水轮机水压式端面工作密封的改造分析

马艳丽¹，周 强²，任江涛³

(1. 杨凌职业技术学院机电工程分院，陕西 杨凌 712100 ）

(2. 西安水务（集团）黑河水力发电责任有限公司，陕西 西安 710401）

(3. 西安水务（集团）引乾济石管理有限公司，陕西 商洛 711400)

基金项目：2018年陕西省教育厅专项科研项目(18JK0888）

作者简介：马艳丽（1976—），女，副教授，硕士，主要研究方向为水利水电动力工程，yuanzh2008@126.com.

摘要：水轮机水压式端面工作密封通常受水头、水压、机组运行负荷的影响，密封效果不尽相同，而且随着运行年限的增加，机组磨损会造成漏水加剧，甚至会出现水淹机坑、导轴承进水等事故，对水压式端面工作密封的本体结构进行分析，探究水压式工作密封失效的原因，并提出相应的改造措施。

关键词：水压式端面工作密封；改造；抗磨环；密封环；泵板

中图分类号：TK730.8   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2021)02-0107-05

水轮机主轴密封失效问题是水电站运行中普遍存在的技术难题。不同的水电站因为水头、流量、转速、泥沙含量、安装方式、密封结构和材料的不同，密封失效状况也不尽相同。近年来，随着电站监测、控制、运行、维护等环节设计水平的提高，对水轮发电机组的各项性能指标的考核要求也越来越高，对主轴密封的性能评定也是如此。中小机型方面，主轴密封设计已系列化、规范化。欧美等国有专门从事水轮机主轴密封设计制造的公司（如PROCO公司、STAELING公司等），密封制造公司按给定的边界条件设计、供货。大型机组方面，国外水电设备一直占据着一定的垄断优势，对于各自的“专利密封”能够明确给出各项指标数据，但不提供技术转让。我国水电行业发展的几十年，不断对水轮机主轴的设计进行摸索，积累了不少的经验，并已完善出多种密封型式应用于各电站。有些密封结构虽几经优化，仍不尽人意^［1-2］。水轮机水压式端面工作密封结构简单，运行方便，成本低，在中低水头混流式水轮机中应用广泛，但是随着运行年限的增加，机组磨损导致漏水加剧，造成水淹机坑、导轴承进水等事故。目前一些学者提出了水压式端面工作密封改造的建议。翟建平等^［3］提出了水轮机漏水的故障分析及处理方案，通过改造原密封管路，调整密封体和密封座的间隙，改善了工作密封的漏水问题；孙波^［4］采用橡胶本体和抗磨环开槽改善了密封润滑状况；郭军^［5］提出泵板改造方案改善多泥沙电站工作密封的磨损问题。这些改造措施只是针对特定电站提出的改造方案，不具备通用性。本文针对水压式端面工作密封存在的问题进行深入探讨和分析，总结出常见的机组改造措施，希望能给水轮机主轴工作密封的改造提出合理化建议。

1 水轮机水压式端面工作密封的特点

水轮机水压式端面工作密封也称为活塞式密封,主要由不锈钢密封抗磨环、密封橡胶环、橡皮条辅助密封、密封挡环及密封支座等构成。其工作原理是洁净的润滑水通过布置在密封橡胶圈的进水孔流至内腔，橡胶密封块在均布水压力的作用下被顶起，将顶盖和转轮之间的漏水密封在不锈钢抗磨环和橡胶密封环接触面之间并形成密封水膜。少部分漏水在离心力的作用下从密封副两侧流出，带走因摩擦产生的热量，并起到对密封面的润滑和冷却效果。水压式端面工作密封结构有两种型式：一种是润滑水压将密封橡胶活塞向上密封，抗磨环装在水轮机大轴上方；另一种是密封活塞倒置，润滑水将密封橡胶活塞向下密封，这种结构的检修密封位置降低安装到大轴法兰侧面，在水轮机护罩下法兰位置增加不锈钢抗磨板。