摘要：本文通过对混流式水轮发电机组主轴密封漏水处理研究，探究机组主轴密封的结构以及其工作原理，按照其密封设计特点分析漏水原因，并通过相关数据测量计算提供理论支撑做出受力分析，将主轴密封分解进行检查，并将检查情况记录在册，从而得出相应的改造方案。科学合理处理主轴密封漏水情况，按照发现问题、寻找问题发生的原因、深入分析探讨问题并提出相应的解决措施为步骤进行合理化研究，有利于水轮机正常工作，保证水电厂运行安全。
关键词：轮流式水轮；发电机组；主轴密封
1.前言
混流式水轮机主轴作为水轮机的重要部件，承受着机组转动部分的重量，使机组免受外力损伤变形，将轴向水推力所产生的拉力承受起来，而轴承间隙上下端口也会存在着压差，并且主轴将传递转轮时产生的扭距以承受拉力作用，其中主轴与转轮的联接和固定需要用点焊方法进行加固，需要阻挡水流在主轴和机器顶盖之间的间隙上溢出去，因此，保证混流式水轮发电机组主轴密封十分重要，在设计之初应提出预防措施，并进行密封漏水处理方案实施。
2.混流式水轮发电机组主轴密封
2.1混流式水轮机主轴密封简介
混流式水轮机因其水流径向平稳进入导水结构后，经水轮机轴向流出转轮的模式实现了稳定的运行性能和高效的运转性能，适用于低碳钢和铸焊结构当中，要提高自身结构的抗泥沙磨损，当受外力作用时不易被腐蚀，可将不锈钢叶片进行转轮内部结构改进，既可调整其简单结构，又能降低成本，并使尺寸更为精确。或以不同的材料制造水轮机的叶片、上端顶部和下环部位，也可有效提高水轮机传动效率，但同时也存在着一定问题，如在水流负荷程度超高时，效率也会相应降低，但可适用于较宽的水头范围。
2.2混流式水轮发电机组应用
水轮机导水结构将水流进入转轮内再适应当前负荷情况，其中所产生的轴向推力及发电机重量由坐环等承重部件承受，在机组零件进行低负荷运转时，所观察到水轮机的主轴密封漏水性较小，此时可以使用坝后式水电站机组的方式将多余的发电力储存能量，而当负荷量较高时，可以以水轮机的形式增加电力系统发电量，维持发电机组稳定运行，相应的也会提高电力系统的运行效率，从而对水电资源进行合理稳定的开发和利用。
2.3主轴密封原理
混流式水轮机的引水结构作为引流水流的主要部位，将水流导入其导水结构中，然后通过转动结构进行转轮运作，以泄水锥吊装主轴和转轮体连接的部位流出水流，最后通过泄水结构泄出其中水流。而其中主轴密封可以有效防止水轮机的顶部轴承及顶盖被水淹没，在水流涌入时也可及时做出防治措施，在正常运转情况下，通过密封块浮力作用进行水流上浮，在密封块结构中设置排水孔和销子孔，利用分半面进行水流流进和流出，受水压作用影响，将主轴和水轮机顶盖之间的漏水水流形成阻碍，而在主轴密封部件影响下，密封块结构中的密封圈也贴在分半面上，同样也阻碍了水流流向水轮机顶盖[1]。
3.主轴密封漏水原因
3.1水流泥沙损坏密封结构
在水流流经混流式水轮发电机组时，水流中含有大量泥沙，损坏其中的密封结构，在含有大量泥沙的水流冲刷速度较快时，水流带来的冲击力较为较大，对水轮机的磨损也较大。长期进行冲刷也会导致密封结构缺陷，泥沙将其中的叶片顶端等部位削薄，使止漏环之间的间隙变大，除此之外，水流中泥沙的含量以及成分、硬度等因素也影响着水流冲刷，较多的泥沙含量会导致密封结构进行较为严重的磨损，当水流的相对速度越大时，平均每年的含沙量加大，磨损时间加长，相关因素以正相关的关系长时间相互作用冲刷密封结构，导致密封结构固定发生位移，从而导致混流式水轮发电机组主轴密封漏水。
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3.2开泄压孔的设置
