摘要：水轮机转轮止漏环会产生少量漏水，这些漏水会沿着主轴与固定部件之间的间隙进入机坑，妨碍其他设备的正常运行，主轴密封系统的设置，有效的阻止了尾水进入机坑。滩坑水电站在2017和2018年机组检修中对1号机组和2号机组进行了主轴密封系统改造，消除了主轴密封系统由于原橡胶端面密封式主轴密封和多级减压管路引起的橡胶活塞易发卡、水压不稳易抖动、密封水流量过小、主轴漏水量大、橡胶活塞磨损甚至烧毁、检修频繁等问题。
关键词：滩坑水电站；主轴密封系统；技术改造
Abstract：Leakage stopper ring of turbine runner will produce a small amount of water leakage，which will enter the pit along the gap between the main shaft and the fixed parts，hindering the normal operation of other equipment.The setting of the main shaft sealing system effectively prevents tail water from entering the pit.During the unit maintenance of Tankeng Hydropower Station in 2017 and 2018，the main shaft sealing system of Unit 1 and Unit 2 was reformed，eliminating the vulnerability of rubber piston to jamming，unstable water pressure，small sealing water flow，large leakage of main shaft，wear and even burnout of rubber piston，frequent maintenance and so on caused by the original rubber end-sealed main shaft seal and multi-stage decompression pipeline.Questions.
Keyword：Tankeng Hydropower Station；Spindle Sealing System；Technical Reform
引言
滩坑水电站位于浙江省青田县境内的瓯江支流小溪中游河段，对外交通便利，大坝为面板堆石坝，采用了先进的分层取水方式，保护下游生态环境。该电站接近电网负荷中心，经济指标较好，综合效益明显，是瓯江流域水电梯级开发规划中的一座重要骨干电站。
滩坑电站安装有3台200MW的水轮发电机组，发电机型号为SF200-40/10800，采用具有上下两个导轴承的立轴半伞式结构以及一台4000KW卧式机组，总装机容量为604MW，在浙江电网内发挥重要作用，既有发电、调峰、调相功能，又有防洪抗灾能力。
该电站3台20万千瓦机组原设计主轴密封分为检修密封和工作密封。检修密封是水轮机检修时工作的一种密封，它是在停机或检修水轮机工作密封和水导轴承时的一种密封，它防止在尾水水位高于顶盖高程时，水从主轴与顶盖间隙倒灌进入机坑内。该电站检修密封采用空气围带式结构，投退快速、便捷、效果好。[1][2][3]
工作密封采用端面橡胶环形活塞密封形式，主轴密封系统供水由主备用两路构成，主用水由技术供水滤过器后经两级减压后提供压力为0.02-0.15Mpa，流量为0-2.0m³/h的主轴密封供水，备用水由技术供水联络管引入，当主用水断流15s后，自动控制系统打开电动阀，备用水经单级减压阀减压后提供主轴密封供水确保主轴密封效果。
1 改造的必要性
水轮发电机动力来源于水，由于我国的地势特点以及河流特点，河流中的泥沙较多，尤其是在汛期，水流中的泥沙含量普遍较高。滩坑水电站虽然采用分层取水结构，但汛期不可避免的会有大量泥沙进入水电站水系统。该电站技术供水由蜗壳引水，水质也受库区水质影响，虽然有滤过器对引水进行过滤，但由于过滤效果的局限性，主轴密封水仍混有不同程度的泥沙颗粒等。
由于机组工作时，主轴密封采用端面橡胶环形活塞密封形式，橡胶长期浸泡在水中，会使橡胶膨胀变形，主轴密封上的孔会因会不同程度的变形，使各个出水孔出水量不均匀，从而引起受力不均，使主轴密封发卡甚至烧损的情况。并且，橡胶在泥沙较多的水质中长时间运行容易磨损形成高边、高点引起发卡导致水压不稳易抖动、密封水流量过小、主轴漏水量大、检修频繁等问题。[4]
滩坑水电站技术供水减压前压力为1.1Mpa，主轴密封水由减压阀前供水。为满足主轴密封水0.02-0.15Mpa的要求，需多级减压，这个过程对减压阀精度要求高，可靠性强。但在实际运行过程中，水压调整困难，调整时间长，对机组可靠运行影响大。
