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水輪機的密封效果不好會造成主軸在工作過程中產(chǎn)生摩擦，損壞設備，隨著磨損的增加還會造成漏水現(xiàn)象，降低水輪機的運行效率和使用壽命。本文通過對水輪機的工作原理進行分析，對產(chǎn)生水輪機密封故障的原因進行分析并采取相關措施進行處理，降低水輪機主軸的密封故障。
[關鍵詞]：水電站 水輪機 密封 故障分析
一、前言
水輪機能將水能轉(zhuǎn)化為電能，是水電站中重要的設備。水利發(fā)電是一種重要的清潔能源，能實現(xiàn)水電站的節(jié)能減排，減少由于煤炭發(fā)電對環(huán)境的污染，已經(jīng)在水電站發(fā)電廠大規(guī)模使用，并且取得了巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。在當前電力需求的強力拉動下，使用水輪機發(fā)電得到了快速的發(fā)展，其制造水平和維修技術也得到了提升。
二、主軸密封工作原理
為了確保潤滑軸承的工作正常，在軸承上面采用密封裝配，避免壓力水流從頂蓋和主軸之間的縫隙滲入到軸承，破壞軸承的工作環(huán)境。因此，密封裝置的好壞是潤滑軸承工作飛一個十分重要的問題。
主軸密封在水導軸承的下面，水輪機頂蓋的上面。水輪機的主軸密封主要分為停機密封和工作密封。停機密封主要起到輔助主軸密封的作用，它主要在水輪機停機檢修過程中起到密封的作用。根據(jù)使用設備的不同，所采用的密封方式也各不相同，目前主軸的密封主要有機械式密封、空氣圍帶式密封和抬機式檢修密封三個類型。一般情況下水電站停機密封使用空氣圍帶式密封形式較多，能占到百分之七十五左右，空氣圍帶式密封主要的工作原理是在正常工作時，水輪機軸和圍帶排氣之間保持一定距離間隙；需要進行停機檢修時，會向水輪機軸和圍帶排氣的空隙中充入一定壓力的壓縮空氣，這時空氣圍帶的橡膠會出現(xiàn)膨脹現(xiàn)象，使水輪機軸密封抱緊，阻止水出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。在運行狀態(tài)下也存在密封，主要是橡膠活塞式密封。主要有移動橡膠環(huán)、轉(zhuǎn)動環(huán)和密封座環(huán)三部分組成。轉(zhuǎn)動環(huán)需要在水輪機軸上進行固定，使之與機組保持同步的轉(zhuǎn)動。密封座環(huán)需要固定在內(nèi)蓋法蘭的上面，一般情況下內(nèi)部為U型設計，在U 型環(huán)內(nèi)安放可移動的橡膠環(huán)，在橡膠環(huán)上每九十度鉆一個8毫米的圓孔，對稱兩個為銷子導向滑孔，確保橡膠環(huán)能沿著銷子進行上下兩個方向的運動。在圓周方向上不出現(xiàn)偏移現(xiàn)象。其余兩個為冷卻通水孔。座環(huán)U型底部進水孔的設計，從進入供水總管經(jīng)電磁閥和手閥控制引水到進水孔，可以操作移動橡膠環(huán)向上移動使橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動環(huán)接觸，密封水輪機的漏水。
三、水輪機的密封類型
為了減少機組運轉(zhuǎn)過程中的漏水量，在水輪機的運轉(zhuǎn)過程中主軸的密封起到十分重要的作用，按照密封結(jié)構(gòu)型式主要可分為軸向密封、徑向密封、組合式密封和非接觸式密封四種密封形式。軸向密封包含了水壓式端面密封、平板密封、靜壓自調(diào)等三種密封結(jié)構(gòu)型式。徑向密封細分的話，又可以分為剖環(huán)式和填料式兩種密封結(jié)構(gòu)，采用比較耐磨材料，在彈簧機械力作用下，沿徑向與套在主軸上的抗磨襯套形成徑向密封面，并用清潔水進行潤滑，該密封面是經(jīng)過接觸壓力和潤滑水來達到密封、止漏的作用。組合式密封可根據(jù)設備的類型和使用的地點進行選擇，在進行設計時要充分考慮組合的形式，以便能更好地達到密封的效果。一般情況下有水壓式端面密封+斜向密封、泵板密封+非接觸式間隙密封、梳齒+平板式主軸密封等組合形式，組合式密封方式由于結(jié)構(gòu)復雜在水輪機的密封過程使用的較少。
三、出現(xiàn)故障的原因分析及其處理措施
水輪機密封故障產(chǎn)生的原因是多種多樣的，應根據(jù)使用的設備不同進行重點分析。每一類型的設備都有自己專屬的設備特性，下面就以比較容易出現(xiàn)密封故障的原因進行簡要的分析和總結(jié)。
1、水輪機的參數(shù)
