǒng)的描述及特點

灘坑水電站20萬千瓦機組主軸密封改造后，主軸密封部分采用浮動環(huán)式結(jié)構(gòu)（見圖1），主軸密封供水均由技術(shù)供水減壓閥后供水經(jīng)單級減壓后，為主軸密封提供壓力為0.3-0.5Mpa的密封水（見圖2）。

新的主軸密封系統(tǒng)是針對發(fā)電機組高可靠性以及高性能的要求而設(shè)計出的新一代主軸密封產(chǎn)品，它擁有更可靠的密封結(jié)構(gòu)，對減壓閥精度范圍擴大，密封水壓力流量波動影響小。

2.1 主軸密封部分

2.1.1密封支架固定在頂蓋上，抗磨板固定在主軸上隨主軸一起旋轉(zhuǎn)；密封環(huán)固定在密封體上，密封體與壓蓋之間圓周方向布置若干組彈簧。密封環(huán)帶著密封體浮動于抗磨板上方，其上下浮動時依靠與密封支架相固定的壓板導(dǎo)向，密封環(huán)上下移動，可保證密封塊逐漸磨損的補償和機組抬機時的正常密封，滿足機組頂轉(zhuǎn)子時間隙要求。

靜水壓密封工作時，被密封水壓、密封腔壓力、彈簧作用力、浮動環(huán)及密封體的自重等部分組成一個自平衡系統(tǒng)，在密封環(huán)和抗磨板間形成一定厚度的水膜。并且密封體為剛性材料，在密封體上的設(shè)計精加工的6個流道的通徑不會因為介質(zhì)的影響而變化，使浮動環(huán)的各部位密封水壓幾乎均衡，形成的自平衡系統(tǒng)能長期保持穩(wěn)定狀態(tài)。

2.1.2 抗磨板和壓蓋為不銹鋼，密封環(huán)為高分子耐磨材料，至少能運行40000小時不用更換，其它的Q235B，材質(zhì)表面無銹蝕，并有完整的防腐涂層，對水質(zhì)有很強的適應(yīng)性。

2.1.3 頂蓋高程30.86米，尾水最高水位35.2米（3臺20萬千瓦機組發(fā)電時，尾水水位最高），密封水壓力最低為0.3MPa遠大于被密封水壓力，且密封水是經(jīng)過濾過器過濾的，潔凈度相對尾水較高，可確保密封環(huán)、抗磨板的潔凈度，減少磨損，提高設(shè)備運行壽命。

2.2 供水管路部分

2.2.1 技術(shù)供水管路選用了不易銹蝕的不銹鋼管路，配管完成后，由具有檢測資格的第三方對管路焊縫進行了PT和UT探傷，確保管路無裂紋、無沙眼等缺陷。

2.2.2 密封腔內(nèi)的清潔水主用、備用均取自技術(shù)供水減壓閥之前，經(jīng)過減壓閥、過濾器進入密封腔，主、備用水互為備用。節(jié)流孔可根據(jù)被密封水壓的變化來調(diào)節(jié)密封水的壓力和流量，達到密封系統(tǒng)的最終平衡。密封泄漏水一些通過密封內(nèi)環(huán)漏入頂蓋，隨頂蓋排水管排出，一些直接通過密封外環(huán)排入尾水。

3 改造后的運行狀況

3.1試驗情況：主軸密封系統(tǒng)安裝完成后進行浮動量測量，在浮動環(huán)+X方向和+Y方向架百分表，調(diào)定主軸密封水壓力為0.3Mpa，浮動環(huán)整體均勻上升0.03mm，調(diào)定主軸密封水壓力為0.5Mpa，浮動環(huán)整體均勻上升0.05mm，出水均勻，滿足設(shè)計要求。

3.2 運行情況：灘坑水電站1號和2號20萬千瓦機組主軸密封系統(tǒng)分別于2017年和2018年完成改造并投入使用。投入使用后，運行一直都可靠安全，壓力波動小，供流穩(wěn)定，浮動量和頂蓋漏水量在設(shè)計允許范圍之內(nèi)，保證了機組的安全穩(wěn)定運行。

4 結(jié)語

主軸密封系統(tǒng)是水輪發(fā)電機組一道重要的密封裝置，保證了機組的安全運行。改造后的主軸密封系統(tǒng)密封效果好，避免了橡膠端面密封式出現(xiàn)的諸多問題，具有無需清潔潤滑水、使用壽命長，運行維護方便等特點，大大降低了檢修頻率以及檢修成本，使電站能夠真正地安全高效生產(chǎn)。

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作者簡介：

范有理（1990）男，助理工程師，從事水輪發(fā)電機機械檢修

注：范有理，13666569762，0578-6616201，1012982725@qq.com，浙江省青田縣巨浦鄉(xiāng)范村浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司。

陳宣有（1990）男，助理工程師，從事水輪發(fā)電機機械檢修

注：陳宣有，13967088931，0578-6616201，496960309@qq.com，浙江省青田縣巨浦鄉(xiāng)范村浙江浙能北海水力發(fā)電有限公司，323907。