清远市粤能水电发展有限公司 广东清远 511800
摘要：通过对某水电站水轮机工作密封故障分析处理过程的阐述，分析了主轴密封漏水故障的主要原因，根据原因提出了主轴密封漏水处理的方法，为水轮机旋转式动密封装置漏水故障处理积累了宝贵的经验。
关键词：水电站；水轮机；漏水；改造；措施
引言
随着我国社会经济的快速发展，人们对电力事业发展提出了更多要求。水电站机电设备中动力设备是核心设备，目前相关部门需要依据水电安全生产运行基本发展特点，对设备运行规律进行分析，做好各项日常维护工作。水电站机电设备稳定运行、维护、安装、检修和管理对水电站安全运行以及各项生产目标的完成具有重要作用，所以需要对相关维护检修人员展开专业的技术培训，不断增强员工专业技能，更好地提升小水电水轮发电机运行维护效率，在安全生产基础上全面提升水电站发展效益。下文通过案例分析水电站水轮机主轴密封漏水原因及解决措施
１ 概论
本电站安装３台单机容量为５５ＭＷ的混流式水轮发电机组。水轮机型号为ＨＬＡ８５５－ＬＪ－２０３，额定功率为５５．６７ＭＷ，额定转速为４２８．６ｒ／ｍｉｎ，额定水头为１６５ｍ，设计流量为３６．６７ｍ３／ｓ，于２００８全部投产使用。自投运以来，３台机组水轮机主轴密封漏水量很大，伴随着顶盖排水管经常爆裂、水车室四周水珠飞溅，水导轴承进水，渗漏排水泵运行频繁，存在水淹厂房安全隐患等问题；同时，在处理顶盖排水管爆裂时，不但增加了电站维护人员的工作量，还损失了大量的发电量，严重影响机组的发电能力。笔者对水轮机主轴密封漏水及顶盖排水管破裂原因进行了分析并提出了解决方案。
２ 主轴密封、顶盖排水管结构介绍
该水轮机的主轴密封是由固定安装在主轴上的密封套和安装在顶盖上的密封体组合使用，密封体随运行的发电机组主轴旋转，其与固定的密封体采用间隙式梳齿密封形式，分别在密封座对称方向装有２根直径５１ｍｍ的排水管，密封体一侧装有２根竖排、直径为３２ｍｍ的排水管且均至集水井。它是水轮机转动轴与固定部件之间的封水装置，在较高水头混流式水轮机中，其还与水轮机转轮其它止漏部件配合，以达到减少水流损失和保护水轮机安全运行的目的。
水轮机顶盖排水是由４根、直径９０ｍｍ的普通无缝钢管完成的，其直接利用管路上的法兰盘与机坑预埋排水管连接，通过环管排向尾水。
３ 主轴密封漏水和顶盖排水管爆裂原因分析
沙坪水电站在未找到有效解决水轮机出现的问题时，电站只能以加强视频监视和顶盖水位监测等手段保障运行。为了从根本上解决主轴密封漏水和爆管问题，技术人员通过对发电机组在不同工况运行时所表现出的各种现象、结合发电机组日常运行时的相关数据深入分析后得出：
（１）主轴密封漏水量与工况有关，空载及满负荷情况下运行最为严重，通过主轴密封的漏水从轴承座观察孔中甩出直至水车室四周地板。（２）顶盖排水管压力大，顶盖止漏环后压力较高，排水管振动很大，进而引起顶盖排水管爆裂。（３）通过对转轮泵板密封计算得知，泵板本身排水能力满足要求。（４）漏水与现有主轴密封间隙的大小无关。通过以上分析得出该水电站３台机组主轴密封漏水和顶盖排水管爆裂产生的根本原因为顶盖止漏环后水压力大，顶盖排水不能满足转轮泵板排出的水量，而剩余部分的水只能从主轴密封排出，因此，运行时顶盖排水管中的水压力和管路脉动振动均偏大，导致顶盖排水管发生破裂。经
