试析水轮机主轴密封漏水原因改造

【摘 要】根据某水电站水轮机主轴密封结构形式,针对该设备运行时漏水原因进行分析并提出改造方法.

【关 键 词 】水轮机 主轴密封 运行漏水 改造

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-031-01

前言

某电站为引水式,地面厂房,总装机为2台×5MW,设计水头66m,立式混流式机组,年设计发电量为4500万KW/h

该电站机组型号为：

发电机 5000—10/2600

水轮机 HLD41—LJ—105型

额定功率5000KW

额定转速600r/min

额定电压6.3KV

功率因素0.8滞后

额定电流572A

设计水头为66.5M

该水轮发电机组由浙江省某水轮发电机厂制造,电站于2004年5月开工,2007年7月15日全部竣工,并网投产.

故障现象

该电站2台机组从2007年7月运行至2009年12月以来,由于机组处于低负荷运行,经过观察发现顶盖真空压力表为负值（-0.2MP）,主轴密封漏水较小,当机组满负荷（5000KW）运行时,经过观察发现顶盖真空压力表为正值（+0.2MP）,主轴密封漏水较大,由于原设计顶盖排水管的管径为Ф2.5寸水管,由于漏水较大,管子排水量不够,造成大量水排不尽,流入机组机坑内,只好用两台单相潜水泵排水,因有部分水排不尽,机组导水机构部分配件长期浸泡在水中,长期下来腐蚀性很大,严重影响设备完好率,同时也增加了运行人员的工作量.

原主轴密封设计原理

主轴密封位于水轮机顶盖上面,水导轴承下面,主轴密封分为两部分：1、检修密封,2、运行密封.

检修密封采用空气围带密封,当机组停机时,向空气围带充气,抱紧主轴没有间隙,水轮机室内水漏不上来.

运行密封采用橡胶0型圈密封,但与主轴之间有一定间隙,大约1.5～～～2.5mm左右.当机组运行时,水轮机在水的压力冲动下,转速较高,蜗壳内产生真空压力较大,正常压力为零,多余的水向动,由蜗壳内排水至尾水.但由于该机组满负荷运行时,蜗壳内产生真空压力较大（压力为正值）,漏水较大,水轮机蜗壳内部分水向上排,无法全部向下排出,由于主轴密封采用了0型橡胶密封,与主轴有间隙,部分水沿主轴与密封环的间隙向上流出,顶盖的排水管排水量不够,造成多余的水流向机坑里,使水轮机导水机构长期浸泡在水里.

原因分析

公司技术人员及厂家设计人员通过对原设技图纸发现,转轮处没有开泄压孔,而且采用O型橡胶圈密封,主轴和密封圈之间有一定的间隙,主轴密封不严.

由于机组开机时,导水机构导叶打开,水能主要作用于转轮叶片做旋转功,转动部件转轮和固定部件底环、顶盖存在间隙,产生漏水,下部底环和转轮间隙漏水,通过迷宫环减压排到尾水,上部顶盖和转轮间隙漏水通过梳齿减少漏至转轮上面,由于转轮上面没有开泄压孔,同时顶盖排水水管尺寸小,无法满足排水需要,产生的真空压力较大,向上漏水,负荷增大,压力增大,漏水量就大.

由于设计排水管为Ф2.5寸水管,满足不了排水需求.

处理方法

通过检查分析找到原因,因此业主与厂家设计人员在一起经过研究决定将原来设计的0型橡胶主轴密封改为主轴密封橡胶活塞板式密封,同时在将转轮上开4个直径Ф32mm 的泄压孔.

改造后主轴密封工作原理：

运行密封为橡胶活塞板式密封,在机组运行、停机时减少漏水至水机室,由密封座环移动橡胶环板和转动环组成,转动环安装固定在水轮机轴上与机组同步转动,密封座环安装在顶盖内的法兰上,内部结构设计为U型,U型内安装移动橡胶环板,橡胶环板纵向开了六个直径为10mm的孔,对称有两个为销子导向滑孔,保持橡胶环沿销子上、下运动,在圆周方向不偏移,另外有四个为润滑冷却水通水孔,座环U型底部设计了了两个进水孔,从技术供水的管经上安装一条Ф5cm的水管,经手阀打开水进入到进水孔,进水压力为0.5—1mpa ,使橡胶环板上部接触面润滑、冷却不产生摩擦,延长橡胶环板的使用寿命.通过调节进水压力,使橡胶环板密封向上抬高,间隙为2～～3mm使橡胶板和转动板接触,密封水轮机主轴漏水.

B、同时在转轮上开四个直径为32mm泄压孔,机组转轮在水的冲力下转轮室内的水通过转轮上的泄压孔流下,从而减少了顶盖上的真空压力,使转轮室内的水不会向上漏,减少了顶盖排水量.

C、在原来Ф2.5寸水管的基础上增加到Ф3.0寸水管排水.

结束语

通过改造处理后,2012年5月10日1#机组带满负荷没有发现漏水现象,观察至今机组在停机、空载、负载状态下主轴密封没有漏水,而机组漏水在水机室内的水较少,密封工作正常,改造成功.