陳湘勻（yún）
（廣州蓄能水（shuǐ）電廠，廣州（zhōu）從化 510950）
摘 要：抽水蓄能機組具有高水頭、高轉速、大容量和較深淹沒深度等（děng）特點，因而決定了封堵其水輪機轉動部（bù）分和固定部（bù）分間隙漏水的主軸密封的高性能。本文介（jiè）紹德國Voith公司為廣州蓄（xù）能（néng）B廠設計的采用雙端（duān）麵機（jī）械密封型式的主軸密封的結（jié）構和工作原理，分析了8號機（jī）在試運行期間兩（liǎng）次主軸密封燒損的原因並（bìng）介紹相應的處理方法。
關鍵（jiàn）詞（cí）：抽水蓄能（néng）機組；主軸（zhóu）密封；潤滑水膜；內（nèi）環；外環
1
概述
廣州蓄能B廠裝設4台300MW可逆式抽水蓄能機組，其水（shuǐ）泵水輪機及其附屬設備由德國Voith公（gōng）司設計和製造。水泵水輪（lún）機（jī）為（wéi）立軸、單級（jí）、混流可逆式，設計水頭535m，額定轉速（sù）500r/min。因可逆式機組水泵工況的汽蝕係數比水輪機工況要大得多，由水泵工況汽蝕特性決定機（jī）組吸出高度-70m，為適應較深的機組淹沒深（shēn）度和較快（kuài）的密封表麵速度，采用雙端麵機械密封可靠地（dì）替代傳統密封，在功能、摩擦損失及（jí）耐久（jiǔ）性方麵均顯（xiǎn）示出較高的性能。
2 主軸密封結構和工作原理
主軸密封型式為彈簧複位式（shì）流體靜壓平衡徑向（xiàng）雙端（duān）麵機械密封，密封材料（liào）采用（yòng）合成耐磨樹（shù）脂。密封內/外直徑為1139/1279，內環（huán）尺寸25×15mm環形槽，外環尺寸20×15mm環形槽。供水取自引水壓力鋼管經減壓（yā）環（huán）管減壓，過濾器和水力旋（xuán）流器雙重過濾後由中Ø27mm不鏽鋼管接通到密封環，通過更換供水管路上Ø10.5mm節流片可調節主軸（zhóu）密封流量。主軸密封潤（rùn）滑水正（zhèng）常供水壓力1.1MPa，潤滑水流量7.2m3/h。
主軸密封緊（jǐn）靠水輪機主軸下法蘭端麵，在水導軸承下方由內頂（dǐng）蓋支撐，作用是有效的阻擋水流從大軸3與內頂蓋（gài）14之間的間隙上溢，控製機組旋轉部分和（hé）固定部分的漏（lòu）水量，防止水導軸承和頂蓋被淹。主軸密（mì）封由旋轉抗磨環、密封環插塊（kuài）、密封環、筒形彈簧、止動板、止（zhǐ）動環（huán）、支撐環、內頂蓋等構成。從其結構簡圖1我們可以說明其工作原理，旋轉抗（kàng）磨環1直接把合在大軸（zhóu）法蘭上與靜止密封環5相對（密封環插塊（kuài）2和密封環5由螺釘組合（hé）成（chéng）整體），潤滑冷卻水從密封環內腔流入內、外環與抗磨環之間的間隙，在內、外環與抗磨環之間建立一層水（shuǐ）膜（設計水膜厚度0.03-0.08mm），其作用相當於流體靜（jìng）水壓軸承將（jiāng）旋轉抗磨環與（yǔ）靜止密封環分開，使它（tā）們不發生直接磨擦從而減少磨損量（liàng），並帶走摩擦產生的熱量。流（liú）經內環的潤滑水將自流漫過密封上（shàng）部，通過Ø114mm排水管排至集水井（jǐng），流經外環的潤滑水與經頂蓋壓力釋放管來（lái）自尾水（shuǐ）管的尾水（shuǐ）相抵水輪機上迷宮環的（de）泄漏水經（jīng）頂蓋壓力釋放管排至尾水（shuǐ），由於主軸密封水壓（yā）稍高於尾水壓力（lì），起到封水作用。
圖1 Voith雙端麵機械（xiè）密封結構簡圖
主（zhǔ）軸密封設有溫度傳感器，潤滑水流量和壓力傳感器（qì），密（mì）封（fēng）磨損記錄指針，密封Z大可能磨損量（liàng）14mm，即由止動板7到止（zhǐ）動環11之（zhī）間的距離，實際密封磨損至剩餘2mm時必須更（gèng）換。
該主軸密封特點：①借助24個不鏽鋼（gāng）筒型彈簧使密封環緊壓（yā）在抗磨環上，所以在機組停機切斷潤滑供（gòng）水的情況下，密封仍可起到封水作用。②密封環軸向可動，因此可以方便地隨著靜（jìng）動環之間（jiān）的（de）軸向移動而動，避免事故抬（tái）機造成的損害，對尾水壓力脈（mò）動較大的水泵水輪機是極大的優點。③密封對過渡過程中軸係統的徑向振動沒（méi）有（yǒu）特別要求。即密（mì）封有較強的抗振性。④因Voith公司的這種主軸密封合成耐磨樹脂材料在損壞後，不會出現塊狀裂塊，經切削（xuē）加工密封可繼（jì）續使（shǐ）用。
