某水电站1号机主轴密封改造后漏水情况分析及处理.doc

20092009 年电机工程学会年会年电机工程学会年会 1 碧口水电站 1 号机主轴密封改造后漏水情况分析及处 理 The Analysis and Treatment of Bikou Hydropower Plant Afer Modifing on The No 1 Hydraulic Generator s main shaft seal about The Water Leakage Che Fuzhang Cheng Youzhen Datang Bikou hydropower plant Wen county Gansu Province China 746412 ABSTRACT This paper introduces the serious phenomenon of water leakage on the Bikou Hydro power plant after modifing on the No 1 hydraulic generator s main shaft seal during it s preoperation trial run in 2009 Mainly analysis of the turbine main shaft seal leakage caused by a variety of reasons and putting forward to deal with the corresponding program to give a way to some colleagues and the methods of deal with similar structure in the main shaft seal leaks KEY WORDS Bikou hydropower plant main shaft seal water leakage protective shield processing 摘要 本文介绍了碧口水电厂 2009 年 1 号机主轴密 封改造后试运行期间的严重漏水现象 主要分析了引 起水轮机主轴密封漏水的各种原因 并就各种原因提 出相应的处理方案 希望在同行中能给类似结构的主 轴密封漏水情况处理提供方法和参考 关键词 碧口水电站 主轴密封 漏水 保护罩 处 理 1 问题的提出 1 1 概述 碧口水电站位于甘 川 陕三省交界的 甘肃省文县碧口镇 是白龙江梯级开发中的 第一座水电站 同时也是联结西南西北两大 电网的枢纽 水库总容量 5 2 亿 m3 容量 3 10 万千瓦 设计年发电量 14 63 亿 KW h 发电分别送往甘肃 陕西 四川 电站始建于 1969 年 1976 年 3 月 26 日 首台机组投产发电 1977 年三台机组全部投 运 机组均系哈尔滨电机厂生产的混流式机组 机组型号为 HL702 LJ 410 转轮直径 4 1m 最大工作水头 86m 最小水头 56m 设计水 头 73m 额定流量 160m3 s 额定转速 150r min 1 2 主轴密封改造 主轴密封装置原始设计结构为液压端面 尼龙密封 该主轴密封结构复杂 且在运行 过程中逐渐暴露出密封效果差 使用寿命短 检修维护困难等一些列问题 因此在 95 年将 其改造为液压端面橡胶密封 改造后初期水 压稳定 运行可靠 基本达到运行稳定要求 但近年来上游水质不断恶化 造成主轴密封 工况逐渐恶劣 经常出现大量漏水缺陷 给 安全生产带来隐患 主要存在问题有 空载运行时水压调整困难 密封装置 1 大量漏水 密封块磨损严重 2 年左右检查端面 2 密封块磨损量达 30mm 维持运行两年后 转 动抗磨环磨损量达 7mm 经常出现橡胶密封对口严重开裂及严 3 2009 11 25 272009 11 25 27 中国中国 天津天津 2 重磨损 橡胶圈无法顶起等事故 环形活塞易发卡 失效 4 密封结构复杂 维护检修困难 5 鉴于该主轴密封已不能满足机组运行安 全需要 经调研选型 于 2009 年 2 月 1 号机 组大修时将其更换 在大修结束后第一次开 机空转试验中 主轴密封出现大量漏水现象 经技术人员共同探讨研究 采取一系列解决 措施 处理了这一重大缺陷 目前主轴密封 漏水 在范围之内 运行稳定 2 端面水压式密封结构 2 1 密封结构原理 1 密封座 5 压盖 6 密封挡环 7 固定密封圈 8 转动抗磨环 图 1 端面水压式密封结构 图 1 为改造后的端面水压式密封结构 主要由检修密封座 1 密封压盖 5 密封挡环 6 固定密封圈 7 和转动抗磨环 8 组成 其工 作原理是转动抗磨环 8 直接加工在联轴螺栓 保护罩上 固定密封圈 7 位于由密封压盖 5 和密封挡环 6 形成的槽内 密封圈 7 在来自 外界压力水和自身重量的作用下 紧贴在转 动环 1 上 使水轮机与顶盖上迷处漏水受到 阻碍 不能直接流向顶盖 从而达到封水效 