侯遠航　錢冰　向虹光
（國電大渡河（hé）公司流域檢修安裝（zhuāng）分公司，四川 樂山　614900）

　　摘　要：針對軸（zhóu）流轉槳式水輪發電機組受油器銅瓦易磨損、漏油偏大、使用壽命短的問題，經對局部結（jié）構密封進行改進，不僅提高了密封性能，也延長了銅瓦使用壽命，保障了機（jī）組（zǔ）安全穩定運行。 
　　關鍵詞：銅街子電站；受油器；齒形密封  
　　一、概述
　　銅街子水電（diàn）站機組為軸流轉（zhuǎn）漿式結構，在機組Z上端（duān）設計有采用浮動瓦密封結構的受油器。該（gāi）電站於上世紀（jì）八十年代設計（jì）和投（tóu）產，浮動瓦結構受油器經多年運行後逐漸暴露出一些弊（bì）端。受油器是利用銅環和操作油（yóu）管間的油膜及油壓進行密封，對操作油（yóu）管的擺度要求高。浮動瓦采用銅環迷宮結構，與操（cāo）作油管的配合間隙在0.15~0.25mm之（zhī）間，對銅環的加工要求高。銅環在運行過（guò）程極易（yì）因為機組工況變化（huà）造成磨損，導致受油器甩油、竄油、壓油泵啟動頻繁。這種（zhǒng）老式結構已經不能適（shì）應現在水電廠長時（shí）間穩定運行的要求，因此采用新型密封對原結構進行改進。 
　　二、受油器（qì）結構及運行工況分（fèn）析
　　受油器按照結構分為固定（dìng）部分（fèn）和旋轉部（bù）分，固定部分包含（hán）支（zhī）架和浮動瓦。受油器結構如圖1所示，其中浮動瓦的作用一方麵是對操作油管的運行起密封作用，防止高壓油外泄；另（lìng）一方麵是對轉動中操作油管的開、關腔壓力油進行隔離密封，防止兩腔高壓油互竄。旋轉部分包含操作油管，在（zài）機組運行時進行往（wǎng）複運動和旋轉運動。

　　三、密封（fēng）選型分析 （一）旋轉軸密封 
　　旋轉軸的密封以（yǐ）前常采用填料密封，現多采（cǎi）用油封（fēng）和（hé）機（jī）械密封。但油封不能承受（shòu）高壓（一般國產耐壓型（xíng）油封Z高工作壓力不超過3MPa），且工作條件受到嚴格限製（zhì）；機械（xiè）密封雖（suī）可（kě）承受（shòu）高壓至40MPa，但（dàn）結構複雜，一次性投入大，對工（gōng）況及安裝要求高，一般應用於石油化工等領域。 
　　（二）改進要求

　　為保證改（gǎi）進能及時有效進行，我們對受油器浮動（dòng）瓦密封結構不（bú）進行大的改變，隻是增加旋轉密封減少受（shòu）油器的漏油，對受油器銅（tóng）瓦（wǎ）密封起補充作用，保證不會（huì）對機組（zǔ）的安全運行有任何不利影響。 
　　（三）密封選（xuǎn）擇 
　　隨著現代機械設備逐步向高壓、高溫、高速發展，對（duì）密封（fēng）件要求也越來越高。齒形滑環式組合密封（以下簡稱（chēng）齒形密封）正是為適應這些要（yào）求而研製開發的新型旋（xuán）轉軸密封件。 
　　齒形密封有以下（xià）特點：高壽命、低摩擦、無（wú）泄漏（lòu）以（yǐ）及結構簡單適應性強等。 
　　齒形密封應用案例：1.應用於沈陽某軍工廠（chǎng）一出口車間產品上，介質為高滲透易燃易爆氣體（tǐ）——氫氣，無油潤滑。原密（mì）封為常規橡膠密封（fēng）製品，每運轉半小時必須停下來冷（lěng）卻。采用齒形密封後（hòu），連（lián）續運轉不停歇，且壽（shòu）命較原密封提高近20倍；2.應（yīng）用（yòng）於（yú）徐工集團亞洲Z大的KHU2000型鑽機密封，旋轉軸徑為Ø530mm、Ø500mm，工作介質為（wéi）水（shuǐ）、泥沙混合物，旋轉速度近5m/s。在設計選型時，該公司曾谘詢了德國某跨（kuà）國密封公司等外國公司，後決定（dìng）選用齒形密封，現處於良好的運行（háng）中，並（bìng）已推廣應用至其他係列；3.承（chéng）德石油配件廠生產的石（shí）油鑽井用平板（bǎn）閥，工作壓力為70 MPa。原用美國原裝進口密封，但摩擦力大、壽（shòu）命短（duǎn）。采（cǎi）用齒形密封後，很（hěn）好地解決（jué）了上述問題；4.用於常州三環生物工程有限公司SFM30、SFM50、SFM100、SFM200生物反應釜上，該產品為高速、高溫且要求無汙染長壽命（mìng），采用齒形（xíng）密封後解決了原用機械密封結構複雜、調（diào）整（zhěng）不便以及壽命短的問題，並降低了成本；5.徐州（zhōu）礦務局二機（jī）廠生產的HZS75型混凝土攪（jiǎo）拌站，介質為極其惡劣的水泥泥漿，采用齒形密封後壽命提高了近8倍等。 
　　（四）齒形滑環式組合密（mì）封的結構（gòu）及原（yuán）理

