双岭水电站水轮机工作密封改造

1、收稿日期:2006-04-25作者简介:李胜亮(1975,男,辽宁桓仁人,工程师,长期从事水电站开发建设及运行管理工作.0前言双岭水电站位于辽宁省桓仁县境内、浑江干流下游,坝址距上游太平哨水电站15km ,距下游金哨水电站22.5km 。电站装设两台单机容量25M W 的灯泡贯流式水轮发电机组,电站基本参数为:水库正常蓄水位152.5m ;一台机发电下游水位139.75m ;两台机发电下游水位142.4m ;最大水头13m ;最小水头8m ;额定水头10.5m 。1改造原因灯泡贯流式水轮发电机组是一种低水头、大流量的卧式水轮发电机组,由于其水头低、单位功率投资小,故近年来被广泛采用,但对大型机

2、组来说有效可靠的主轴密封结构是当今灯泡贯流式机组的难题。对于立式机组,主轴密封漏水可以设置顶盖排水泵,通过自动控制而排至下游河道或排至电站集水井内,但灯泡贯流式机组因受其结构的影响则无法设置顶盖排水泵,只能设计合理可靠的工作密封,使机组的工作密封漏水量尽可能小,并通过机组的内导流壳体排至集水井。当前使用最多的是机械盘根密封结构,但由于机械盘根密封与主轴直接接触,机械磨损大,故使用寿命低,同时降低了水轮机的机械效率,设备运行的维护量也相应的增大,运行成本增高。目前国内外灯泡贯流式水轮发电机组设计制造厂都在寻求结构合理、运行可靠、成本低且维护量少的工作密封结构形式,碳精环密封就是其中一种。但经双岭

3、水电站运行实践表明,硕精环密封并不适用于大型灯泡贯流式机组。双岭水电站水轮机工作密封为碳精环平面密封结构(结构图见图1所示,其工作原理为:在主轴上设一与主轴同步转动的转环,转环的立面粗糙度为1.6m ,碳精环由16组弹簧支承于弹簧座上,弹簧座与水轮机内配水环固定,在碳精环与转环之间通入压力为0.2M Pa 的主轴密封水,从而形成密封水膜进行密封,同时保证碳精环与转环之间相对转动时的良好润滑,亦阻止了水轮机流道内的脏水进入碳精环表面,减少了碳精环的磨损。为了提高密封的使文章编号:0559-9342(200701-0077-03双岭水电站水轮机工作密封改造李胜亮(本溪多益资源开发有限公司,辽宁桓仁

4、117200关键词:灯泡贯流式水轮机;工作密封;改造;双岭水电站摘要:灯泡贯流式水轮机受其结构形式的影响,机组安全可靠性低,主轴工作密封容易发生事故,如何提高机组主轴工作密封的可靠性对电站的安全运行有着非常重要的意义。通过分析双岭水电站主轴工作密封的结构特点,存在的问题及改造措施,取得了较好的效果,为今后的灯泡贯流水轮发电机组的设计、制造、运行及检修工作提供了经验。Improvement of Working Seal of the Turbine for the Shuangling Hydropower StationLi Shengliang(Benxi Duoyi Resources

5、Development Co.,Ltd.,Huanren Liaoning 117200Key Words:bulb turbine;working seal;improvement;Shuangling Hydropower StationAbstract:The reliability of bulb turbine is low because of its structure and its working seal of main shaft is easy to hap-pen accident.It is very important for the safe operation

6、 of the station to enhance the reliability of the working seal of main shaft.This paper,based on the analysis of the structure characteristics,the existed problems of working seal of main shaft of the Shuangling hydropower station,puts forward some improvement measures.The practice showed that it ga

7、ined good effectiveness.These will provide some reference experience for the design,manufacturing,operation and check of the bulb hydro -generating unit in future.中图分类号:TM312(231文献标识码:A第33卷第1期2007年1月水力发电水电站运行77水力发电2007年1月用寿命及其工作的可靠性,制造厂家采用了日本进口的碳精环。但双岭水电站自2003年投运以来,分别于2004年12月及2005年7月发生了工作密封损坏事故。200

8、4年12月由于工作密封损坏致使1号机低压供油系统进水,造成20t 46号汽轮机油报废,机组发电机导轴承、水轮机导轴承由于进水发生锈蚀,真接经济损失约40万元。2005年7月,2号机工作密封损坏,造成2号机组发电机导轴承、水轮机导轴承进水发生锈蚀,由于正值汛期,造成弃水9000万m 3,直接经济损失约164万元。由于碳精环为日本进口件,每台套价值人民币3万元,制造厂商设计使用寿命至少为10a ,但从双岭水电站的两年多的运行经验来看,实际寿命只有1a 。虽然每年的春秋检修中可以对其进行更换,但每年两套碳精环需支出6万元费用,按机组使用40a 退役算,共需240万元的支出费用。双岭水电站的两次事故,