综合考虑后认为，减小顶盖止漏环后的水压为主要解决方案，配以主轴密封和顶盖排水管结构和材质上的改造为辅予以解决处理。
４ 主轴密封漏水和顶盖排水管爆裂的处理
根据分析得到的漏水、爆管原因和日常运行数据，分别从顶盖止漏环、转轮泄水锥的结构设计方面着手控制密封出水量以减小止漏环处的压力。从顶盖排水管直径、材质、流道和安装着手，进一步解决爆管问题。
４.１ 更换顶盖止漏环
通过计算，将原水轮机导水机构上止漏环与转轮配合间隙由原来的１～１．２ｍｍ减小为０．８～１ｍｍ，以减少容积损失，该处改造需新加工一止漏环与原有的止漏环进行更换，所以，在加工中要与转轮上冠止漏环尺寸配合加工，并保证其配合尺寸达到新的设计间隙要求。转轮止漏环结构见图1。
图2 接管安装图
４.３改造顶盖排水管
由于原埋入水车室机坑混凝土中的４根管路通径为８０ｍｍ的排水管管径不能改变，通过对已埋设管路的通过能力进行计算得知，可以将顶盖排水管通径改成９０ｍｍ，厚６ｍｍ，将从顶盖引出的排水管通过外环后的管路法兰与之焊接固定，使其与顶盖成为一整体，防止管路振动。在顶盖外环至混凝土埋管之间使用一偏心变径管和直径为１００ｍｍ的柔性软连接进行配管来消除该段排水管的压力脉振动，防止排水管破裂。对于顶盖内的出水孔，沿转轮施转方向修磨成斜面倒角并修圆，使之形成导流通道。改造后的排水管除柔性连接外，其它所用的设备材质均为１Ｃｒ１８Ｎｉ９的无缝不锈钢管，顶盖排水管改造情况见图６。
４.４主轴密封改造
采用在主轴密封座背面堆焊不锈钢ＥＲ３０９Ｌ焊层、以缩小泵板内侧与主轴密封的间隙在１．４～１．７ｍｍ的方式以减小泵板与密封座间的漏水量，同时封堵密封座上的两根排水管用以减小主轴密封漏水（图3）。
图3 主轴密封座改造示意图
５结构改进后取得的效果
针对该水电站３台机组主轴密封和顶盖排水管存在的问题，技术人员在发电机组Ａ
修时对水轮机实际结构进行了分析，对各部位间隙的密封尺寸进行了测量，结合水轮机结构原理和日常记录的运行参数，通过咨询专业设计人员，对水轮机可能存在问题的部位进行了重新计算，对该机组结构不合理的地方进行了改造，经过多年运行验证，取得了很好的效果，主要表现在以下几个方面：
（１）对水轮机上止漏环、转轮泄水锥、主轴密封座背部与泵板间隙实施的改造，有效减小了止漏环处的压力，主轴密封漏水得到了彻底解决。
（２）顶盖排水管在经过流道、排水管径、增加柔性连接改造、安装方式的变化，加之止漏环处压力减小的综合处理后，该水电站３台水轮发电机组顶盖排水管在改造后再未发生过爆裂。
６结束语
水轮发电机组主轴密封漏水和顶盖排水管爆裂问题在水电站中的发生频率较高，特别是顶盖排水管爆管问题，严重影响到水电站安全生产和机组发电量，给电站造成较大的经济损失。在该水电站对机组进行了一系列的技术改造，从根本上解决了主轴密封漏水和顶盖排水管爆裂的问题，电站安全生产工作得到了很好地保障，机组安全稳定性和发电量得到了极大地提高。
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论文作者:罗志华
论文发表刊物:《防护工程》2019年第4期
论文发表时间:2019/6/3
标签：顶盖论文; 排水管论文; 主轴论文; 水轮机论文; 水电站论文; 机组论文; 转轮论文; 《防护工程》2019年第4期论文;