　　1.結構
　　齒形密封由一個密封唇像（xiàng）齒形的增強PTFE滑環和一個O形橡膠圈組合而成，如圖2（a）所示。PTFE由美國杜邦公司1938年研製成功的，摩擦（cā）係（xì）數小，僅為（wéi）0.02~0.04；具有自潤滑特性，幾乎可耐受所有化學介質浸蝕，故又稱“塑料（liào）王（wáng）”；溫度適應（yīng）範圍寬，可在-100℃~+250℃範（fàn）圍內長期工作。根（gēn）據不同的工況條件填充一定比例的添加劑如銅粉、碳纖（xiān）、二硫化鉬（mù）、石墨、玻纖等（děng）。填充增強的PTFE具有極高（gāo）的耐（nài）磨性（較純PTFE提高1500多倍），良好的物理機械性能（néng）。O形（xíng）橡膠圈采用GB3452.1-92標準係列，作為靜密封可以實（shí）現完全的密封。

　　2.密封作用機理 
　　齒形滑環一般設計有兩個（gè）密（mì）封唇，前一（yī）個是主密封唇，具有特定的幾何（hé）形狀；後一個為副密封唇，起阻隔油膜和防塵（chén）作用。 O形圈起提供彈力和相對於殼體和滑環的靜密封作用。唇口的方向應朝向壓力方向。O形圈具有預壓縮，壓縮率（lǜ）一般取11%~18%，因此產生一定的徑向力—“抱緊力”，使滑環主密封唇緊緊貼（tiē）合在被密封表麵以實（shí）現密封。隨著壓力的增高，密封的“抱緊力”越大，密封唇和（hé）軸的貼合越（yuè）緊密，故壓力（lì）越高密封性越好。O形橡膠圈被滑環的側邊擋著，因而不會被“擠出”，可以耐（nài）受高壓。

　　滑環主（zhǔ）密封唇口具有特定的幾何形狀，其主要作用：一是在密封部位產生較尖銳的徑向力，有利於建立理想的潤滑油膜，即保持“臨界油膜”厚度（理性的油（yóu）膜厚度為2.5um），如圖2（b）所示；二是有利（lì）於軸（zhóu）高速旋轉形成的有害摩擦而轉化的熱（rè）量散失。因而齒形密封尤其適用於旋轉軸的密封。 
　　常規滑環式組合密封（通常（cháng）指（zhǐ）格來圈（quān）、斯特封）之滑環較“厚硬（yìng）”，當工作一段時間後形成磨損，即產生一定的間隙。O形圈不能（néng）提供足夠的力使“厚硬”的滑環產生足夠（gòu）的變形（xíng）予以補償，因而長期工作後泄漏（lòu）量較大（dà）。加之PTFE材料彈性差，較橡膠密（mì）封（fēng）製品（pǐn）“跟隨補償性”差，因此在高速、低壓及有振動偏（piān）心場合泄漏量更大。齒形密封針對性（xìng）地進行了改進，創造性地采（cǎi）用了（le）“薄唇”滑（huá）環結構。滑環（huán）唇部較薄，易於（yú）變形，O形圈提供（gòng）的彈力能夠使薄唇的滑環產生足夠（gòu）的（de）變形（xíng）以補償及其細微的磨損（sǔn）量，即齒形（xíng）密封具有自（zì）動補償（cháng）的功能，因而具有良好（hǎo）的密（mì）封性和極（jí）高的使用壽命（mìng）。

　　3.齒形密封適用工況條件

　　銅街子電站機組（zǔ）轉速是88.2rpm，操作油管（guǎn）上段直徑是￠230mm，對應的線速度是1.06 m•s^-1；下段直徑是￠410mm，對應線（xiàn）速度是（shì）1.89 m•s^-1，操（cāo）作油壓是4MPa，實際應用工況遠遠低於齒形密封工況要求，因此選用齒形密封完全能滿足受油器運（yùn）行要（yào）求。 
　　四、齒形密封在銅街（jiē）子電站受油器上的應用 

　　（一）安裝位置 
　　由於齒形密封結構簡單，隻需在受油器浮動瓦壓環內側加工一矩形（xíng）環槽，嵌入齒（chǐ）形密封即可。 
　　（二）選型 
　　上下浮動瓦是（shì）防止高壓油（yóu）外（wài）泄（xiè），在壓環處安裝單向齒形密封；中浮動瓦阻止開關腔的高壓油互竄，選用雙向齒形密封。 
　　（三）齒形密封結構（gòu）示意圖 
　　銅街子電站受（shòu）油器浮（fú）動瓦改造齒形密封（fēng）結構示意圖（tú）如（rú）下。

　　五、結語
　　根據（jù）國內外軸流轉槳式機組（zǔ）運行情況統計，許多機組受油器都存在不同（tóng）程度的（de）浮動瓦漏油偏大現象（xiàng），這與受油器結構設計不太合理（lǐ）存在很大關係，因此（cǐ）許（xǔ）多（duō）電站從（cóng）受油器（qì）結構（gòu）和（hé）浮動（dòng）瓦結構等方麵進行改進，也（yě）取得了不錯的止（zhǐ）漏效果。但是這種改進工作量大，生產周期長，並不一定能滿足所有電站設備檢修的要求。銅（tóng）街子電站僅對受油器浮動瓦壓蓋進行適當改動，並增加一道旋轉軸密封，即解決了傳統受油器浮動瓦漏油偏大的問題，不僅結構簡單，而且拆裝方便，為機組檢（jiǎn）修（xiū）節約大量工期，所（suǒ）以說是一種值得借鑒和推廣的方式（shì）。

　　參考文獻 
　　 [1] 任澤民等.銅（tóng）街子電站設備手冊.2006年6月.