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摘 要: 針對(duì)水輪機(jī)主軸密封漏水事故問(wèn)題? 以水電站５ 號(hào)和６ 號(hào)機(jī)混流式機(jī)組為例進(jìn)行了事故原因分析? 研究了事故的主因、 對(duì)策、 目標(biāo)及措施? 提出了保持潤(rùn)滑水壓的穩(wěn)定性、 保持彈簧受力均衡和掌握主軸密封的安裝工藝的解決措施及方案? 整改后? 經(jīng)過(guò)最后的充水試驗(yàn)和開(kāi)機(jī)運(yùn)行? 密封條與滑環(huán)之間的接觸面良好? 機(jī)組停機(jī)時(shí)? 主軸密封基本無(wú)漏水? 該事故原因分析與對(duì)策對(duì)于減少水輪機(jī)主軸密封漏水事故具有積極意義?
１? 概述
水電站的實(shí)際工作中? 水輪機(jī)的主軸密封處于非常重要的位置? 是水輪機(jī)關(guān)鍵部件之一? 能影響水輪發(fā)電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)? 好的密封方式可使水輪發(fā)電機(jī)處于較穩(wěn)定、 可靠的狀態(tài)?
目前? 大中型水電站要求水輪發(fā)電機(jī)組運(yùn)行工況能夠集中監(jiān)控? 重要運(yùn)行參數(shù)可進(jìn)行巡回檢測(cè)? 做到無(wú)人值班、 少人值守和遠(yuǎn)方監(jiān)控[１] ? 水輪機(jī)主軸密封要求能夠長(zhǎng)期、 安全、 可靠工作? 主軸密封的檢修更換周期至少能保證一個(gè)大修期? 水輪機(jī)主軸密封要求能夠?qū)崿F(xiàn)自補(bǔ)償調(diào)節(jié)或無(wú)需調(diào)節(jié)? 要求水輪機(jī)主軸密封的工作狀態(tài)可通過(guò)傳感器件進(jìn)行檢測(cè)[２] ?
水輪機(jī)是一種能量轉(zhuǎn)化機(jī)器? 其動(dòng)力來(lái)源于水?由于我國(guó)的地勢(shì)特點(diǎn)以及河流特點(diǎn)? 河流中的泥沙較多? 尤其是在雨季? 較多的泥沙會(huì)給傳統(tǒng)的密封方式帶來(lái)破壞? 很多密封方式在使用一段時(shí)間之后會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損? 從而影響正常的使用? 開(kāi)始出現(xiàn)漏水的現(xiàn)象?
水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪止漏環(huán)會(huì)產(chǎn)生漏水? 這些漏水會(huì)沿著主軸與固定部件之間的間隙進(jìn)入機(jī)坑? 妨礙其他設(shè)備的正常運(yùn)行? 因此必須在主軸上設(shè)置止漏密封裝置?簡(jiǎn)稱主軸密封? 主軸密封的主要作用就是為了減小固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的間隙漏水[３] ? 由于固定部件與轉(zhuǎn)動(dòng)部件之間的間隙較大、 轉(zhuǎn)速較高、 水壓較大?所以間隙漏水很大?
在機(jī)組的運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中? 經(jīng)常出現(xiàn)主軸密封漏水頻繁、 量大的現(xiàn)象? 水輪機(jī)主軸密封漏水大: 影響機(jī)組安全運(yùn)行? 頂蓋潛水泵持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致過(guò)載損壞? 漏水較大需加裝多臺(tái)臨時(shí)潛水泵? 滲漏集水井水位快速上升? 嚴(yán)重時(shí)水淹廠房[４] ? 因此? 主軸密封效果的好壞直接影響機(jī)組能否安全運(yùn)行[５] ?
２? 水輪機(jī)組成及工作原理
水輪發(fā)電機(jī)是指以水輪機(jī)為原動(dòng)機(jī)將水能轉(zhuǎn)化為電能的發(fā)電機(jī)? 水流經(jīng)過(guò)水輪機(jī)時(shí)? 將水能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能? 水輪機(jī)的轉(zhuǎn)軸又帶動(dòng)發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)子? 將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能而輸出? 水輪機(jī)是水電站生產(chǎn)電能的主要?jiǎng)恿υO(shè)備?
某水電站位于黃河北干流上段? 安裝有 ６ 臺(tái)立式混流式水輪發(fā)電機(jī)組? 單機(jī)容量為 １８０ ＭＷ? 其中 ５ 號(hào)、 ６ 號(hào)機(jī)組的水輪機(jī)由上海希科生產(chǎn)( 簡(jiǎn)稱: 希科) ?水輪機(jī)型號(hào)為 ＨＬＳ２１７—ＬＪ—５８５? 額定轉(zhuǎn)速為１００ ｒ / ｍｉｎ?主要由引水部件( 蝸殼) ? 導(dǎo)水部件( 導(dǎo)葉、 頂蓋、 底環(huán)、 導(dǎo)葉臂、 連桿、 控制環(huán)、 接力器等) ? 工作部件( 轉(zhuǎn)輪) ? 泄水部件( 尾水管) 組成? 水輪機(jī)結(jié)構(gòu)橫剖面示意如圖１ 所示?
