水电站机组主轴密封装置运行磨损问题及对策

韦家鹏

摘要：磨损问题是水电站机组主轴密封装置的常见问题，会对设备造成损害。本文从密封装置的设计、安全以及运行等方面进行分析，探讨磨损形成的原因以及造成的损害，并且对该磨损问题提出了相应的对策。

关键词：水电站;主轴密封;运行磨损

引言

水电站是我国重要的电站模式，在水电站运行过程中，存在着主轴密封不稳定、运行磨损较大的问题。主轴密封装置是水电站机组的核心保护装置，其稳定性对整个水电站运行造成影响。但是在运行过程中，容易发生水淹轴承等问题。选择合适的主轴密封装置，能够保障水轮机的稳定运行。从主轴密封装置的运行情况来看，运行磨损是其运行过程中的常见问题，影响使用安全和使用寿命。因此需要针对主轴密封装置的运行磨损进行分析，提出解决措施，以确保水电站机组安全。

1 主轴密封装置分析

1.1 主轴密封装置的工作过程

在水电站机组的工作过程中，水流顺着固定部件以及主轴转动部件进入灯泡机舱内，然后深入到达水导轴承。在运行的过程中，为了防止水流进入机舱内部，需要合理设置主轴密封装置。从水轮发电机机组的运行情况来看，可以将主轴密封装置分为停机态密封和运行状态密封两种密封状态。

1.2 主轴密封装置的结构

水电站机组的主轴密封装置结构主要是由密封环、密封环支架、密封座、滑环、压紧弹簧等结构构成的。在水电站机组的运行过程中，主轴密封装置能够起到有效的密封作用。主轴密封装置的密封环为纤维橡胶，由螺栓固定于支架上;滑环为不锈钢材料，在滑环的密封面上喷涂上一层陶瓷，能够起到抗磨损的所用。在工作状态下，水源连续供水，弹簧能够将密封面压紧密封，从而起到密封的作用。密封装置的供水设备不仅能够持续供水，避免主轴密封干磨损，还可以起到冷却和润滑的作用。在水电站机组的运行状态情况下，由主轴密封装置灌入压缩空气进入围带，围带橡皮膨胀，有效的填充于主轴密封装置中的密封环支架和滑环之间。在启动密封之后，排出围带内空气，起到密封效果。

1.3 水电站机组主轴密封运行分析

本文所研究的水电站所处的地区河砂情况相对严重，因此存在着水电站密封组件容易磨损，影响密封装置的密封性能等问题。为了减少运行磨损，水电机组在密封装置进口处设置迷宫环分半结构的赛斯德尔密封圈。密封圈与主轴法兰面的移动支架相连接，能够有效地阻止泥沙进入，从而改善运行情况。将主轴装置的密封固定部分把合在导流锥体上，并且组成完整的密封体系，能够形成反压，以阻止外界河水中的泥沙进入密封装置内。如果在运行过程中，密封装置的橡胶平板发生磨损，可以调节螺钉以控制器松紧度，从而确保控制器密封作用。

2 主轴密封装置运行检修情况分析

本文所研究的水电站机组，在开机运行半年内，就出现两个机组主轴密封装置密封不紧密，漏水现象严重。为了改善漏水情况，在主轴装设特质橡胶圈，情况有所好转。但是在2个月后，又再次出现漏水的问题，导致停机检修。

对机组的漏水情况进行分析，发现下面问题：（1）主轴密封装置的橡胶平板磨损严重，从主轴密封装置的橡胶平板和抗磨环来看，橡胶平板的磨损十分严重，基本上达不到密封的效果，而且其工作的部位基本已经全部磨损;（2）密封装置的抗泥沙密封圈和转动支架接触部位磨损，从接触部位来看，出现了严重磨损后的沟槽，泥沙对接触部位的磨损十分严重，造成抗泥沙密封圈的磨损变形。

3 主轴密封装置磨损原因分析

结合主轴密封装置的结构以及磨损情况，通常主轴密封装置的磨损会分为多种情况。如果是金属部件引发的磨损，会导致冒烟、发热等情况，但是在实际运行过程中，主要是密封材料磨损，金属部件不易损坏。结合主轴密封装置的运行情况和特点，分析其磨损的原因如下。

3.1 泥沙入侵

对机组主轴密封部件的磨损痕迹以及运行监控来看，机组内部并没有发生金属部件的磨损，也没有出现供水不足引发的干磨等情况。对磨损的情况来看，没有金属磨损的痕迹，磨损部位也没有出现发热冒烟等情况，因此可知主要发生干性摩擦，而不是金属部件磨损。对发电机组进行检查，发现主轴密封下面有大量的泥沙，可知主要是由于泥沙入侵密封部件，从而造成了密封部件的磨损。