在安装混流式水轮发电机中，要注意开泄压孔的位置和橡胶圈密封的材质，若开泄压孔的位置不当，会使主轴和密封圈之间存在一定缝隙，且密封环的端面和转动产生的抗磨环接触不良，使接处面之间无法形成水膜，其中的间隙漏水后再通过迷宫环转入到排水系统当中，但此时因顶盖系统所承受的真空压力较大，排水管道无法满足排水的需求，因而导致发电机组负荷量增大，带来较大压力的漏水量，也会给混流式水轮机主轴带来漏水情况[2]。
3.3技术供水压力不足
供水经储存和加压，再通过管道需要经过一定的供水技术压力，但在混流式水轮发电机组中，供水管道的管口直径偏小，无法形成水流压力，因而密封块的顶起作用受到阻碍，在排污系统中水力控制阀的性能也关系到反冲排污的作用。而当工况卡组时，泄压阀中安全压力不足，无法形成良好的泄压状态，此时混流式水轮发电机组自动控制的全电站主设备技术，供水运行不足，排水以及压缩空气和压力油等系统的自动控制技术有待改进。
4.主轴密封漏水处理措施
4.1主轴密封的数据测量计算
首先，在分析发电机组主轴密封漏水处理时，应对主轴密封的受力进行相关分析和计算，将主轴密封投影的面积和压强做重力分析，且其中受到水流摩擦因数和摩擦力的影响，在此还要注意摩擦力的大小要小于或等于上述算出的主轴密封重力，将主轴密封与半切面完全接触，在水流的水压中克服摩擦力。当主轴的密封重量产生的压力时，需要平衡其压力给主轴下方增加压力，计算出主轴的密封水压，并与理论上的水压指数相对比，探究供水压力技术不足给主轴密封漏水带来的影响，以数据作为理论支撑给后期的实际操作带来便利[3]。
4.2检查主轴密封情况。
对混流式水轮发电机组进行检查维修分析，探究水流流经的引水结构、导水以及转动结构和泄水结构等部分之间的相互作用。从中可发现密封的部位被水流顶住，未能形成浮力被水顶起与摩擦面接触不当，且大部分的摩擦面积没有与密封块接触进行良好密封，且部分零部件材质老化，受泥沙水流冲刷严重，在接触摩擦时无法起到密封作用。除此之外，技术供水压力不足也是导致主轴密封漏水的一个重要原因，固定销之间所受的摩擦力不足，从而导致主轴密封处的压力较小，水流在流经主轴时在进水口部位泄漏，局部受力也会造成混流式水轮发电机组的住着密封漏水。
4.3主轴密封漏水改造
首先要根据主轴的实际情况，在引入口部位进行封堵措施，调换密封面材料，将密封坐环的位置进行调整，提高自身结构的供水技术压力。此外，增加主轴密封装置的自重也能使漏水量减少，其中将漏水管道进行改造，控制定位销孔的漏水面积和排水孔的大小，注重摩擦面的平整程度，减少水中的泥沙含量，避免泥沙冲刷给机器内部结构带来的磨损；并且扩大密封管道的直径，使排泄水流时水流能准确流出，或加入压缩空气管路等方案，使主轴密封发生漏水时能准确及时反应，保证顶盖水位的上升变化较小，漏水量相继减少[4]。
5.结束语
总之，本文从混流式水轮发电机组主轴密封漏水原因入手，通过原因寻找解决问题的方案。以更换橡胶条封堵引入口，并将主管密封的供水管道进行改造，提高主轴密封的水压力，在摩擦面上保持平整，减少泥沙水流的涌入，扩大主轴密封管道的直径和加以压缩空气管路的方案等进行主轴漏水处理，在发生故障时要及时进行应对措施，在平常情况时也要设置监督机制，防止主轴密封出现漏水情况，使发电机组正常运行。
参考文献：
[1]浅谈技术调节环境下的技术条件[J].陶岚.航空标准化与质量.2005（05）
[2]混流式水轮发电机组轴系动力特性分析[J].林祖建，张祥彬，陈国栋，关英波.电力与电工.2011（03）
[3]考虑流固耦合的混流式水轮机转轮模态分析[J].梁权伟，王正伟，方源.水力发电学报.2004（03）
[4]水力计算在预测水轮机压力脉动中的应用初探[J].刘玲，赵越，吕延光.水力发电学报.2003（02）
论文作者:苏锦
论文发表刊物:《电力设备》2019年第1期
论文发表时间:2019/6/21
标签：主轴论文; 水流论文; 水轮机论文; 机组论文; 水轮论文; 结构论文; 流式论文; 《电力设备》2019年第1期论文;