為了解決旋轉(zhuǎn)間隙漏水? 在密封面之間加裝耐磨密封條? 并通過(guò)壓縮的彈簧持續(xù)補(bǔ)償密封條與滑環(huán)之間的磨損量? 達(dá)到最佳的止水效果? 即主軸密封的工作原理? 而潤(rùn)滑水主要起潤(rùn)滑的作用?
３? 主軸密封結(jié)構(gòu)及漏水事故原因分析
水輪機(jī)主軸密封是水輪機(jī)的一項(xiàng)重要保護(hù)? 安裝在水導(dǎo)軸承的下面? 能夠有效阻擋水流從主軸與頂蓋之間間隙上溢到機(jī)坑內(nèi)? 能夠防止水輪機(jī)導(dǎo)軸承及頂蓋被淹? 能夠維持軸承和機(jī)組的正常運(yùn)行? 主軸密封結(jié)構(gòu)示意如圖２ 所示? ５ 號(hào)、 ６ 號(hào)水輪機(jī)主軸密封漏水統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表１ 所示?
其中? ５ 號(hào)水輪機(jī)主軸密封２ 次嚴(yán)重漏水情況為: ２０１６ 年８ 月大修完? 投運(yùn)僅僅 １ 個(gè)月的時(shí)間? 就發(fā)現(xiàn)主軸密封沿圓周噴水? 且漏水量較大? 為了盡快解決漏水問(wèn)題? 于２０１６ 年１２ 月２４ 日檢修人員對(duì)主軸密封進(jìn)行了漏水處理? 處理后投運(yùn) １ 個(gè)月的時(shí)間? ２０１７ 年
１ 月１９ 日再次發(fā)現(xiàn)主軸密封漏水加大?
在機(jī)組的日常維護(hù)中遇見(jiàn)較多的就是更換密封條?而５ 號(hào)和６ 號(hào)水輪機(jī)主軸密封的此次漏水頻繁且量大?如不采取緊急措施? 有可能發(fā)生水淹廠房的事故?
主軸密封之所以漏水? 是與相關(guān)的水源有密切的聯(lián)系? 其水源主要來(lái)自以下兩方面: ① 旋轉(zhuǎn)部件與固定部件之間的間隙( 水輪機(jī)大軸與頂蓋之間的間隙) 漏水? ② 主軸密封潤(rùn)滑水源? 如何合理利用水源成為解決主軸密封漏水的關(guān)鍵所在? 本文參考了一些標(biāo)準(zhǔn)?進(jìn)行原因分析與對(duì)策研究[６ － １２] ?
３ １ 漏水原因可能性分析
原因一是螺栓強(qiáng)度偏低: 在以往機(jī)組小修的過(guò)程中以及設(shè)備臺(tái)帳的記錄中? 都有不同程度的螺栓松動(dòng)、銹蝕、 斷裂? 導(dǎo)致主軸密封漏水? 通常的做法是: 緊固螺栓、 除銹、 更換? 由此可知? 螺栓強(qiáng)度偏低不是主要原因?
原因二是潤(rùn)滑水壓不穩(wěn)定: 為了在密封條與滑環(huán)之間的結(jié)合面上形成均勻的水薄膜? 達(dá)到止水與潤(rùn)滑的作用? 主軸密封的潤(rùn)滑水壓就顯得尤為重要? 如果出現(xiàn)水壓過(guò)低、 潤(rùn)滑水管淤堵導(dǎo)致流量減小、 密封條與滑環(huán)的供水孔不一致、 潤(rùn)滑水管接頭漏水等都會(huì)使密封環(huán)抬升高度不夠? 在壓簧的作用力下? 加速密封條的磨損? 最終導(dǎo)致主軸密封漏水? 為此? 潤(rùn)滑水壓不穩(wěn)定是主要原因?
原因三是“ Ｏ” 型密封條材質(zhì)較差: 根據(jù)主軸密封漏水故障處理的臺(tái)帳記錄? 凡是遇到主軸密封分解檢查? 都會(huì)發(fā)現(xiàn)相關(guān)的密封條已硬化? 需要更換? 因此?選擇彈性恢復(fù)力良好的密封條是解決問(wèn)題的關(guān)鍵? 所以“ Ｏ” 型密封條材質(zhì)較差不是主要原因?