结合主轴密封部件磨损和泥沙的情况可知，引发泥沙入侵的情况主要有下面几种：（1）主轴密封腔水室内没有形成清洁密封水压，而且主轴密封供水单元的过滤功能不全，在控制单元总管上只有一个压力表，没有其他的压力监测点，导致运行过程没有形成有效的密封水压，在外界泥沙等作用下，供水管道将会发生堵塞，从而导致主轴密封润滑水压过低，引发泥沙磨损，尤其在水电站所处的汛期，泥沙磨损会更加严重;（2）机组启动与监控系统存在缺陷，在停机检修过程中，对机组的启动和运行情况进行分析，研究显示在开机过程中，需要经过10s之后才能开启主轴密封供水;而在停机过程中，主轴密封供水停止后2min才能关闭空气围带密封;导致每次在开停机的过程中，清洁密封水中断，含有泥沙的河水在静压力的作用下进入密封系统，长期積累引发密封系统的密封磨损。

从主轴密封装置的磨损来看，机组运行时，带有大量泥沙的流道水进入体系内。河道水在轮转体的间隙中通过，泥沙进入纤维编织盘根，并且与转动支架形成磨损。当密封系统内的清洁水压过低，达不到预定值时，将会导致泥沙侵入转动支架接触面，逐渐对密封系统其他部件造成污染。长此以往，将会形成恶性循环，泥沙对平板橡胶和抗磨环形成磨损，最终造成严重的磨损情况，影响其密封效果。

3.2 设计安装不合理

本文所研究的水电站机组的主轴密封是针对泥沙较多的地区推出的结构，密封工作面有所增强，但是没有联轴螺栓保护罩。在运行的过程中，由于转动支架悬空，影响了法兰面的结构强度，并且出现主轴和转动支架安装不同心、转动支架与固定支架安装不同心的情况。在转动过程中，支架摆度过大，导致机组螺栓受力超出限度，影响了整体的密封效果。

在对漏水的机组进行检查的过程中，发现转动支架把合螺栓受力超出限制，其变形严重。由于把合螺栓部分断裂，从而造成法兰面松脱，严重影响主轴密封的密封功能，引发大量漏水。究其原因，在于主轴密封的设计与安装不合理，出现疲劳损伤而造成部件断裂，引发漏水。

3.3 运行情况

在主轴密封装置运行过程中，由于人员调整失误，导致供水系统异常，引发供水不足。在长期运行过程中，由于机组振动和摆度超标，导致摆动幅度过大，最终引发密封装置受损。

4 主轴密封装置运行磨损对策

针对主轴密封装置的运行磨损，采取以下方式解决相应的问题，确保密封装置稳定运行。

4.1 优化密封装置

针对当前的密封装置，更换为耐磨性更强、寿命更长的材质。首先，为了减轻密封圈对转动支架的磨损，选择GFO纤维编织盘根进行密封;其次，为了避免转动支架结构受力变形，在转动支架内侧增加法兰面，从而提升其强度，优化法兰面和移动支架;更换并且安装新的密封材料，做好安装质量管理，确保装配效果。

4.2 优化监控系统

为了更好地控制泥沙进入密封系统，对监控系统的启动和停机步骤进行优化。为了避免启动存在的低压情况，选择先开启主轴密封供水，然后开启空气围带密封，从而避免发生密封供水水压过低的情况。同时在主轴密封供水管路增加控制调节阀，对密封腔内的水压进行精准调控。

4.3 加强日常检修维护

针对机组的主轴密封情况，需要加强日常检修与维护管理。定期开展检修管理，对主轴密封功能进行检查，并且对螺栓、弹簧等部件进行合理调整。运行过程中，严格控制主轴密封漏水量，选择管道排放泄漏量。如果漏水量过大，需要加强管理。

4.4 改造后效果分析

仅供优化处理后的机组，主轴密封运行情况良好。在其他机组也发生漏水情况之后，开展停机检修。结果显示主要是装置设计与安装不合理、泥沙磨损等情况。通过优化设计、更换磨损部件、优化管理方式，最终机组恢复正常，漏水情况得到改善。半年后机组依然稳定运行，密封装置运行良好，取得了較好的经济效益。

5 结语

主轴机组密封装置是水电站的重要设备，对于内部运行具有重要的意义。针对密封装置磨损的问题，需要通过系统性的问题分析，划分风险因素，并且结合以往的经验和实际情况，采取有效的方式进行控制。同时要加强教育培训，形成全员质量管理的氛围，及时处理相关的问题。通过优化设备设计、优化安全流程与管理流程，以降低磨损风险，避免同类问题发生。

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