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摘 要：傳統主軸密封磨損大、易冒煙、易漏水等問題長期困擾水電站的運行，我公司在設計過程中采用的無接觸主軸密封結構很好的解決了以上問題，經實際運行效果良好，本文就其結構特點、工作運行原理進行了探討。
關鍵詞：水輪機；主軸密封；無接觸密封；泵蓋板
1 前言
主軸部分的密封裝置分兩種，一種是在機組正常運行中防止機組漏水的主軸密封。如盤根、墊料式密封，單層或雙層橡膠密封，徑向或端面碳精塊（尼龍塊）密封，水泵密封等等。另一種密封是機組停機檢修軸承和軸承下部主軸密封時防止尾水往機坑內泄漏的檢修密封。水輪機主軸密封的作用是減少水輪機轉動部件與固定部件之間的漏水量。水輪機主軸密封的漏水問題，直接威脅著機組的安全運行，尤其是多泥沙河流上的水電站，往往由于泥沙磨損或流道堵塞等原因，造成主軸密封在短時間內因磨損嚴重而漏水，被迫停機檢修。許多電站在機組投產初期就多次發生主軸密封燒磨、冒煙、漏水的事故。有的電站由于主軸密封漏水，出現水淹水導、水淹廠房的事故，有的電站特別是渾水電站，機組投產初期工作密封效果很好，但運行不長時間，主軸密封就磨損，需要更換，因此在機組結構設計時，在密封形式選擇上應充分考慮，要結合電站的實際條件，要特別注意水頭和泥沙含量，如盤根密封在清水電站應用可以使用幾年，而多泥沙電站一個汛期就需更換，有的甚至過不了一個汛期就磨損壞，造成電站汛期停機，影響電站的經濟效益。為此，制造、安裝和運行等單位對主軸密封的結構型式進行了長時間、多方面的試驗改進，以期找到一種適用于多泥沙河流上水電站水輪機主軸密封的結構型式。而我們要探討的就是近年來在水電機組中應用效果較好的一種工作密封形式――無接觸密封。本文就將其工作原理、結構特點和使用注意事項做以下介紹。
2 結構特點
在臥式、立式高水頭高轉速機組上我廠采用了無接觸式的主軸密封，此種密封對水質要求相對較低、不易磨損、漏水量少，通過旋轉件和固定件之間形成很小的曲折間隙來實現密封。現在，此種結構在多個電站已得到應用，受到了業主的好評。
圖1所示結構即為在混流臥式機組中應用的無接觸主軸密封結構，通過轉動環與靜止環間形成的多道封水間隙達到密封的效果，主軸密封工作時，主軸密封的靜止部分與轉動部分不接觸，所以主軸密封不產生磨損，這樣密封有極長的壽命。對少量漏水經擋水環作用，漏至下方，經排水管排至集水井，達到防止漏水從軸向漏出的目的。
圖2所示結構即為在混流立式機組中應用的無接觸主軸密封結構，其工作原理是在在水輪機轉輪頂部設有泵板裝置，由于泵板的吸出作用，主軸法蘭始終處于大氣之中，軸與軸封間不接觸并只有一層空氣，該密封有極長的壽命。該主軸密封為不接觸迷宮型，由緊靠著軸上的轉動套、密封箱和主軸密封排水管等部件組成。在水輪機正常運行情況下，整個負荷范圍內密封盒上無水壓。轉輪上的泵板隨轉輪一起旋轉防止水和固體進入主軸密封，同時泵板排水管防止沙或固體物質積在水機頂蓋下，并將透過上止漏環的少量漏水通過泵板排水管排至尾水。在起動和關閉速度降低情況下。水壓可能達到軸封，此時由于迷宮環狀密封箱的擴散作用使漏水壓力大幅度下降，同時位于每個迷宮環之間的主軸密封排水管可有效地防止水漏在封密箱上，并將滲漏水排至電站集水井。該種新型密封已逐步被推廣，在多個電站中被應用，且運行效果較好。
3 混流立式機組無接觸主軸密封運行原理
3.1水輪機正常工作時
密封轉動并完全干燥，由于有泵裝置，在額定轉速情況下，整個負荷范圍內密封環上無水壓。
3.2低于額定轉速連續運行
在起動和關閉速度降低情況下，水壓可能達到軸封，密封在短期內象迷宮環密封那樣工作，位于每個迷宮環之間的虹吸型排水管可有效防止水漏在密封環上，排水管通至電站集水井，對于不淹沒式的機組，排水管直接引至尾水。
3.3靜止狀態下
在靜止狀態下，可脹大的檢修密封可防止水漏過密封環，如果這個密封失敗的話，其漏水不會很大，因為密封箱會象一個迷宮環那樣工作，起到密封的效果。
3.4減壓系統
在轉輪上冠設計一道或二道梳齒密封，可以有效減少轉輪和頂蓋之間的水壓值，轉輪密封的密封水通過排水管排出，轉輪和頂蓋之間的水壓值由排水管中的水壓決定。由于隨著機組運行，密封的磨損會導致密封水流量的增加，所以設計排水管的尺寸應足夠大。頂蓋排水管內的水排至尾水或冷卻水系統，管路上的彎頭應盡量少，不設閘閥或節流閥以免誤動作而使排水管不暢通。當密封水被用作冷卻水時，排水管通向冷卻水箱，水位通過溢流或其它方式進行控制。冷卻水系統的布置與設計廠家協商決定，因為進行軸密封系統設計和水推力負荷計算時必須考慮到排水系統中的壓力水平。
3.5空氣系統
為了在部分負載和過載情況下穩定運行，減少尾水管中的壓力脈動，有必要向尾水管中心補充空氣，因為轉輪上的泵裝置會使主軸法蘭上方與密封下方空間內無水，空氣可由裝在頂蓋上的空氣閥、補氣管通過轉輪進入尾水管。當尾水管中空氣壓力小于外界大氣壓時需要充空氣。空氣將自動被充入尾水管，空氣需要量可由在此系統中的一個固定小孔來調節，無需壓縮空氣或自動調節裝置。
4 無接觸密封的運行維護
由于這種無接觸密封系統在運行中沒有磨損部分，所以不存在定期替換易損件的問題，這樣不僅運行維護方便，而且密封的壽命也不會因此而受到限制。但在運行時必須定期檢查頂蓋壓力和密封水流量（如果流量計是裝于排管上的），要測量主軸與軸套之間的間隙，必須指出的是，當出現頂蓋壓力上升或密封水流量增加的情況，可能是由于轉輪密封磨損引起，這不表明軸封系統中有磨損。
5 結束語
總之，本文介紹的這種無接觸密封避免了其它形式的主軸密封出現的諸多問題，具有無需清潔潤滑水、使用壽命長、運行維護方便等特點，可以有效地防止泥沙對頂蓋和主軸密封的腐蝕。
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