9、均使电站机组退出备用状态,由于水轮机内空间小,碳精环密封要求施工精度高,必须保证转环与主轴的垂直度在0.005mm/m 之内,不合格须经过盘车检查调整,故处理一次事故至少要200220h ,且由于浑江流域的水质在汛期含沙量多,而这时机组的运转时间也最长(基本上是连续24h 不停运行3个月,也是事故易发时期,一旦发生事故将导致弃水,从而将造成极大的经济损失。双岭水电站水轮机转轮直径为560cm ,在灯泡贯流式机组中为大型机组,经分析,碳精环虽然有在小型机组中使用成功的例子,但对于大型机来说并不实用,现就其结构方面存在的问题提出改造方案。与小型灯泡贯流式机组相比,机组容量和轮转直径增大,大轴直径加

10、大,碳精环支座的内径会随之加大,支座的重量也会加大。支座随碳精磨损和水压的变化在水封壳体上才能保证作轴向平滑移动,从而加快了碳精环的磨损;机组外形尺寸的加大导致水封处大轴静态挠度值增大,同时卧式机组在交变应力的作用下,与密封环相贴的滑动装配面摆度加大,导致碳精环磨损加快;另外,水封装置各部件的刚度也要加大,同时也会增大水封装置的布置尺寸,从而使机组水导轴承位置离转轮重心更远,影响了机组的稳定性要求,使碳精环磨损加快。2改造方案综上所述,结合双岭水电站灯泡贯流式水轮机组结构特点,确定其工作密封形式改为唇齿式间隙机械密封,如图2所示。2.1工作原理唇齿式间隙机械密封的工作原理是:在主轴上设一个与主

11、轴共同转动的转环,在转环的外周设一个铜质固定密封轴套,并在轴套上开设阻尼槽,保证转环与轴套间隙为0.5mm ,这样流道的水经过轴套与转环之间的阻尼槽会使水压降低。在铜套上游设一与主轴共同转动的10mm 厚的橡胶板,与之平面相接触的为不锈钢密封供水压板,水压同碳精环密封一样,0.12M Pa 的主轴密封水作用于供水压板与橡胶板间,由于橡胶板有一定的弹性,在技术供水压力的作用下会产生微小的弹性变形,将流道内的水有效的密封到流道外面,即大部分技术供水通过流道排走,同时剩下的少部分技术供水从密封罩下部的排水管排至电站集水井。供水压板与橡胶板间隙可以根据漏水量大小调整,据水力计算可调为0.15mm 。当

12、机组停机时,技术供水泵停止供水,上游侧无水压力,尾水压力单独作用于橡胶板上,使橡胶板产生向上游的0.15mm 左右的变形后与供水座接触进行停机时的密封,从而完成工作密封的全过程。2.2设计计算双岭水电站机组基本参数为:水轮机额定转速n e 为107.1r/min ;两台机发电下游尾水位为142.4m ;机组安装高程为130.25m 。局部水力损失h j =v 2/2g式中,为局部水力系数,1=sin (t 1/b4/3,取=90°,为栅格的断面形状系数,矩形时=2.34,栅格厚度t 1=4mm ,机格净间距b=10mm ;v 为水轮机工作密封处圆周转速,m/s 。当停机时,按孔口出流

13、计算,Q=u c A(2gH1/2U c =(1+l /d+-1/2式中,U c 为孔口出流系数;A 为孔口面积;l 为沿程阻力系数;H 为尾水位线轴中心高度。因以局部水头损失为主,则令沿程水头损失l /d=0,则V=Q/A=u c (2gH1/2=(1+l /d+-1/2(2gH1/2=5.56m/s ,由此可得:h j1=41v 2/2g=7.38m h j2=22v 2/2g=3mh j =h j1+h j2=10.38m则可得到尾水作用于橡胶板上压力图1碳精环密封结构示意图2唇齿式工作密封结构示意水电站运行78停机由于停机时橡胶板下游侧压力为1.77×104Pa ,此压力足够