原因四是彈簧預(yù)緊力不一致: 處理主軸密封漏水的過(guò)程中? 發(fā)現(xiàn)壓簧螺堵要么絲扣全部旋入底部? 要么壓簧螺堵至密封環(huán)水平面的高度差次不齊? 依據(jù)規(guī)程規(guī)定新安裝的密封條? 壓簧螺堵的絲扣是不能全部旋入底部? 因?yàn)樗畨号c壓簧的預(yù)緊力只有在匹配一致的情況下? 才能達(dá)到良好的止水效果? 而壓簧螺堵至密封環(huán)水平面的高度要依據(jù)彈簧的有效長(zhǎng)度決定? 使其密封條受壓均衡? 達(dá)到止水與潤(rùn)滑的作用? 因此?解決壓簧的預(yù)緊力是處理主軸密封漏水的關(guān)鍵? 彈簧預(yù)緊力不一致是主要原因?
原因五是安裝工藝不熟悉: 在以往的主軸密封漏
水故障處理過(guò)程中? 檢修人員大多數(shù)側(cè)重于表面缺陷?對(duì)于拆前、 拆后的數(shù)據(jù)測(cè)量要么沒(méi)有、 要么漏測(cè)、 要么缺乏數(shù)據(jù)分析查找具體原因? 然而? 在安裝工藝中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的就是數(shù)據(jù)? 而數(shù)據(jù)則能直觀的反映檢修質(zhì)量的優(yōu)劣? 因此? 安裝工藝不熟悉是主要原因?
３ ２ 主因、 對(duì)策、 目標(biāo)及措施
針對(duì)以上主因? 制定了相應(yīng)的措施? 主因、 對(duì)策、目標(biāo)及措施見(jiàn)表２ 所示?
４? 處理措施及應(yīng)用效果
依據(jù)主因? 采取如下解決方案?
４ １?? 保持潤(rùn)滑水壓的穩(wěn)定性
１) 潤(rùn)滑水管的接頭長(zhǎng)時(shí)間浸泡在水中? 加上機(jī)組的振動(dòng)? 是很容易出現(xiàn)松動(dòng)、 銹蝕、 破裂? 導(dǎo)致漏水?為此? 更換了具有強(qiáng)度高、 耐腐蝕的不銹鋼接頭?
２) 由于水質(zhì)中的泥沙、 雜質(zhì)的多少? 具有不定性? 經(jīng)常導(dǎo)致潤(rùn)滑水管路淤堵? 然而控制潤(rùn)滑水壓的漩流器管徑更小? 淤堵將直接導(dǎo)致: 水壓偏小? 密封條磨損加速? 導(dǎo)致主軸密封漏水? 為此制定了定期的清淤?
３) 充水試驗(yàn)檢查密封環(huán)抬升高度的過(guò)程中? 發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑水壓低或流量不足? 密封環(huán)的抬升高度為 ０? 在彈簧受力均衡的情況下? 是不允許的? 經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)?確定主軸密封的潤(rùn)滑水壓在 ０ ６ ＭＰａ 時(shí)? 密封環(huán)的抬升高度合適( ０ １０ ~ ０ ０５ ｍｍ) ? 所測(cè)數(shù)據(jù)滿足規(guī)程要求?
４ ２?? 保持彈簧受力均衡
１) 測(cè)量彈簧的自由高度?
２) 測(cè)量每個(gè)彈簧的安裝孔高?
３) 充水試驗(yàn)? 測(cè)量密封環(huán)的抬升高度值? 確定每
由上述數(shù)據(jù)可知? 已解決彈簧預(yù)緊力不一致的問(wèn)題?
４ ３?? 掌握主軸密封的安裝工藝
１) 熟知主軸密封的安裝工藝要求?
２) 重點(diǎn)處理、 檢測(cè): ① 滑環(huán)與大軸的接觸面是否１００％ 的接觸? ② 滑環(huán)組合縫的間隙是否在 ０ ０３ ｍｍ 以內(nèi)? 超過(guò)０ ２０ ｍｍ 需要重新加工滑環(huán)? ③ 滑環(huán)與密封條之間的接觸面是否確保了 ２ / ３ 以上的密封面完全接觸? 并且面接觸的間隙大于 ０ １ ｍｍ 視為不合格? 需要進(jìn)行重新加工? ④ 測(cè)量每個(gè)壓簧的自由高度? 每個(gè)壓簧的壓縮長(zhǎng)度一樣? 以提高密封條與滑環(huán)的接觸面積?
經(jīng)過(guò)實(shí)施? 密封條與滑環(huán)之間的間隙? 檢修前后如圖 ５ ~ ６ 所示? 滑環(huán)的水平度? 檢修前后如圖 ７ ~ ８ 所示?
個(gè)彈簧的壓縮長(zhǎng)度?
經(jīng)過(guò)實(shí)施? 支撐環(huán)水平面至密封環(huán)頂部的高度?檢修前后如圖３ ~ ４ 所示?
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