尹贵恒
湖南五凌电力工程有限公司 410004
摘要：桨叶密封改造实施后，经过一年多的运行观察，未发现轮毂有进水现象，保证了电厂的安全稳定运行。
关键词：轮毂；漏油；V型密封
挂治水电站为低水头河床式电站，具有日调节性能，调节库容710万立方米。50年一遇设计洪水位为323.52m，500年一遇校核洪水位为326.46m，水库总库容5859万立方米。电站总装机容量为150MW，采用3台单机容量50MW的ZZ－LH－595轴流转桨式机组。电站保证出力42.5MW，多年平均年发电量4.021亿kW·h，装机年利用小时数2681h。
一、问题的发现及处理
挂治电厂#3机组漏油箱2008年开始出现油混水报警信号，后对漏油箱进行排油检查，发现油内含有水分，初步怀疑是桨叶密封损坏造成轮毂进水所致。2009年3月份#3机检修对轮毂油进行取样检查时从底部排出水150L左右，在发现#3机组轮毂内进水后立即邀请厂家人员到现场进行查看，厂家人员现场查看分析后，认为轮毂内进水可能是由于桨叶密封磨损损坏所造成，建议对轮毂进行打压试验，检查桨叶密封是否漏油。后对桨叶在全开位置、全关位置进行打压试验（压力为0.5MPa，保压1小时以上）及桨叶动作试验，试验结果均未发现桨叶密封有明显渗漏及压力下降现象，次日在桨叶全关位置进行打压试验时，桨叶密封处约一小时有数滴油液渗出。随后电厂对轮毂内油全部更换，并定期进行漏油箱排水工作。
二、问题的分析
图1 桨叶密封图 图2 双V型密封结构
挂治电厂的桨叶密封是单V组型结构，V型口向轮毂内部，如图1所示。单 V 组型密封的原理是利用沟槽径向尺寸与密封件尺寸的差异使密封件被压缩，产生预紧压力，在密封面上获得一 定的接触压力，形成对介质的密封（见附图）。从现场使用的效果上来看密封油的一面没有多少问题，主要是密封水的一面没有封住，导致油箱进水！由于单 V 型结构只是单向密封，挂治电厂选择了密封油一面，自然水一面就会形成通路形成挂治电站的单V 组型结构泄露。
三、处理的方案
为彻底解决#3机组轮毂进水的问题，通过对国内较为知名的专业密封厂家进行调研，最后决定采用双V型密封结构。
双 V 型密封的结构特点及优点如下：
a、V 型密封具有“自密封”性。在自由状态下 V 型密封的外径比填料腔内径大，密封的内径比活塞杆外径小，这样装配好就有一定量的过盈，再加上 支撑环的顶推作用，即使不施加油压力，其唇口也能封住一定压强下的介 质。
b、允许有一定的偏心运动与偏心载荷。因为密封件自由状态下就有一定的过 盈量，只要是在生产制造、或者是使用过程中出现沟槽径向宽度变化量不 超过预设的压紧量时都可以保证能够封住介质。
c、密封元件在沟槽中受介质压力时能利用自身的结构均匀圆周方向压力。当 V 组装入沟槽中后，唇口部位有足够的空间来变形和产生预紧压力，不会 干涉和影响到邻近部分的密封变形挤压，这样就保证了密封能够很好效 果。
d、高压环境中可以使用多重 V 型圈来保证密封的可靠性。
e、能够耐冲击压力和振动。水轮机在运行过程中存在较大的振动和压力脉动，这种 V 组结构的耐振动和耐冲击压力的特性为水轮机长期安全可靠运 行提供了保证。
f、当密封圈不能轴向套装时可以切口、冷粘使用，甚至在 V 圈数量足够多时，安装时只要将切口互相错开即可，也不会影响使用效果。这使得水轮机不拆卸叶片的情况下更换密封非常方便。
g、密封件的材料选用进口德国拜耳公司的新型 PU-聚醚型聚氨酯，其整体综合性能优越。此材料耐磨性能是丁腈橡胶的 50 倍；耐油性能和聚硫橡胶 相当比丁晴橡胶还要好；此材料还有很高的强度，在与橡胶硬度相同的情 况下，其拉伸强度、撕裂强度均比丁晴橡胶高出很多，在与塑料硬度相同 的情况下，其弯曲强度和冲击强度均比塑料高。
h、新型 PU-聚醚型聚氨酯具有很好的机加工性能，可以根据密封位置的实际 尺寸来设计、制造，这在一定程度上可以减少对密封面的修复需求。
四、改造方案
（1）不改变机组原有的密封腔结构尺寸，为保证桨叶密封实现双向密封，将密封结构型式设计为双向“V”型形式，即两层V型密封条加X形支撑圈加一层反向的单层V形密封条，如图2所示。
（2）V形密封条及X形支撑圈的材料为PU-聚醚型聚氨酯，X形支撑圈带有裙边，可与V型密封一起实现密封作用。
（3）根据新密封重新加工一套密封压环，减小压环的厚度，以增加密封腔的容积；
（4）外部压盖空缺处用尼龙材料填补，起到一定的密封作用。
（5）根据实际测量的数据和设计计算的结果加工PU 密封组件，派有经验的技术人员，现场进行桨叶密封的安装。
仅须在现场进行密封面质量及尺寸进行复核。如果密封面上有深度超过0.5mm 的凹陷坑，则进行局部补焊及修磨处理。双V 型结构
b、按照实际测量的数据加工双 V 型 PU 密封组件并送抵工地进行安装。密封组件按原设计空间拟采用内、外各一道 V 型密封的结构（见附图）。按照 V 型密封的试验结果看，单道密封即可达到 10MPa 的耐压强度，而挂治电 站桨叶密封的耐压需求不超过 1MPa，安全裕度有充分的保证；至于密封寿 命，主要取决于密封面的粗糙度及波浪度，这在组装前采用相应的手段可 以保证达到要求。由于安装密封件的空间受到限制，我们不推荐采用减薄 V 型密封件的厚度来增加密封件的圈数这种方法，因为太薄的 V 型密封件 存在自身刚度差、唇口稳定性差的缺点，对密封效果反而不利。
c、按照转轮的组装程序进行桨叶密封的密闭性试验及转桨密封性能试验，达到合格要求后再进行后续安装程序。
d、从密封的结构看，密封的使用效果还取决于 V 型密封唇口的压紧量，而 此量与外侧密封压块的稳固有直接关系，因此，组装时应采取适当的措施 确保密封压块不因水流的冲刷而发生松动；另外，内侧弹簧弹力的均匀度 也直接影响到 V 型密封所受的压紧力，因此，弹簧的制作需要有合适的品 质保证。
桨叶密封改造实施后，经过一年多的运行观察，未发现轮毂有进水现象，说明挂治电厂轮毂进水问题得到了彻底解决，说明这种密封结构对解决水轮机桨叶漏油漏水问题有着良好的应用效果，对水电厂同类问题具有良好的借鉴意义。
论文作者:尹贵恒
论文发表刊物:《防护工程》2018年第9期
论文发表时间:2018/9/7
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