云南昆明市寻甸县河口镇干河泵站管理部 云南寻甸 655200
摘要：云南牛栏江干河泵站水轮泵组具有高扬程、高转速、运行工况复杂等特点，因而决定了其主轴密封系统必须具有高性能。干河泵站1-4#机组工作密封采用了接触式径向密封，检修密封采用了心形截面密封。在泵组投运后，1-4#机检修密封出现了气水腔互窜，检修密封无法退出导致无法正常开机。而在泵组运行一年半后，3#、4#工作密封漏水量过大，导致工作密封水压力远低于设计压力。最终，采用了改变主轴密封结构的技术改造方案，改进后运行状况良好。
关键词：主轴密封；技术改造；高转速；高扬程；云南牛栏江干河泵站
Modification of Main shaft seal In High lift and High speed Large pump group
Junli-wu
（yunnan ganhe Pumping station，kunming xundian）
ABSTRACT：the Hydraulic pump group oF Pumping station of yunnan ganhe have the High lift，High speed Large and operating condition complex，which determines it must have high performance of Main shaft seal.the Work seal of 1-4#Pump group in ganhe Pumping station was Contact type Radial seal，the Maintenance seal was heart shaped cross section.after Put into operation of Pumping station，the Maintenance seal of 1-4# pump group was the chamber of gas and water was mixed.as the can`t Unit startup because the Maintenance seal Unable to exit.After Put into operation of Pumping station a year and a half，the Work seal of 3-4#Pump Water leakage too much，result the Pressure of Work sealed water supply low than Design pressure.put to use the Technological transformation plan to Change the Structure of Main shaft seal finally.its operation effectiveness is good.
KEY WORDS：Main shaft seal Technological transformation High speed High lift the Pumping station of yunnan ganhe
云南省牛栏江干河泵站4台立轴、单级、单吸离心式水泵电动泵组，泵组最高扬程233.2m，最低扬程187.4m，设计扬程221.2m，设计提水流量23m³/s，设计转速600r/min。机组进水侧压力最高为0.65MPa为适应机组较大的进水侧压力及高转速下较高的的密封表面速度，主轴密封采用了水压双端面密封替代原有径向密封，并使用新型密封材料；同时使用空气围带式检修密封替代原来的心形密封；在功能、材料摩擦及耐久度方面均显示出较高的性能。
1原主轴密封结构及工作原理
1.1原检修密封结构及工作原理
主轴密封位于水导轴承下方，其作用为防止水从顶盖与转动部分之间溢出，控制转动部分及固定部分漏水量，避免溢水过大淹没顶盖，影响水导轴承及机坑内其他自动化原件正常工作。
干河泵站原检修密封结构如下图所示：
原检修密封结构为心形密封，由心形橡胶密封与底座、压板形成密封空腔，作用为停机后防止水从顶盖与转动部分溢出，防止顶盖被淹。处于收缩状态下的检修密封与与主轴密封面设计间隙为1-1.3mm。停机后由检修密封供气管供入0.8MPa的压缩空气，使心形密封膨胀并与主轴密封面抱紧以达到密封效果。
1.2原工作密封结构及工作原理
干河泵站原工作密封结构如图所示
