水轮机主轴密封技术研究

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　　摘 要 近年来我国经济持续稳定发展，在发展的同时，对供电的需求也不断提高，而现如今电力生产的主要渠道是通过水电厂，水电厂如今和人们的生活密切相连。在水电厂中，水轮机是其重要的组成部分，而对水轮机来说，主轴密封是不可缺少的重要部件。但是主轴密封容易出现故障，其安全性没有得到非常好的保障，所以这个问题也是目前国内水电行业亟待解决的问题。目前水轮机通常会在高压、高速的环境下进行工作，这对水轮机的工作又造成了非常大的压力，其中的密封件容易受到水中的泥沙磨损，漏水的现象时有发生，这使得工作效率急剧下降，可靠性也随之降低，所以需要定时的更换密封件。针对出现的这种状况，水轮机的主轴密封才开始出现，它的出现代替了传统的水轮机密封元件，能够使水轮机正常运作，且提高了工作效率和质量。
　　关键词 水电站;水轮机;主轴密封;密封技术
　　1 水轮机主轴密封的意义和分类
　　水轮机是一种能量转化机器，是通过一定的方式将水能转化为转轮旋转的机械能，产生机械能之后，再通过转轮的旋转驱动发动机产生电能。水轮机的动力来源于水，由于我国的地势特点以及河流特点，河流中的泥沙较多，尤其是在雨季，较多的泥沙会给传统的密封方式带来破坏。很多密封方式在使用一段时间之后会产生严重的磨损，从而影响正常的使用，开始出现漏水的现象。
　　水轮机的主轴密封能够对水轮机起到保护作用，这种装置的使用能够保证水轮机正常运行，它能够有效阻挡水流从主轴与顶盖之间间隙上溢，能够防止水轮机导轴承及顶盖被淹，能够维持轴承和机组的正常运行。
　　在目前水轮机主轴密封主要有两种分类：①按工作性质划分的，分为检修密封和工作密封。工作密封中有又有许多分类，按照密封的结构形式可以分为：平板密封、盘根密封、端面密封等;②按水轮机主轴密封结构划分的，分为接触式密封和非接触式密封。非接触式密封方式包括反螺旋密封、离心式密封[1]。
　　2 水轮机主轴密封控制技术
　　2.1 水轮机主轴的密封
　　检修密封：检修密封按其结构形式可以分为：空气围带式、机械式和抬机式检修密封。但在实际中大多数运用空气围带检修密封。它主要由固定环和橡胶空气围带组成，在工作时，向空气围带充入0.4～0.7Mpa的空气压力，使空气围带橡皮膨胀，报紧主轴，防止水进入;当开机时，将空气围带里的压缩气体排除，使其收缩，让空气围带与主轴之间保持1.5～2mm的间隙。该检修密封结构简单，操作容易，密封效果好，大多数机组检修密封都用此种结构。
　　工作密封：工作密封按照密封结构形式可以分为：平板密封、径向密封、盘根密封、端面密封以及迷宫环密封。
　　平板密封主要是利用单层橡胶板与固定在主轴上的不锈钢转环端面形成密封，靠水压力进行密封，目前在中小型轴流机组中还应用。径向密封它是由若干块扇形碳精块在钢扇形块内靠弹簧紧压在主轴上，形成一层层的密封，在密封圈内开有小排水孔，将漏出的水由此排出，现在已经基本淘汰被端面密封所代替。盘根密封是由底封环、盘根、水封环、水封管和压盖等部件组成，它主要是靠底封环和压盖压紧套在中间的盘根，起到密封作用。该密封在小型卧式机组中使用比较普遍。端面密封有机械式和水压式两种。机械端面密封它是依靠弹簧将装有圆形橡胶块的圆盘拖起，使圆形橡胶块和固定在主轴上的不锈钢圆环紧贴起到密封作用。迷宫环密封的工作原理是在水轮机转轮顶部设有泵板装置，由于泵板的吸出作用，主轴法兰始终处于大气之中，轴与轴封间不接触并只有一层空气，该密封有极长的寿命。该种新型密封已逐步被推广，在多个电站中被应用，且运行效果较好[2]。
　　2.2 水轮机大轴间隙密封
　　针对水轮机大轴间隙密封，通常水轮机结构设计一般设置有两种密封装置，一种是大轴端面密封，属动态密封，采用清洁水作为密封介质，用于阻断机组运行状态下转轮室与顶盖之间的水流串动;另一种是检修密封装置，属静态密封，采用压缩空气作为密封介质，用于阻断机组停机状态下转轮室与顶盖之间的水流串动。这样一来可以防止水淹轴承。当机组运行时，检修密封装置必须处于退出状态，当机组停机且密封水退出后，检修密封装置需处于投入状态。
　　2.3 实心围带结构
　　采用实心式心型密封条与密封座形成密闭气室，在投入气压时气压将密封条推向大轴并与大轴贴紧密封从顶盖上来的水，卸去气压后利用密封条自身的弹力和水压作用恢复到原来的位置。实心式心形气围带在使用中磨损变形，产生漏水，将密封槽径向尺寸增加2.0mm，使其满足心型橡皮条投入时在密封槽中移动距离的要求。当投入时压缩空气进入空气围带，使空气围带的凸出部位抱紧水轮机大轴，切断尾水以防水淹水車室。
　　3 水轮机密封的检修
　　在正式检修之前，应该准备好检修期间的材料，做好检修仪器设备的采购规划，根据检修的实际情况，准备好检修图纸、备品配件等。阅读任务书，了解具体的任务项目、指导书清单，了解检修难度，核实检修组内成员的实际情况，结合检修组长和组员的具体能力分配职责。对水轮机的振动、摆度、瓦温等数据信息进行记录，也要将主阀静水开关的时间进行必要的记录。导叶漏水量、导叶开关时间以及导叶压紧行程等也要记录在案。各个检修组应该准备好指导书、工单等审批工作，手续齐全之后，可以正式开始检修工作，并将指导书、工票等带到工作现场之中。与此同时，各个检修组的负责人应该完成安全、技术、风险等方面信息的交底，让每个工作人员都能够熟悉检修内容。还要在现场准备好相应的防护措施，防止检修过程中造成污染[3]。
　　4 结束语
　　在水电厂的实际工作中，水轮机的主轴密封处于非常重要的位置，它能够影响水轮发电机在运行状态，好的密封方式能够使水轮发电机处于较稳定、可靠的状态。相关工作人员应该秉持认真负责的态度，注意积累自己的经验好技能，对发现的问题及时处理，提升水轮机运行的安全性与可靠性，为水电站的健康发展做出贡献。
　　参考文献
　　[1] 李军，朱晓东，王申，等.水轮机主轴密封水压异常波动原因分析及处理[J].西北水电，2018，169（2）：70-72，76.
　　[2] 李会敏，杨光永，陈跃斌，等.小型水轮机组主轴密封系统设计[J].电气技术，2018，19（1）：72-76.
　　[3] 陈传坤.多布水电站主轴密封的结构特点和安装工艺[J].水电站机电技术，2016，39（3）：1-2.
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