何大江
广东义合水电开发有限公司
摘要：义合水电站机组投产后不久，四台机组导叶轴头密封陆续出现不同程度的漏水现象，严重影响了机组的安全运行，本文对义合电站导叶轴头密封漏水的原因进行分析并提出改造方案，经过改造后取得了满意的效果。
关键词：导叶轴头密封 原因分析 密封改造
义合水电站位于广东省河源市东江干流，属于东江流域水电开发的第8个梯级电站，坝址距离河源市29公里，电站装机4*5MW，总装机容量20MW。水轮机型号为 GZ1250a-WP-450，运行净水头范围2.62米～6.4米，额定水头4.3米，属于灯泡贯流式机组。导水机构活动导叶16个，活动导叶转角范围0度～80度，导叶关闭时间快关7.6秒，慢关23秒。电站4台机组从2009年12月至2012年6月陆续投入商业运行，电站投入运行后不久均发生不同程度的导叶轴头密封漏水现象，使厂内空气湿度增加，威胁厂内各电气设备的安全运行。
1.导叶轴头密封结构及漏水分析
1.1灯泡贯流式水轮机转轮转动所需的环量全部有导水机构形成，导叶开关调节流量，同时具有关闭切断水流的停机作用，16片导叶在导水机构内外环之间，导叶作旋转运动，转动角度0～80度，导叶的开关由控制环通过连杆推动导叶臂带动导叶轴头旋转来实现，外配水环内的流道内充满水，水压约0.3mPa，所以这里必须有导叶轴头密封防止流道内的水通过外环与导叶轴头之间的间隙漏出。
导叶轴头密封结构如图1所示，由导叶轴承套筒，导叶轴承，密封耐磨环，间隔环等组成，从图上可以看出，导叶轴头密封主要靠三个密封起密封作用，耐磨环内的o型橡胶圈(Ⅰ-2,160*5.3)，耐磨环外的Yx型密封圈（聚氨酯），导叶轴承套筒与外配水环之间的o型橡胶圈(Ⅰ-2,292*7)。其中两条o型橡胶圈是静密封，基本能保证耐磨环与导叶轴颈、导叶轴承套筒与外配水环之间不漏水。耐磨环外的轴用Y型密封圈是动密封，安装在导叶轴承套筒的密封槽内。其与耐磨环之间的密封性能，决定了导叶轴头的漏水情况。
1.2导叶轴头漏水原因分析
发现导叶轴头漏水后拆除导叶臂，导叶轴承套筒后，发现密封环内部均有较多泥沙，密封耐磨环与Yx形密封唇部接触部分有磨损，Yx形密封硬化，失去弹性，甚至开裂，破损。分析导致导叶轴头密封漏水原因主要有以下几个方面：
1.2.1导叶轴头密封Yx形密封圈材质不理想，义合电站的Yx形密封圈采用的是聚氨酯材料，差的聚氨酯材料密封产品一般经过3～5年的运行会老化，变硬，开裂。
1.2.2 导叶轴头密封Yx形密封圈形式不够不理想，只有一道唇边接触密封，唇边一旦有破损或者间隙，外轴密封就会漏水,Yx形密封圈是液压气动系统中往复运动密封常用的密封件，但用于导叶轴头的的旋转运动密封，密封副偶合面是一条线密封，垃圾和泥沙容易磨损密封副偶合面。
1.2.3密封耐磨环的材质不理想，原厂提供的材料为黄铜，一般经过2～3年的运行，在耐磨环与Yx形密封圈唇部接触部位一般会磨出沟痕，加大漏水量。
1.2.3每年冬季维修流道排水长时间停运后，导叶轴头Yx形密封处泥沙干结，密封检修后开机前在流道没有充水的情况下调试机组，大范围开关导叶，往往会造成Yx形密封缺少润滑干磨拉裂。
2.导叶轴头密封改造
2.1第一次改造
2013年冬季维修后，机组充水投运后发现有两个导叶轴头漏水，当时来水较多，重新落门排水处理漏水，工作量太大，为不影响机组发电，经研究分析，实地查看，结合义合电站的实际情况，导叶轴头漏水处理方案确定在轴承压板与间隔环之间增加一道Yx形密封，间隔环与导叶轴颈之间增加一道O形橡胶圈，压板与轴承套筒接触的法兰面之间增加一道O形橡胶圈，改造后结构如图2，这样导叶轴头的漏水就被这三道密封封祝
方案实施步骤如下：
2.1.1将间隔环重新设计，尺寸与耐磨环一致，内壁增加一道O形橡胶密封槽，材质选用304不锈钢。
2.1.2重新设计加工轴承压板，将分半的压板设计成满足压板功能的整体封盖，压板内孔加工有Yx形密封槽，压板与轴承套筒接触的法兰面加工O形橡胶圈槽。
2.1.3机组停机做好一些必要的安全措施，搭设脚手架和工作平台，拆卸导叶臂，导叶连杆，将轴承压板和间隔环拆卸。
2.1.4清洁导叶轴颈，清洁导叶套筒与压板的接触面。
2.1.5压板内孔装上Yx形密封条，涂抹少量润滑脂避免磨损，耐磨环与导叶轴颈装上橡胶密封条，涂抹少量润滑脂避免磨损，压板与轴承套筒接触的法兰面装上O形橡胶圈，压板和耐磨环装配好后一起安装到位。回装导叶臂，导叶连杆。