3 主軸密封燒損經過與原因分析
3.1 次（cì）燒損經（jīng）過
8號機組投人試運行不久，在發（fā）電工況帶190MW負（fù）荷運行30分（fèn）鍾（zhōng）主（zhǔ）軸（zhóu）密封溫度即達到40℃，經1小時運行溫度（dù）居高不下，停機。做主（zhǔ）軸密封水壓試驗，在切斷主軸（zhóu）密（mì）封供水情況下，密封漏水量偏（piān）大。投入供水後密封環與抗磨環之間隔段出水，即一會漏水量大，一會漏水量小，初步判斷由於密封磨損量不一樣，以致密封麵呈波浪（làng）形，間隙大小不一，導致漏水量增大（dà）。當主軸密封供水流量為40%，壓力0.8MPa，密封環頂（dǐng）起量0.01mm，且不均勻；當流量（liàng）為60%，壓力0.82MPa，密封環頂起（qǐ）量0.02mm，判斷密封損壞。
拆出密封檢查，密封內環情況良好，但外環磨損0.35mm，且表麵有不同程度結碳，相應（yīng）抗磨環外環也磨損0.6mm並出現扭曲變形。更換密（mì）封環插（chā）塊和抗磨環，開機將轉速升至350rpm，密封工作正（zhèng）常，20分鍾（zhōng）後將轉速升至500rpm，密（mì）封供水壓力發生（shēng）0.3MPa波動，密封溫度很快升至35℃，即停機。
分析原因為主軸密封供水水力旋流器的排汙管連接（jiē）至密封外環腔，旋流（liú）器排汙（wū）從而使外（wài）環腔出現較大壓力波動，影響外環水的流動，造成外環水流（liú）量過小，引起發熱燒損密封。將旋流器排汙管改接至上迷宮環間隙測（cè）量孔，通過頂蓋（gài）釋放（fàng）管排至尾水，經處理後，主軸密封運行在31℃，溫度仍偏高，但可維（wéi）持正常運行。
3.2 第（dì）二次燒損經過
2個月後（hòu）8號機組抽水帶333MW負荷運行20分鍾（zhōng）密封溫度迅速上升至45℃，即停機。停機過程中溫度繼續上升Z高達53℃，現場檢查主軸密封壓力僅0.7MPa，頂蓋溫度約50℃，打開支撐環原水力旋（xuán）流器排汙口，主軸密（mì）封（fēng）外環腔流出熱水，水溫約50℃。
打開主軸密封供（gòng）水閥，測量主軸密封內環排水量，內環排水量占（zhàn）主軸密封供水量的（de）2/3，供水壓（yā）力在7abr-10bar之間波動（dòng）。進一步拆卸檢查（chá），主軸密封（fēng）內環情況良好，外環和旋轉抗磨環（huán）磨損嚴重（chóng），外環磨去0.35mm，抗磨環磨（mó）損（sǔn）3.06mm並扭曲變形（xíng），且在大軸與空氣圍帶之間有摩擦痕跡。
3.3 燒損原因分析及處（chù）理
次主軸密封燒損是由於水力旋流器的排汙管設計不合理，通過更改排汙口得到解決。第二次燒損原因是由於在機組運行中空氣圍帶與大軸的間（jiān）隙（安裝間隙2mm）發生變化，空氣圍帶損壞，水進入圍帶（dài），並（bìng）使之膨脹，抱緊大軸，阻塞主（zhǔ）軸密封（fēng）外環排水，影響外環水的流動，外環冷卻水流量變小，在這種情況下，密封外環與旋轉抗磨（mó）環之（zhī）間熱量（liàng）無法隨水流散發，水溫升高，潤滑水膜形成困難，造成密封外環幹摩擦，從而燒損主軸密封。
將密封環插塊燒損部分全部車削5mm，更換抗磨環（huán），拆（chāi）除空氣圍帶，並在支撐環上原排汙孔接管連通（tōng）至上迷宮環（huán）另一測量孔，增加密封外環腔排水。經處理後8號機組帶190MW負荷時主軸密封溫度Z高23℃，效果很好。
4 結束語
因Voith公司的這種主軸密封通常（cháng）都（dōu）是外環損壞，即使內環也同（tóng）時損壞，因密（mì）封麵不（bú）會出現塊（kuài）狀裂塊，密（mì）封仍可同樣（yàng）起到封水作用，不會引起尾水進入廠房，在這種情況下空氣圍帶設置的必要性值得商榷（què）。8號機主軸（zhóu）密封（fēng）上述（shù）兩次改進後，經過近一年的運行，密封磨損量僅0.5mm，密封溫度維持在（zài）23℃，密封漏水量僅3.0m3/h，封水（shuǐ）效果非常好。
來源：《水電（diàn）站機電技術》2001年03期
