一种高性能的水轮机密封方式_叶片密封

1、2010年9月第38卷第18期机床与液压MACH I NE TOOL &HYDRAUL I CSSe p 12010V o l 138N o 118DO I :10.3969/j 1issn 11001-3881120101181016收稿日期:2009-09-15作者简介:周燕辉(1971,男,硕士,讲师,研究方向为液压与密封。电话:135*,E -m ai :l yhz hou _991631com 。一种高性能的水轮机密封方式叶片密封周燕辉1,颜旭华2,康春兰3(11井冈山大学工学院,江西吉安343009;21江西省安福县发电公司,江西安福343200;31井冈山大学体育学院,江西吉安3

2、43009摘要:鉴于目前轴流转桨式水轮机的各种主轴密封存在诸多问题,介绍一种适用于轴流转桨式水轮机的主轴密封方式叶片密封,介绍其工作原理、结构特点和在某水电站的应用。实践证明,该密封可以较好地解决轴流转桨式水轮机的密封问题,大大减少水轮机停机时间和维修费用。关键词:水轮机;主轴密封;叶片密封中图分类号:TK73013+21 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(201018-044-2A H igh P erfor m ance Sealing ofW ater -turbi n e B lade Roots SealingZ HOU Y anhu i 1,YAN Xuhua 2,KA

3、NG Chunlan 3(11Co llege of Eng ineeri n g ,Ji n ggangshan Un i v ersity ,ji p an Jiangx i 343009,Chi n a ;21Jiangx i Prov i n ce Anfu County generati n g co mpany ,An f u Ji a ngx i 343200,Ch i n a ;31Physical Education D epart m en,t Ji n ggangshan University ,Ji p an Jiangx i 343009,Ch i n aAb str

4、act :Several kinds o f sea li ng o f the K aplan turbine ex ist a good m any prob l em s .A ne w type seal for m-blade roo ts seali ngused f o r K aplan t urbi ne was introduced .Its wo rk i ng pr i nciple ,structura l features and app licati on i n so m e hydropo w er stati on w ere i n -troduced .

5、T he practi ce prove t hat the ki nd o f seal can so l ve preferably t he proble m o f sha ft sea li ng ofK ap l an t urbi ne and turb i ne do w n -ti m e and m a i ntenance costs are reduced si gn ifi can tly .K ey words :W ater -t urbi ne ;M a i n shaft seali ng ;B lade roots sea li ng水轮机主轴密封是防止水导

6、下部漏水必不可少的密封装置,其止水性能的好坏,直接关系到机组安全经济运行及电站厂房的自身安全。目前,按水轮机工作性质可分为检修密封和工作密封1。其中工作密封分为平板密封、碳精密封、盘根密封、端面密封和迷宫密封。这几种密封方式的性能局限性如下:(1平板密封。有单层平板密封和双层平板密封,单层平板密封效果较差,双层平板密封效果好,但其结构复杂,抬机时漏水,目前仅在中小型轴流机组中应用;(2碳精密封。主要是在清洁水中密封,在含泥沙水中其耐磨性较差。这种密封结构复杂,安装检修困难,弹簧性能不易保证,磨擦后径向自调量小,基本淘汰;(3盘根密封。主要在清洁水中密封,在多泥沙电站一个汛期甚至不足一个汛期就会

7、磨损坏,造成电站汛期停机;(4端面密封。该种密封结构简单,好调整,但弹簧受力不均匀,容易发生偏卡、磨损,密封性能不稳定;(5迷宫密封。性能较好但当转轮的转速增大到一定程度后开始失稳,水轮机迷宫密封环间隙不均引起机组振动,导致密封和转轮发生碰摩,影响了水轮机转轮系统动力稳定性,轴向漏油仍然存在,而且制造、安装较为复杂,安装的空间也较大,适合于混流式水轮机和水泵水轮机。鉴于以上原因,作者介绍一种高性能的水轮机主轴密封叶片密封,它适用于轴流转桨式水轮机及恶劣的工作环境。1 叶片密封的工作原理叶片密封由于安装方式较多,有背对背、多环、单环等形式,作者仅介绍背对背的安装方式,其他的安装方式只是应用场合有

8、所差异,原理相当。叶片密封背对背形式结构如图1,密封元件1由两部分组成,呈双向/V 0字型结构,其材料是中性高弹性镍钛诺非磁性合金,具有很好的大密封表面线速度功能,在此基础上,在与轴接触的地方加上一层橡胶涂织物,紧紧的和轴粘在一起;2、4为安装密封元件的构件,用螺钉3连接,中间的空间用来安装密封元件,其大小根据水轮机轴的大小而定;5为调节构件,其大小根据构件4和顶轴构件6之间的空间而定,7为水轮机主轴。安装时,对密封元件轴向不施加任何压缩,而径向挤压密封元件,由于弹性非常好,使其产生一定量的变形。在水轮机正常运转时,由于离心力的作用,密封系统随着外部系统压力的上升,在油和水之间保持一个稳定的压

9、力差,使水和颗粒物不能进入密封系统,油可以进来,保持清洁润滑,这就形成了反挤出润滑理论2。目前的润滑方式中,大多数都有检修密封装置,而叶片密封不需要检修密封装置,因为在水轮机停机和开始启动的时候提供低压密封,低压密封会防止水进入,这就大大减少 了电站的其他辅助设备。图1 叶片密封背对背形式结构图2 应用实例某电站是江西省大型水电站之一,总装机容量115107W,其中有2台为轴流转桨式水轮机,水轮机型号ZZS00-L H-420;额定功率2618MW;额定流量139m 3/s ;额定转速150r/m i n ;吸出高度-518m;水轮机安装高程73104m;一台机满载时尾水位高程79120m;水