原工作密封结构形式为径向密封，共有三层。其作用是在机组运行时有效阻挡水从大轴与顶盖的间隙上溢，保护水导轴承及其他自动化原件不受影响。其工作原理为：筒形弹簧将密封块压紧在主轴密封抗磨板上，使工作密封块与主轴紧密贴合，密封块可做径向移动，能随主轴摆度自动调整。挡水环防止主轴密封润滑水或顶盖内高压水进入水导轴承。主轴密封水取自地面副厂房低位消防水池，设计压力为0.8-1.0MPa，四台机组共用一套高精度滤水系统，密封润滑水经滤水器过滤后通过环管经四个供水孔进入润滑表面，供水孔与供水主管采用软管连接。工作密封水一部分通过主轴与顶盖间隙排至锥管，其余部分由顶盖排水孔排至集水井。
2原主轴密封故障现象及故障原因分析
2.1检修密封故障现象及原因分析
干河泵站运行人员在运行过程中多次发现，1-4#泵组在自动开机时检修密封无法正常退出，导致无法进行自动开机。后经手动关闭主轴密封进气阀，手动打开检修密封排气阀方能排气且排气缓慢，排气过程中有大量积水排出。机组停机投入检修密封后，大量高压气体通过检修密封漏入机组段流道内，使转轮室内充满高压气体，导致机组开机时无法正常造压。
根据现场故障情况及厂家设计图分析，检修密封漏气的根本原因为厂家密封设计过于理想化。心形密封设计在理想条件下，由供气管供气后密封膨胀，使其与底座、压板紧密贴合，形成密封空腔，起到密封作用。但在实际使用中，由于加工、安装精度及泥沙进入的原因，其心形密封与底座压板并未能周圈紧密贴合，导致检修密封投入后高压气体从心形密封与支座、压板贴合面渗漏，使高压气体泄入流道内，从而在转轮室内造成空腔，导致机组无法正常造压。
在检修密封泄压后，流道内高压水通过心形密封进入气系统管路，导致检修密封无法完成排气动作，使开机流程无法顺利进行。
2.2工作密封故障现象及原因分析
在干河泵站投运20个月左右，4号机组工作密封漏水量日趋增大，且主轴密封水工作压力从刚投运时的0.9MPa降低至0.66MPa。过大的漏水量导致其他机组工作密封的工作压力也持续降低，严重威胁机组安全运行。同时也使检修集水井排水泵启动次数日趋频繁。
根 据工作密封现场情况及结构设计，初步分析为抱紧弹簧发生永久形变及工作密封密封块圆度变形，而在随后对拆除的密封块及弹簧进行检查，发现密封块圆度已发生变形，变形最大处直径已由原来的440mm变至445.8mm，抱紧弹簧也有小幅度永久形变，同时主轴抗磨板被磨损严重，深度从0.5-2mm不等，与最初分析基本吻合。
此结构为低速且封油介质常用，用来密封高速、水介质及有一定摆动及窜动量的轴，效果不会很理想。
3主轴密封改造方案
针对上述现有主轴密封系统存在的缺点，结合机组工况及以往主轴密封升级、改造成功经验，现提出主轴密封改造方案如下：
3.1新型主轴密封结构示意图：
3.2改造方案说明：
1、采取主轴密封及密封座整体更换的方式进行改造，且与原有密封座的安装、接口尺寸保持一致。下次更换时无需拆卸水导轴承，只需拆除部分水导轴承支座内管路即可进行拆装。
2、在检修密封结构上进行调整，彻底解决检修密封存在气水互窜问题。将原有心形截面更换为内置弹簧钢丝的腔式橡胶围带。
3、工作密封改为水压端面接触式密封，其工作原理是利用水压或弹簧推动密封块，使之靠近转动环抗磨面，成为密封副并形成合适的间隙，或保持适当的接触状态，由此产生密封效果。
4、密封材料采用高分子树脂基复合材料-泰迪材料，此材料具备极低的摩擦系数、极低的吸水膨胀系数，良好的机械加工性能、长期稳定的材料性能，远远优于传统材料，对抗磨面保护较好。
5、在工作密封润滑水管路增加调压阀，可调整主轴密封水压力，使工作密封处于最佳工作状态。
在使用过程中，密封块能在主轴密封水压的作用下灵活移动，保证了密封块磨损时能够提供补偿。密封供水的压强高于顶盖内水的压强，这样不但能在密封环和转动环之间形成水膜，还可以很好的把含泥沙水压回去，既保证了密封性能又保证了密封副的完好。
4结语
因主轴密封损坏主要为密封材料损坏，由于采用高性能耐磨复合材料，即使密封块损坏，也不会出现密封碎块，密封面仍然能起到密封尾水的作用。机组主轴密封经过整体结构改造，改善了工作密封漏水情况，解决了因检修密封气水互窜导致的开机问题，保证了机组的安全运行。改造后机组运行良好，工作密封润滑水压力可维持在0.9MPa，漏水量约0.8m³/h，密封效果良好。
参考文献：
[1]何少润 水泵水轮机主轴密封改进浅析[J]云南水力发电1995，（2）
[2]孔令华 高水头抽水蓄能机组主轴密封的对比探讨[J]水电站机电技术 2002，（2）
[3]陈湘匀 麦朝景 高水头大容量抽水蓄能机组主轴密封改进[J]2004，（4）
作者简介：
吴俊黎（1986-）云南保山人，助理工程师，从事大型泵站管理、检修工作 现就职于云南水投牛栏江滇池补水有限公司
论文作者:吴俊黎
论文发表刊物:《基层建设》2015年27期供稿
论文发表时间:2016/3/23
标签：主轴论文; 机组论文; 工作论文; 泵站论文; 顶盖论文; 水压论文; 结构论文; 《基层建设》2015年27期供稿论文;