2013年改造处理后，机组投运投运后没有发现漏水，这两个导叶直到2017年12月才出现少量漏水。后来有几次临时导叶轴头漏水处理也采取了这样的方案，都能及时密封漏水，效果持久，对比国内同类型电站的导叶轴头漏水处理效果，这种方案的处理效果是很理想了。2014年冬季维修后对这种处理方案进行评估，认为这种处理方案可作为临时紧急处理方案，优点是停机时间短，不用落检修门和流道排水，不用拆卸导叶轴承套筒和导叶轴承，处理简便可靠有效，缺点是导叶轴承内泥沙没法清理，可能造成轴承磨损，可在枯水期再重新更换密封处理。
2.2第二次改造
在总结第一次改造的基础上，经过研究分析，请教设备设计人员，参考国内同类型机组的处理情况，结合义合电站的实际情况，充分考虑Yx形密封的特点，提出了导叶轴头漏水处理方案的最终方案：(一）在Yx形密封前增加一道O形橡胶密封（氟橡胶，180*6）；（二）将耐磨环由黄铜材质改为304不锈钢材质，延长Yx形密封唇边对耐磨环的磨损；（三）选用国内更好的Yx形密封圈，提高产品抗老化和抗撕裂能力。
方案简图：
方案实施步骤如下：
2.2.1导叶套筒重新设计，导叶套筒高度增加10mm ,增加的10mm高度用于加工O型橡胶密封槽，尺寸：180*192*7。导叶套筒局部作相应调整。
2.2.2导叶轴承与导叶臂之间的间隔环高度降低10mm。
2.2.3重新设计加工耐磨环，材质选用304不锈钢，耐磨环高度增加10mm。
2.2.4重新寻找Yx形密封的供货厂家，提高了Yx形密封圈的产品性能。
2.2.5选择冬季机组停机做好必要的安全措施，搭设脚手架和工作平台，拆卸导叶臂，导叶连杆，导叶轴承套筒，拆卸导叶轴承。
2.2.6清洁导叶轴颈，外配水环导叶轴承套筒安装孔，导叶轴承。
2.2.7导叶套筒装上Yx形密封条，和O型密封条，涂抹少量润滑脂避免磨损，耐磨环装上橡胶密封条，涂抹少量润滑脂避免磨损，导叶套筒和耐磨环、导叶轴承装配好后一起安装到位。回装导叶臂，导叶连杆。
2.3改造后的效果
2014年12月利用冬季维修的机会，义合电站按照上述第二种方案更换安装了新的导叶套筒和新的密封件，机组投运后，没有发现漏水现象，后来每年冬季维修陆续处理，到2019年5月，已经更换处理了电站总数64个导叶轴头中的56个，绝大部分没有漏水。改造后第3年漏水的有一个，改造后第4年漏水的导叶轴头只有3个。对比全国同类型的灯泡贯流式电站导叶轴头密封漏水处理效果，效果比较明显。
3.运行维护中怎样减少导叶轴头密封漏水
很多关于文献上关于导叶漏水的原因分析，都没有谈到运行维护对轴承漏水的影响，实际上运行维护对导叶轴头密封保护很重要，在运行维护中一定要做到以下几点注意事项：
3.1避免和减少频繁开关机和频繁调整导叶，避免减少快速开关导叶。
3.2导叶立面、端面间隙一定要调整好，调整均匀，避免个别导叶受力过大，最终造成轴承偏磨，耐磨环受径向偏力漏水。
3.3导叶安全连杆两端的轴承保持良好润滑，也是为了避免导叶受力过大。
3.4检修时尽量避免在机组流道排水长时间停运后，导叶轴头Yx形处泥沙干结，密封检修后开机前在流道没有充水的情况下调试机组，大范围开关导叶，避免造成密封件润滑干磨拉裂。
3.5导叶轴承在安装时要涂抹润滑脂减少磨损，平时维护保养要及时将导水机构上的沙尘吹扫干净，并及时给导叶轴承外表涂抹润滑脂，防止沙尘堆积进入导叶轴承。
4.结束语
通过两种方案对导叶轴头密封进行改造，达到了预期的处理效果，第一种方案可用于导叶轴头密封漏水的临时处理方案，第二种方案导叶轴头密封由原来的一道Yx密封增加为O型橡胶密封和Yx密封的组合，O型氟橡胶密封封水效果一般，但比较耐磨，能阻挡泥沙和垃圾的进入;Yx密封不耐磨，但封水效果好。通过这样的组合，将两种密封扬长避短，综合达到封水和耐用的效果；耐磨环由较软的黄铜材质改为304不锈钢，经过4年多的运行，没有发现有明显的磨痕。改造方案使导叶轴头密封得到改善，延长更换密封的检修周期，从而降低设备运行维护成本，确保了义合电站的机电设备安全。
参考文献：
【1】葛世民 灯泡贯流式机组导叶轴头密封漏水分析及改造 中国水力发电工程学会贯流式水电站专业委员会第四届年会论文集
【2】苏保安，泰俊兰 灯泡贯流式机组应用技术【J】，水电施工技术，2012,68（2）：48
论文作者:何大江
论文发表刊物:《中国西部科技》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/27
标签：套筒论文; 轴承论文; 耐磨论文; 压板论文; 机组论文; 电站论文; 方案论文; 《中国西部科技》2019年第22期论文;