10、导轴承采用巴氏合金轴瓦;自循环筒式稀油润滑轴承,分半组合。211 原密封结构运行情况2000年前,该水电站2台轴流转桨式水轮机采用的是双层平板密封。双层平板密封的特点是:上密封平板静止,下密封平板随大轴转动。双层平板密封装置自1985年投入运行,运行期间,水压极不稳定,在0012M Pa 之间变动,密封装置有时冒烟和散发出烧焦的橡胶臭味,并经常出现密封失效而漏水的情况,运行不到2000h 就发生过3次平板密封磨损而被迫停机检修。特别严重的是1988年3月份因密封烧损磨穿,造成密封大量漏水,2台顶盖泵全部启动也难以排除漏水,造成水淹水导轴承事故。分析其原因:(1橡胶平板固定结构不尽合理。从该密封

11、装置的结构来看,上平板外侧是大气压,只要密封水箱建立一定的水压,平板橡皮就产生变形(如图2所示3。水压越大平板橡皮变形越大,橡皮板与抗磨环贴得越紧,当无水渗出,就造成橡皮板烧损或损坏。如果水压减少(即管道压力真空值到一定值时,上平板橡皮与抗磨环就会脱开,漏水量变大,水箱压力就无法建立。下密封平板与轮叶前水压相通,其运行条件要比上平板密封好些,即使轮叶前有时可能出现真空值,因下密封板是转动的,能调节运行条件;(2原设计中只重视了/密封0,认为只要密封得越严、止水效果就越好, 但忽视了封得太严密图2 上平板密封运行状态示意图会导致两摩擦面之间无法形成冷却润滑条件。双层平板密封系采用中硬耐磨橡皮,在

12、摩擦的情况下极易磨损,故小修、大修不断。由于平板密封效果不好,2000年到2004年,该水轮机采用U 型水压端面密封结构见图34。开始运行的时候效果还好,每小时泄漏量为20多升,一年后,泄漏量为每小时100多升,主要因为该密封结构存在以下不足:(1密封圈没有润滑冷却水槽,清水不能充分进入摩擦面,润滑冷却效果不好,密封易磨损烧坏,使用寿命较短;(2密封圈下部没有密封唇,一方面压力清水由密封圈两侧缝隙泄漏,增加了漏水量,另一方面,过机泥沙进入缝隙内造成密封圈卡在密封座内,不能顶起,漏水量偏大;(3密封座上没有定位导向销钉,密封圈在水压顶起工作时,可随抗磨板一起环向移动,在密封圈局部发卡或扭曲憋劲时

13、,沿周向的顶起高度不一致,导致密封面磨损不均,破坏密封面,造成密封不严,增大漏水量;(4由于水轮机使用时间较长,主轴和轴承受到不同程度的损坏,运转不同心, 漏水量增大。图3 原U 型水压端面密封示意图由于上述原因,多次出现漏水量偏大,顶盖水位上升,有时运行不到2000h 就因密封磨损而被迫停机检修,小事故不断,人力、维修费用大大增加。一年甚至半年就要小修,2年必定要大修,特别严重的是2003年3月份因密封烧损磨穿,造成密封大量漏水,导致水淹水导轴承事故,使机组安全运行可靠性大幅下降,水轮机使用效率也下降约28%。(下转第75页#45#第18期周燕辉等:一种高性能的水轮机密封方式叶片密封 图7

14、塔机的起重特性监控流程由塔机起重力矩的设计可知:M =G #L式中:M 为起重力矩;G 为起重量;L 为变幅小车的行程。基于上述工作,设计了塔机的起重特性监控流程,如图7所示。图中G x 为实时起重量;G m ax 为塔机最大载荷;L x 为小车实时幅度;L m ax 为塔机允许的最大工作幅度;L c x 为当前起重量对应的最大工作幅度。3 结束语目前,国内的塔式起重机安全保护装置,多为单功能的限制器,如力矩限制器、起重重量限制器。该设计对各个状态参数进行分布式监控,显示报警,并实现了重物起升、回转、小车运动急停等功能。目前该监控系统已经开发完成,整个系统的状态良好,可交付企业使用。参考文献:

15、=1国家技术监督局.塔式起重机安全规程(G B5144-94S.北京:中国标准出版社,1992.=2范俊祥.塔式起重机M .北京:中国建材工业出版社,2004.=3田复兴.起重机械事故案例分析与预防M .北京:中国水利水电出版社,2005.=4张凤山.塔式起重机构造与维修M .北京:人民邮电出版社,2007.=5胡光华.P IC 微控制器基础与实践M .北京:科学出版社,2007.(上接第45页212 采用叶片密封后的运行情况图4 改造后的叶片密封示意图2005年元月,该水电站决定采用叶片密封方式进行改造,拆下原来的密封装置后,发现主轴有几处磨损,主轴运转不同心,轴承也有磨损,决定采用如图4的结构,与图1相比,增加了3个垫块。具体参数如下:因为D 1Ja m es W a l ker .So lose l e KB H ydro -for K aplan turb i ne b lade roo tsOL .www.ja m es wa l ker m f g.co m,2006.=2王星志.轴流转桨式水轮机漏油的处理J.水电站机电技术,199