郭宏亮 宋成宇
(哈爾濱電機廠有限責任公司,黑龍江 哈爾濱 150040)
紅石電站主軸密封改造方案論證
郭宏亮 宋成宇
(哈爾濱電機廠有限責任公司,黑龍江 哈爾濱 150040)
紅石電站為定漿軸流式機組,其主軸密封原先為老式的雙平板形式密封,經(jīng)過多年的運行已經(jīng)難以磨損老化嚴重,漏水量較大。所以要改造更換為現(xiàn)在通常采用的徑向密封結(jié)構(gòu)形式。徑向密封雖然也有一定的漏水量,卻是以可控的技術(shù)供水來壓制被密封的流道內(nèi)的水,該結(jié)構(gòu)形式比較簡單,占用空間小,且耐磨損性能高。本文主要針對這個改造項目進行方案的設計論證,對比兩種密封形式的優(yōu)劣對比。結(jié)合圖示介紹了徑向密封的主要結(jié)構(gòu)形式、工作原理、改造的范圍以及對舊有設備(軸襯)的改造說明。介紹了幾個重要部件的結(jié)構(gòu)和材料。最后列舉了徑向式密封的一些應用實例。
雙平板;徑向密封;軸襯;彈簧;L型密封;密封塊
吉林紅石水電廠建于20世紀80年代,電站裝有4臺51MW水輪發(fā)電機組,主軸密封均采用雙平板式密封形式,如圖1所示。目前,經(jīng)過20多年的投產(chǎn)、運行,密封裝置各部件配合尺寸出現(xiàn)較大變化,主軸密封檢修后亦無法達到相應配合要求,造成主軸密封漏水量增加,頂蓋水位超標,嚴重威脅到機組的安全運行。
基于目前主軸密封的運行情況,有必要進行主軸密封的改造換型可行性研究,以期減小主軸密封漏水量,增強主軸密封運行穩(wěn)定性,保障機組的安全運行。
1.結(jié)構(gòu)示意
目前,國內(nèi)水輪機主軸密封改造,主要針對機組運行一二十年以上的,橡膠平板密封、活塞水壓端面密封等密封形式,上述密封的特點是密封穩(wěn)定性差,漏水量受尾水位波動的影響較大,尤其運行數(shù)年后,漏水量大、穩(wěn)定性差的問題很難解決。根據(jù)機組布置結(jié)構(gòu)、尾水位變化情況、廠房清潔水壓力條件,以及業(yè)主對機組穩(wěn)定運行、檢修、維護的考慮,推薦采用徑向密封+L型密封組合形式。徑向密封結(jié)構(gòu)示意圖,如圖2所示。
2.工作原理
主軸密封由主密封(兩層徑向塊密封)及輔助密封(一層L型密封)組成。裝配主要由密封座、密封支架I、密封支架II、密封支架III、密封塊、軸襯、水箱、彈簧、供水管路等部分組成,工作密封副為密封塊和軸襯,其中密封塊采用高分子材料,此材料具有良好抗磨性、使用壽命長等特點??鼓ポS襯材料采用不銹鋼板0Cr13Ni5Mo,此材料抗磨損和抗空化性能很好等特點,這兩種材料現(xiàn)在被廣泛應用徑向自平衡水壓密封工作密封副上。主軸密封在運行時需采用清潔水潤滑,潤滑水的壓力高于被密封水腔的壓力,所以被密封的水泄漏很小,漏出的水大部分為密封潤滑水,密封塊位于各個密封支架之間,通過彈簧形成整體,通過水壓和彈簧的徑向力的聯(lián)合作用,密封塊貼緊在軸襯上,機組在正常運行時,密封塊與軸襯之間通過供給壓力清潔水建立起水膜,水膜起密封和潤滑作用,減少密封塊的磨損。當密封塊的密封表面被磨損時,密封塊可以在水壓和彈簧的作用力下徑向移動,這樣密封具有了自補償能力。
圖1 紅石電站雙平板密封
圖2 徑向密封
為減小密封漏水量,在主密封上部還設有一層L型密封,在主密封漏水水壓的作用下,L型密封產(chǎn)生變形貼近主軸軸襯,在L型密封與主軸軸襯間形成水膜,起到潤滑及密封作用。
哈爾濱電機廠擁有自主計算軟件,對徑向密封的運行性能進行定量分析。
3.改造的范圍
原機組密封零件均需更換,包括原主軸軸襯、底座及與底座的連接螺栓、主軸密封主體零件等。
4.新舊部件接口的處理
底座與原導流錐連接的螺孔可使用原有的M30螺孔,底座與導流錐之間設置橡膠石棉墊,為保證安裝的可靠性,新底座與原導流錐的把合螺栓分布位置可按原機組配置。軸襯與主軸采用過渡配合,利用軸身上原有的Φ960/Φ955臺階軸向定位。軸襯采用分瓣結(jié)構(gòu),與主軸裝配后,分半面焊接封水焊縫。具體結(jié)構(gòu)可根據(jù)電站的具體施工條件進行合理改動。
5.各部件的材料(表1)
表1
6.性能分析結(jié)果(表2)
檢修密封氣源壓力:0.7MPa
清潔潤滑水源壓力:最高壓力0.3MPa,運行實際壓力在0~0.3MPa之間調(diào)節(jié)。
表2
清潔潤滑水流量:計算值需要190 L/min,實際需要考慮余量。
漏水量:計算值最大漏水量94.28 L/min。該計算過程沒有考慮L型密封的作用,所以實際漏水量會更小。
7.應用實例
該形式密封的應用實例(表3):
表3
主軸密封改造方案滿足紅石電廠水輪機現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)布置,對導水機構(gòu)無改動,主軸密封改造后,結(jié)構(gòu)會更加緊湊,運行更加可靠,漏水量小。該改造方案幾乎不需外加設備或系統(tǒng),滿足電廠現(xiàn)有條件的可實現(xiàn)性,完全滿足此次改造的需要。
[1]游光華.天荒坪抽水蓄能電站主軸密封改造[J].水電站機電技術(shù),2005,28(2):38-41.
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