水輪機主軸密封冒煙原因分析及對策

1、水輪機主軸密封冒煙原因分析及對策水輪機主軸密封冒煙原因分析及對策1基本情況青溪水電廠是低水頭徑流式水電廠，裝機容量436MW。最大工作水頭25m，最小工作水頭10m，設(shè)計水頭20.5m。水輪機型號為ZZ500LH500，額定流量209.1m3s，額定轉(zhuǎn)速125rmin。水輪機安裝高程45.00m，下游最低發(fā)電水位48.51m。水輪機主軸密封分為停機狀態(tài)密封(俗稱檢修密封)和運行狀態(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水輪機主軸密封結(jié)構(gòu)2水輪機主軸密封的作用及工作過程當(dāng)機組處于靜止?fàn)顟B(tài)時，工作密封活塞下腔是無壓的，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頂蓋的通道，起到密封作用。開機時，為避免圍帶與主軸的磨擦，在機組啟動前，開機繼電器就使圍帶排氣卸壓。同時，為防

3、止圍帶卸壓后尾水大量竄入頂蓋，開機繼電器還使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。停機時，當(dāng)主軸完全靜止后，停機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號機組自投產(chǎn)以來，已累計運行了28000多小時。但在2000年9月下旬以來，曾多次出現(xiàn)下述情況：機組開機時，水輪機在開始運轉(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，待機組運轉(zhuǎn)一段時間后，濃煙才被機組旋轉(zhuǎn)的氣流漸漸吹散，一切又都恢復(fù)正常。4原因分析(3)停機時，如果壓力水關(guān)閉后活塞沒有復(fù)位，卡在頂起位置，那么在下次開機時，活塞首先被水壓頂緊，通流孔被轉(zhuǎn)動環(huán)封堵，在磨擦面間就不能產(chǎn)生流動水膜。此時如果機組轉(zhuǎn)動，那么在啟動初期將出現(xiàn)短時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？為此對密封活塞的受力情況進(jìn)行分析。如圖3所示，轉(zhuǎn)動環(huán)在某點的速度方向V是其作圓周運動的切線方向

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)動環(huán)轉(zhuǎn)動的趨勢，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號機組在停機后，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的初始階段不能產(chǎn)生流動水膜，開機時轉(zhuǎn)動環(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。機組啟動后，在機組振動和轉(zhuǎn)輪室水力脈動的交替作用下，水流才逐漸進(jìn)入磨擦面。因此當(dāng)機組運轉(zhuǎn)一段時間后，磨擦面間的水膜才恢復(fù)正常。5防止對策(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度，又避免銷釘生銹長垢。(2)在密封活塞的定位孔中增加不銹鋼套管，避免銷孔