果 2 2 该密封结构设计特点 密封圈 7 具有自补偿作用 密封圈 7 为高分子聚合物 当机组转动 后在离心力的作用下 会在密封圈 7 与转动 环 8 之间形成一层水膜 利用水分子的张力 封水 还可起到润滑和冷却的效果 转动抗磨环 8 与密封圈 7 配合使用一定 时间后 会磨起两道沟槽 使密封效果更好 充分利用螺栓保护罩 设计结构紧凑 空间占用少 3 漏水情况及原因分析 在 1 号机组大修结束后进行充水试验中 A B 20092009 年电机工程学会年会年电机工程学会年会 3 充水后发现尾水管和钢管主轴密封有少许漏 水 开机空转后检查发现主轴密封大量漏水 且呈喷涌状 顶盖水位迅速上升 开启顶盖 排水射流泵后仍不能阻止顶盖水位上升趋势 随即停机 由于试验需要 在顶盖内加装潜 水泵后再次开机 此时在顶盖排水泵 顶盖 射流泵 潜水泵共同作用下方勉强控制住水 位上升 经分析探讨 初步分析漏水可能与 以下原因有关 3 1 保护罩设计缺陷 图 1 中 A 面为保护罩止口和水轮机主轴 法兰配合处 保护罩止口设计加 4mm 密封 条后与主轴法兰面外缘配合以防止保护罩进 水 但经多年运行 主轴法兰面已凹凸不平 长期空蚀加之水的冲刷造成外缘处麻坑较多 且多处有微小掉块 而保护罩设计时是按理 想工作面配合考虑的 致使配合不良 密封 失效 3 2 密封环卡阻 因漏水严重 考虑固定密封环可能发生 卡阻 在安装中虽已保证密封环和转动抗磨 环接触 但由于密封环发卡 且阻力大于密 封环自重和外界水压力 致使密封接触面间 不能形成水膜 导致密封失效 4 处理措施及方案 4 1 主轴密封分解检查 机组各项试验全部完成后 停机对主轴 密封进行了分解检查 4 1 1 保护罩检查 分解保护罩进行检查时发现保护罩部分 固定螺栓松动 检查下止口处 4mm 密封条 完好 恢复后从保护罩与大轴间隙处注水 观察漏水情况 28 分钟后检查保护罩内灌满 的试验水全部漏完 从检查结果进一步综合 分析 由于主轴法兰面气蚀 与保护罩下止 口配合不严密 导致保护罩进水 保护罩进 水至内部水压与外部水压平压一致后 约 0 7MP 左右 水压力使保护罩抬起 使得保 护罩固定螺栓松动 保护罩的抬起又进一步 加大下止口处的进水量 从而形成恶性循环 4 1 2 密封环检查 检查密封环和转动环中发现有滑痕 说 明两配合面是接触的 检查外侧磨损相对较 多 分析结论是保护罩进水后 在水压力下 抬起 使转动环外侧高于内侧 引起偏磨 用力推拉密封环 发现已不能在槽中自由滑 动 用铜棒对称敲击 仍然不能移动 分解 密封档环后 发现密封环紧紧粘压封档环上 的密封条上 在撬棍作用下 方才取下 证 明密封环已完全卡死在槽内 实测密封槽深 度为 4 1mm 通过计算橡皮条压紧量为 1 4mm 正常应为 1 0mm 大于设计要求 导致密封环发卡 发卡的密封环在抬起的保 护罩不断冲击下 逐渐偏离转动抗磨环 由 于橡皮条的作用不能复位 导致漏水量逐渐 2009 11 25 272009 11 25 27 中国中国 天津天津 4 加大 4 2 处理方案 通过主轴密封的分解检查 进一步说明 主轴密封主要漏水的原因为保护罩设计缺陷 和橡皮条密封槽加工缺陷 经技术人员共同 讨论 并征得哈尔滨电机厂主轴密封设计方 同意 针对上述缺陷进行以下处理 4 2 1 保护罩漏水处理 保护罩下止口如图 2 所示 A 处进水处 属设计原因 处理困难 考虑从漏水出口即 B 处进行封堵 水由此流出 钢筋条 转动环 环氧树脂 水由此流入 保护罩 保护罩 涤玻绳 图 2 保护罩漏水处理示意图 具体处理方案为 在保护罩和主轴间隙处先缠绕一圈脱 1 蜡后的自制涤玻绳盘根 涤玻绳需事先编织 成麻花状 且浸过甲泵和环氧化合物 这样 处理可使缠绕于轴上的涤玻绳干燥后更加结 实耐用 且有一定的预紧量 待轴上涤玻绳干燥后 在上面均匀浸入 2 配好的环氧树脂 待环氧树脂完全凝固后 在上面点焊 3 一圈钢筋压条 检查保护罩所有固定螺栓都打紧后 4 全 部点焊 4 2 2 密封圈漏水处理 密封圈两侧橡胶密封条设计要求为 6mm 设计压紧量为 1mm 左右 密封圈与 槽配合设计间隙为 0 5mm 现场实测橡皮条 密封槽深度为 4 1mm 按设计要求加装 6mm 橡皮条时 计算压紧量为 6 4 1 0 5 1 4 mm 明显大于设计要求 1mm 说 明密封槽深度没有加工到设计要求 造成密 封条压紧量过大 致使密封圈卡死 经与现 场主轴密封设计人员商讨后 将密封条改为 5 6mm 如图 3 所示 钢筋条 转动环 环氧树脂 密封圈 保护罩 涤玻绳 轴 图 3 密封圈卡死处理示意 5 结语 主轴密封处理后再次进行开机试验 发 现漏水明显减少 且在允许范围之内 说明 处理措施是有效的 本次主轴密封改造由于 5 6mm 橡皮条 4mm 橡皮条 A 水由此流入 水由此流出 B 20092009 年电机工程学会年会年电机工程学会年会 5 未对加工尺寸进行核对 造成按设计安装密 封条实际偏大 压