试析水轮机主轴密封漏水原因及改造

【摘 要】根据某水电站水轮机主轴密封结构形式，针对该设备运行时漏水原因进行分析并提出改造方法。

【关键词】水轮机 主轴密封 运行漏水 改造

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）35-031-01

前言

某电站为引水式，地面厂房，总装机为2台×5MW，设计水头66m，立式混流式机组，年设计发电量为4500万KW/h

该电站机组型号为：

发电机 SF5000—10/2600

水轮机 HLD41—LJ—105型

额定功率5000KW

额定转速600r/min

额定电压6.3KV

功率因素0.8滞后

额定电流572A

设计水头为66.5M

该水轮发电机组由浙江省某水轮发电机厂制造，电站于2004年5月开工，2007年7月15日全部竣工，并网投产。

故障现象

该电站2台机组从2007年7月运行至2009年12月以来，由于机组处于低负荷运行，经过观察发现顶盖真空压力表为负值（-0.2MP），主轴密封漏水较小，当机组满负荷（5000KW）运行时，经过观察发现顶盖真空压力表为正值（+0.2MP），主轴密封漏水较大，由于原设计顶盖排水管的管径为Ф2.5寸水管，由于漏水较大，管子排水量不够，造成大量水排不尽，流入机组机坑内，只好用两台单相潜水泵排水，因有部分水排不尽，机组导水机构部分配件长期浸泡在水中，长期下来腐蚀性很大，严重影响设备完好率，同时也增加了运行人员的工作量。

原主轴密封设计原理

主轴密封位于水轮机顶盖上面，水导轴承下面，主轴密封分为两部分：1、检修密封，2、运行密封。

检修密封采用空气围带密封，当机组停机时，向空气围带充气，抱紧主轴没有间隙，水轮机室内水漏不上来。

运行密封采用橡胶0型圈密封，但与主轴之间有一定间隙，大约1.5～～～2.5mm左右。当机组运行时，水轮机在水的压力冲动下，转速较高，蜗壳内产生真空压力较大，正常压力为零，多余的水向下流动，由蜗壳内排水至尾水。但由于该机组满负荷运行时，蜗壳内产生真空压力较大（压力为正值），漏水较大，水轮机蜗壳内部分水向上排，无法全部向下排出，由于主轴密封采用了0型橡胶密封，与主轴有间隙，部分水沿主轴与密封环的间隙向上流出，顶盖的排水管排水量不够，造成多余的水流向机坑里，使水轮机导水机构长期浸泡在水里。

原因分析

公司技术人员及厂家设计人员通过对原设技图纸发现，转轮处没有开泄压孔，而且采用O型橡胶圈密封，主轴和密封圈之间有一定的间隙，主轴密封不严。

由于机组开机时，导水机构导叶打开，水能主要作用于转轮叶片做旋转功，转动部件转轮和固定部件底环、顶盖存在间隙，产生漏水，下部底环和转轮间隙漏水，通过迷宫环减压排到尾水，上部顶盖和转轮间隙漏水通过梳齿减少漏至转轮上面，由于转轮上面没有开泄压孔，同时顶盖排水水管尺寸小，无法满足排水需要，产生的真空压力较大，向上漏水，负荷增大，压力增大，漏水量就大。

由于设计排水管为Ф2.5寸水管，满足不了排水需求。

处理方法

通过检查分析找到原因，因此业主与厂家设计人员在一起经过研究决定将原来设计的0型橡胶主轴密封改为主轴密封橡胶活塞板式密封，同时在将转轮上开4个直径Ф32mm 的泄压孔。

改造后主轴密封工作原理：

运行密封为橡胶活塞板式密封，在机组运行、停机时减少漏水至水机室，由密封座环移动橡胶环板和转动环组成，转动环安装固定在水轮机轴上与机组同步转动，密封座环安装在顶盖内的法兰上，内部结构设计为U型，U型内安装移动橡胶环板，橡胶环板纵向开了六个直径为10mm的孔，对称有两个为销子导向滑孔，保持橡胶环沿销子上、下运动，在圆周方向不偏移，另外有四个为冷却水通水孔，座环U型底部设计了了两个进水孔，从技术供水的管经上安装一条Ф5cm的水管，经手阀打开水进入到进水孔，进水压力为0.5—1mpa ，使橡胶环板上部接触面、冷却不产生摩擦，延长橡胶环板的使用寿命。通过调节进水压力，使橡胶环板密封向上抬高，间隙为2～～3mm使橡胶板和转动板接触，密封水轮机主轴漏水。

B、同时在转轮上开四个直径为32mm泄压孔，机组转轮在水的冲力下转轮室内的水通过转轮上的泄压孔流下，从而减少了顶盖上的真空压力，使转轮室内的水不会向上漏，减少了顶盖排水量。

C、在原来Ф2.5寸水管的基础上增加到Ф3.0寸水管排水。

结束语

通过改造处理后，2012年5月10日1#机组带满负荷没有发现漏水现象，观察至今机组在停机、空载、负载状态下主轴密封没有漏水，而机组漏水在水机室内的水较少，密封工作正常，改造成功。