并且，技术供水管路材质为碳钢，在经过长时间使用以及表面结露水的影响，表面锈蚀严重，管道内部加重泥沙沉积，管路通径减小，易引起管路间断性或长期堵塞，加重了主轴密封水压力和流量的不稳定性。
鉴于以上情况综合起来导致主轴密封系统压力不稳定，主轴密封水压力调整频繁，影响机组的安全稳定运行。
2 新主轴密封系统的描述及特点
滩坑水电站20万千瓦机组主轴密封改造后，主轴密封部分采用浮动环式结构（见图1），主轴密封供水均由技术供水减压阀后供水经单级减压后，为主轴密封提供压力为0.3-0.5Mpa的密封水（见图2）。
新的主轴密封系统是针对发电机组高可靠性以及高性能的要求而设计出的新一代主轴密封产品，它拥有更可靠的密封结构，对减压阀精度范围扩大，密封水压力流量波动影响小。
2.1 主轴密封部分
2.1.1密封支架固定在顶盖上，抗磨板固定在主轴上随主轴一起旋转；密封环固定在密封体上，密封体与压盖之间圆周方向布置若干组弹簧。密封环带着密封体浮动于抗磨板上方，其上下浮动时依靠与密封支架相固定的压板导向，密封环上下移动，可保证密封块逐渐磨损的补偿和机组抬机时的正常密封，满足机组顶转子时间隙要求。
静水压密封工作时，被密封水压、密封腔压力、弹簧作用力、浮动环及密封体的自重等部分组成一个自平衡系统，在密封环和抗磨板间形成一定厚度的水膜。并且密封体为刚性材料，在密封体上的设计精加工的6个流道的通径不会因为介质的影响而变化，使浮动环的各部位密封水压几乎均衡，形成的自平衡系统能长期保持稳定状态。[5]
2.1.2 抗磨板和压盖为不锈钢，密封环为高分子耐磨材料，至少能运行40000小时不用更换，其它的Q235B，材质表面无锈蚀，并有完整的防腐涂层，对水质有很强的适应性。
2.1.3 顶盖高程30.86米，尾水最高水位35.2米（3台20万千瓦机组发电时，尾水水位最高），密封水压力最低为0.3MPa远大于被密封水压力，且密封水是经过滤过器过滤的，洁净度相对尾水较高，可确保密封环、抗磨板的洁净度，减少磨损，提高设备运行寿命。
2.2 供水管路部分
2.2.1 技术供水管路选用了不易锈蚀的不锈钢管路，配管完成后，由具有检测资格的第三方对管路焊缝进行了PT和UT探伤，确保管路无裂纹、无沙眼等缺陷。
2.2.2 密封腔内的清洁水主用、备用均取自技术供水减压阀之前，经过减压阀、过滤器进入密封腔，主、备用水互为备用。节流孔可根据被密封水压的变化来调节密封水的压力和流量，达到密封系统的最终平衡。密封泄漏水一些通过密封内环漏入顶盖，随顶盖排水管排出，一些直接通过密封外环排入尾水。
3 改造后的运行状况
3.1试验情况：主轴密封系统安装完成后进行浮动量测量，在浮动环+X方向和+Y方向架百分表，调定主轴密封水压力为0.3Mpa，浮动环整体均匀上升0.03mm，调定主轴密封水压力为0.5Mpa，浮动环整体均匀上升0.05mm，出水均匀，满足设计要求。
3.2 运行情况：滩坑水电站1号和2号20万千瓦机组主轴密封系统分别于2017年和2018年完成改造并投入使用。投入使用后，运行一直都可靠安全，压力波动小，供流稳定，浮动量和顶盖漏水量在设计允许范围之内，保证了机组的安全稳定运行。
4 结语
主轴密封系统是水轮发电机组一道重要的密封装置，保证了机组的安全运行。改造后的主轴密封系统密封效果好，避免了橡胶端面密封式出现的诸多问题，具有无需清洁润滑水、使用寿命长，运行维护方便等特点，大大降低了检修频率以及检修成本，使电站能够真正地安全高效生产。
参考文献：
[1]徐玲.浅谈水轮机主轴密封的几种形式[J].科学咨询，2008，（13）：36.
[2]申维军.水轮机主轴密封漏水原因分析及改造[J].民营科技，2011，（10）：17-17.
[3]梁仲坚.水电厂水轮机主轴密封的优缺点分析[J].建材与装饰，2018，（3）：226-227.
[4]叶军，俞永文，翟晓勋.一种立式水轮机主轴支承和密封改进设计的研究与应用[J].中国农村水利水电，2009，（8）：151-152，156.
[5]章焕能.一种新型的水轮机主轴密封—无接触密封[J].西北水力发电，2017，（2）：61-63.
作者简介：
范有理（1990）男，助理工程师，从事水轮发电机机械检修
注：范有理，13666569762，0578-6616201，1012982725@qq.com，浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司。
陈宣有（1990）男，助理工程师，从事水轮发电机机械检修
注：陈宣有，13967088931，0578-6616201，496960309@qq.com，浙江省青田县巨浦乡范村浙江浙能北海水力发电有限公司，323907。
论文作者:范有理,陈宣有
论文发表刊物:《电力设备》2019年第9期
论文发表时间:2019/10/14
标签：主轴论文; 水压论文; 机组论文; 水轮机论文; 管路论文; 橡胶论文; 系统论文; 《电力设备》2019年第9期论文;