水輪機(jī)主軸密封冒煙原因分析及對(duì)策

1、水輪機(jī)主軸密封冒煙原因分析及對(duì)策水輪機(jī)主軸密封冒煙原因分析及對(duì)策1基本情況青溪水電廠是低水頭徑流式水電廠，裝機(jī)容量436MW。最大工作水頭25m，最小工作水頭10m，設(shè)計(jì)水頭20.5m。水輪機(jī)型號(hào)為ZZ500LH500，額定流量209.1m3s，額定轉(zhuǎn)速125rmin。水輪機(jī)安裝高程45.00m，下游最低發(fā)電水位48.51m。水輪機(jī)主軸密封分為停機(jī)狀態(tài)密封(俗稱檢修密封)和運(yùn)行狀態(tài)密封(俗稱工作密封)兩種。其中檢修密封為橡膠圍帶式結(jié)構(gòu)，

2、工作密封為橡膠活塞式結(jié)構(gòu)。工作密封面高程46.867m。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖1水輪機(jī)主軸密封結(jié)構(gòu)2水輪機(jī)主軸密封的作用及工作過(guò)程當(dāng)機(jī)組處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，工作密封活塞下腔是無(wú)壓的，活塞在活塞座內(nèi)靠自重沿定位銷自由下落到底部。而圍帶此時(shí)已接通0.6～0.7MPa的壓縮空氣，其非約束部分受壓鼓起，與密封環(huán)緊密接觸，從而阻斷尾水竄入水輪機(jī)頂蓋的通道，起到密封作用。開機(jī)時(shí)，為避免圍帶與主軸的磨擦，在機(jī)組啟動(dòng)前，開機(jī)繼電器就使圍帶排氣卸壓。同時(shí)，為防

3、止圍帶卸壓后尾水大量竄入頂蓋，開機(jī)繼電器還使0.059MPa壓力的清潔水通入密封活塞下腔，使密封活塞克服重力上升到頂端，阻斷竄水通道，起到密封作用。停機(jī)時(shí)，當(dāng)主軸完全靜止后，停機(jī)繼電器使圍帶通入壓縮空氣，并關(guān)閉密封活塞下腔的壓力水，密封活塞自由落下。3故障現(xiàn)象青溪水電廠3號(hào)機(jī)組自投產(chǎn)以來(lái)，已累計(jì)運(yùn)行了28000多小時(shí)。但在2000年9月下旬以來(lái)，曾多次出現(xiàn)下述情況：機(jī)組開機(jī)時(shí)，水輪機(jī)在開始運(yùn)轉(zhuǎn)的幾分鐘內(nèi)，水車室內(nèi)濃煙滾滾，且橡膠焦臭味非

4、常濃烈，待機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，濃煙才被機(jī)組旋轉(zhuǎn)的氣流漸漸吹散，一切又都恢復(fù)正常。4原因分析(3)停機(jī)時(shí)，如果壓力水關(guān)閉后活塞沒有復(fù)位，卡在頂起位置，那么在下次開機(jī)時(shí)，活塞首先被水壓頂緊，通流孔被轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)封堵，在磨擦面間就不能產(chǎn)生流動(dòng)水膜。此時(shí)如果機(jī)組轉(zhuǎn)動(dòng)，那么在啟動(dòng)初期將出現(xiàn)短時(shí)的干性磨擦或臨界干性磨擦的情況。那么，密封活塞有沒有可能卡在頂端呢？為此對(duì)密封活塞的受力情況進(jìn)行分析。如圖3所示，轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)在某點(diǎn)的速度方向V是其作圓周運(yùn)動(dòng)的切線方向

5、，其磨擦力f的方面與V相反。由力學(xué)性質(zhì)可知，密封活塞工作中所受的力除重力mg、水壓力P(且Pmg)外，還有由磨擦力產(chǎn)生的力F’，且F’=f。在F’的作用下，密封活塞有隨轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)的趨勢(shì)，但受到定位銷的約束，于是出現(xiàn)密封活塞與定位銷緊緊貼合的結(jié)果。由此可見，如果存在定位銷傾斜、生銹、或活塞定位銷孔變形等不利情況，則密封活塞在機(jī)組靜止后就有可能卡在頂端。圖3密封活塞受力分析經(jīng)以上分析，可以認(rèn)為，青溪水電廠3號(hào)機(jī)組在停機(jī)后，由于工作密封活塞沒

6、有復(fù)位，使得活塞磨擦面在下次開機(jī)的初始階段不能產(chǎn)生流動(dòng)水膜，開機(jī)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)環(huán)與活塞之間出現(xiàn)干磨擦或臨界干磨擦，造成活塞嚴(yán)重發(fā)熱冒煙，并散發(fā)出濃烈的橡膠焦臭味。機(jī)組啟動(dòng)后，在機(jī)組振動(dòng)和轉(zhuǎn)輪室水力脈動(dòng)的交替作用下，水流才逐漸進(jìn)入磨擦面。因此當(dāng)機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，磨擦面間的水膜才恢復(fù)正常。5防止對(duì)策(1)將定位銷由12mm增大到16mm，且改用不銹鋼制作，這樣做既增加銷釘強(qiáng)度，又避免銷釘生銹長(zhǎng)垢。(2)在密封活塞的定位孔中增加不銹鋼套管，避免銷孔