水輪機的設備參數(shù)對在運行過程中的密封有著至關重要的作用，因此，在出現(xiàn)密封故障時對設備的設計密封的原理進行分析，根據(jù)設計標準要求，橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動環(huán)之間的間隙為2毫米，安裝間隙為1.8毫米，橡膠環(huán)在安裝過程中必須要使用壓縮空氣進行吹氣試驗。出現(xiàn)密封故障后，對主軸的密封裝置進行拆卸檢修，拆卸后發(fā)現(xiàn)上、下密封橡膠平板上無褶皺現(xiàn)象的出現(xiàn)，切口部位沒有發(fā)現(xiàn)開裂情況，橡膠平板的密封面也沒有發(fā)現(xiàn)擦痕跡。通過對上下密封板及與其配合的橡膠密封板間的間隙進行詳細測量，測量結(jié)果表明上層平板之間密封間隙為2.5毫米，下層平板之間密封間隙2.4毫米，密封間隙超出間隙密封標準（設計標準為2毫米）。因此可以認為，上下密封板與密封橡膠板間的間隙不符合設計要求是引起主軸密封漏水的主要原因。
2、運行過程分析
通過對機組的運行情況進行分析，水輪機在停機后空氣圍帶投入，頂蓋水位恢復正常，通過此現(xiàn)象可判斷橡膠空氣圍帶能正常密封，由此可判斷故障點在橡膠平板密封，而引起橡膠平板密封漏水有三種的情況。
（一）、上下密封橡膠板安裝時切口方向錯誤
一般情況下上、下密封的橡膠板都是圓形的結(jié)構(gòu)，是使用過程中需要進行切割處理，在切口處因進行斜面處理，這樣能保證切口部位的粘合能力，使切口的斜面與機組的轉(zhuǎn)動方向一致，這樣能避免切口在使用過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。如果切口傾斜方向逆著機組轉(zhuǎn)動方向，機組運行過程中切口位置受力，會引起切口撕裂，達不到密封效果，造成主軸密封漏水。
（二）、上下密封板要和密封橡膠板之間有合適的縫隙，要符合設計的要求，一般情況下上下密封板和密封橡膠之間的間隙控制在2毫米以內(nèi)。如果上下密封板和橡膠板之間的間隙過大會出現(xiàn)主軸密封不嚴，產(chǎn)生漏水現(xiàn)象；如果上下密封板和橡膠密封板之間的間隙過小會產(chǎn)生一定的摩擦，造成密封設備的損壞，降低設備的使用壽命，隨著使用時間的延長會出現(xiàn)密封故障。
（三）、橡膠板存在褶皺現(xiàn)象
橡膠板固定螺孔位置裝有銅套，以保證安裝時橡膠板的平整度。如果安裝時銅套漏裝或安裝不符合規(guī)范，橡膠板存在褶皺現(xiàn)象，亦達不到密封作用，也會造成主軸密封漏水。
3、水輪機漏、排水影響
機組開機時，導水機構(gòu)導葉打開，水能主要作用于轉(zhuǎn)輪葉片做功旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)動部件轉(zhuǎn)輪和固定部件底環(huán)、頂蓋存在間隙，產(chǎn)生漏水。下部底環(huán)和轉(zhuǎn)輪的間隙漏水減壓排至尾水。上部頂蓋和轉(zhuǎn)輪的間隙漏水通過梳齒減壓，漏至轉(zhuǎn)輪上面，經(jīng)4個32排水孔排至尾水。計算水輪機上腔漏、排水面積，實際測量轉(zhuǎn)輪與頂蓋梳齒雙邊配合間隙為2毫米，內(nèi)梳齒直徑中心為800毫米。
1)水輪機轉(zhuǎn)輪上腔漏水面積：3．14×（4002-3982）=5012mm2。
2)水輪機轉(zhuǎn)輪上腔排水面積：4×3．14×162 =3215 mm2。。
3)分析：通過以上計算水輪機漏水面積大于4個32排水孔的排水面積，漏水不能全部排至尾水，在水輪機上腔減壓。機組負荷增加，導葉開度加大，水輪機上止漏環(huán)漏水處水壓增加，水輪機漏水量增大。該壓力水通過密封移動橡膠環(huán)的內(nèi)壁進入至橡膠環(huán)下腔和密封供水(密封供水為壓力0.3兆帕技術供水，通過供水手閥調(diào)整為0.07兆帕)串通，從而使密封的供水水壓隨導葉開度開大升高，形成橡膠環(huán)向上與轉(zhuǎn)動環(huán)擠壓力加大，封堵減小了密封潤滑、冷卻出水孔。
通過分析、計算，導致故障的原因一方面是水輪機漏水不能全部排走，在密封橡膠環(huán)下腔和密封供水疊加，水壓增大作用于橡膠環(huán)下腔。另一方面水壓波動使橡膠環(huán)與轉(zhuǎn)動環(huán)產(chǎn)生沖擊。兩方面因素導致橡膠環(huán)和轉(zhuǎn)動環(huán)擠壓力不均勻、增大，水不能進入。
四、結(jié)語
主軸的密封效果對水輪機的運行有著重要的影響，主軸密封也是水輪機最容易發(fā)生故障的部件，這就要求水電站的設備維修人員要掌握水輪機容易出現(xiàn)故障的原因，不斷對出現(xiàn)的故障進行經(jīng)驗總結(jié)，形成一套自己的維修方式進行設備的維護，減少由于水輪機的主軸密封問題造成的停產(chǎn)事故，提高設備的運行狀況，提高水電站的發(fā)電量，為水電站的發(fā)展貢獻力量。
參考文獻
[1]張英華 水輪機漏水的原因分析及采取的相關措施[J] 潤滑與密封 2012
[2]王天軍 水輪機密封形式的選擇和控制[J] 水電站機電技術 2011
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