14、使60至70邵尔的橡胶板产生塑性变形0.15mm ,达到密封效果。技术供水压力为1.2×105Pa ,远大于橡胶板下游侧压力,流道内的水将被技术供水顶住,大部分技术供水从流道排走,少量的水经工作密封排水管排至电站集水井。实践证明,改造后的双岭电站工作密封可靠,停机时实测漏水量为3.6×10-3m 3/h ,发电状态时测得漏水量为10×10-3m 3/h 。3结语唇齿式间隙机械密封主要有以下几方面优点:(1运行安全可靠。从技术分析可以看出,改造方案采用唇齿式间隙密封,用唇齿有效地降低了流道内的水压,减少了流量,间隙式密封保证无接触形式的密封,从而减少了密封件的磨损,

15、增加了密封的使用寿命,保证了机组的安全运行。(2降低运行成本。对于唇齿式密封,备品仅为几十元的橡胶密封板,无须其他备件,大大降低了运行成本。(3运行维护方便。碳精环是接触式密封,对技术供水水质要求高,要达到80目以上,而唇齿式密封对水质要求低,减少了运行维护的费用。唇齿式间隙机械密封取代碳精环密封,使用寿命长、安全可靠性高、安装简单设备维护量小,解决了双岭水电站大型灯泡贯流式水轮机工作密封工作不可靠问题。参考文献:1吴持恭.水力学M.北京:高等教育出版社,1982.2王焕庭,李茅华,徐善国.机械工程材料M.大连:大连理工大学出版社,1991.全面启动溪洛渡库区移民工作2006年11月29日,三

16、峡总公司在溪洛渡工地召开溪洛渡水电站截流前库区移民搬迁安置工作座谈会。会议听取了金沙江开发有限责任公司关于溪洛渡水电站库区移民工作情况、云南省永善县与四川省雷波县关于库区移民搬迁安置情况的报告。会上,三峡总公司领导在讲话中说:金沙江水电开发是国家的重点工程,党中央、国务院高度重视,这次国务院副总理曾培炎到工地宣布向家坝工程正式开工,并视察向家坝工程建设情况,就充分体现了这一点。同时,国务院副总理曾培炎在向家坝工地考察时,非常关心移民的搬迁安置工作。当前金沙江水电开发中,溪洛渡工程无论是在工程建设还是移民工作方面,都起到了非常好的带头作用和示范作用,坚定了国家对金沙江水电开发的信心。三峡总公司强

17、调,要以向家坝工程开工为动力,以溪洛渡工程2007年截流为目标,进一步把施工区已搬迁安置的移民工作做好,使移民群众得到稳定,生活逐步改善和提高,把水库移民工作顺利有序地启动起来。启动库区移民工作要以围堰水位需要搬迁的移民作为开端,逐步分阶段推进。溪洛渡水库移民工作具备比较好的基础条件,一是金沙江下游两个水电工程已通过国务院项目核准,并正式开工了;二是国家出台了大中型水利水电工程建设征地补偿与移民安置条例及关于完善大中型水库移民后期扶持政策的意见等移民政策法规文件,有利于我们做好农村移民的安置和稳定工作;三是有溪洛渡施工区移民工作的经验,施工区移民搬迁安置过程中培养了一大批移民干部,移民群众的思

18、想认识也逐步得到了统一;四是有一个比较好的安置环境和条件;五是截流前库区移民搬迁时间分阶段实施。移民工作比枢纽工程建设更加复杂。枢纽工程是一个人与工程、工程与自然的和谐关系,而移民工作既是人与自然,更是人与社会、人与人的和谐关系,是一个复杂的社会系统工程。实际上,移民工作也是一个社会变迁的过程,是一个利益调整的过程,是老百姓社会关系和心理变化的过程。这个过程非常艰巨,难度也非常大。移民工作也要做到“规范、有序、和谐、健康”。在水库移民中,实物指标是基础,安置方案是关键,土地流转是重点,基础设施的建设是保障。三峡总公司提出了做好库区移民工作的4项要求:政策宣传要先行,通过法制的、政策的、社会的各种形式做好宣传工作;移民干部要坚定信念,各项政策最终要靠移民干部去落实,移民干部的思想一定要坚定;一定要把群众的思想摸准,如果群众的思想不摸准,各项工作就没有针对性;移民工程规划设计一定要主动,基础设施与专项的典型设计工作一定要早做;设计单位应该有一个明确的移民工作程序、工作目标、工作计划;各项专业基础工作尤其是实物指标调查和城镇规划、集镇宅基地建设选址等各项专业工作一定要严谨,要经得起检查。面对即将开展的大范围、大规模的库区实物指标调查复核等工作,三峡总公司要