２０１６年第５期 ２０１６ Ｎｕｍｂｅｒ ５ 水电与新能源 总第１４３期 Ｔｏｔａｌ Ｎｏ．１４３ ＨＹＤＲ０Ｐ０ＷＥＲ ＡＮＤ ＮＥＷ ＥＮＥＲＧＹ ＤＯＩ：１０．１３６２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｃｎ４２—１８００／ｔｖ．１６７１—３３５４．２０１６．０５．０１０ 葛洲坝电站机组新型主轴密封结构优化 曹成高，陶吉全，谭 鏊 （中国长江电力股份有限公司，湖北宜昌４４３００２） 摘要：鉴于葛洲坝电站某机型机组原双层橡胶平板主轴工作密封结构改为自补偿性轴向端面式后，其运行情况良好，水 压稳定，密封性能良好，检修周期长、大幅减少了日常维护工作量，但新型密封用水量、漏水量（清洁水）均大于原密封结 构，针对新型主轴工作密封的结构特点、运行情况进行最优运行压力值的分析，并提出了相关结构改进的建议。 关键词：葛洲坝电站；主轴密封；工作密封 中图分类号：ＴＫ７３０．３ ２１：ＴＫ７３０．３ ２５文献标志码：Ｂ文章编号：１６７１—３３５４（２０１６）０５—００３７—０２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ Ｎｅｗ Ｔｙｐｅ Ｍａｉｎ Ｓｈａｆｔ Ｓｅａｌ ｆｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ Ｕｎｉｔｓ ｉｎ Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ＣＡＯ Ｃｈｅｎｇｇａｏ，ＴＡＯ Ｊｉｑｕａｎ，ＴＡＮ Ｊｕｎ （Ｃｈｉｎａ Ｙａｎｇｔｚｅ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｙｉｃｈａｎｇ ４４３００２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｔｙｐｅ ｏｆ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｕｎｉｔｓ ｉｎ Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｄｏｕｂｌｅ—ｌａｙｅｒ ｒｕｂｂｅｒ ｐｌａｔｅ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｅａｌ ｏｆ ｔｈｅ ｍａｉｎ ｓｈａｆｔ ｉｓ ｒｅｐｌａｃｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｅｌｆ－ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇ ａｘｉａｌ ｅｎｄ ｔｙｐｅ ｓｅａ１．Ｗｈｉｌｅ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｓｅａｌ ｉｓ ｏｆ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｂｅｔｔｅｒ ｓｅａｌｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ，ｓｔａｂｌｅ ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｌｏｎｇｅｒ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ ｐｅｒｉｏｄ，ａｎｄ ｌｅｓｓ ｄａｉｌｙ ｍａｉｎｔｅ— ｎａｎｃｅ ｗｏｒｋ，ｉｔｓ ｓｅａｌｉｎｇ ｗａｔｅｒ ｕｓａｇｅ ａｎｄ ｃｌｅａｎ ｗａｔｅｒ ｌｅａｋａｇｅ ａｒｅ ｍｕｃｈ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｔｙｐｅ．Ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇ ｔｈｅ ｓｔｒｕｃ－ ｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｏｐｔｉｍａｌ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ｓｅａｌ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ， ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ ａｒｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｇｅｚｈｏｕｂａ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ；ｍａｉｎ ｓｈａｆｔ ｓｅａｌ；ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｓｅａｌ 葛洲坝电站某机型机组原主轴工作密封为双层橡 胶平板结构，该结构无自补偿性功能，运行水压不稳 １ 新型主轴密封结构及工作原理 葛洲坝电站某机型机组新型主轴密封结构如图ｌ 所示。由转动部件与固定部件组成，转动部件抗磨板 安装在主轴螺栓护盖上，密封块通过螺栓固定在浮动 定，使用寿命短，检修周期短。在该机型机组水轮机改 造增容过程中，借鉴三峡电站机组的主轴工作密封结 构及其运行情况，对原主轴密封进行了改造换型，将工 作密封由原来的双层橡胶平板式改为自补偿性轴向端 面式。改造后，新型工作密封整体运行情况良好，水压 环的下端面。２４个弹簧通过压紧螺母固定在浮动环 与支撑环之间，浮动环与密封圈内设有６个通水孔，通 过供水管路引入清洁水。另外，在浮动环与支撑环之 间对称装有两个导向板及导向销，控制浮动环仅沿支 稳定，密封性能良好，检修周期长、大幅减少了日常维 护工作量。但相对原密封结构，新型密封结构具有安 装精度高、用水量、漏水量（清洁水）均偏大等特点。 根据已改造后的机组运行统计，按目前暂定的０．２～ ０．３ ＭＰａ压力运行，单台机最大用水量为ｌ５．７０ ｍ ／ｈ， 撑环内圆上下浮动，同时可以补偿和密封圈的磨 损量。 工作密封投运时带压清洁水克服弹簧压力、浮动 环重力以及唇形密封的摩擦力，使密封块与抗磨板之 间形成０．０５—０．１０ ｍｍ厚的润滑水膜，将江水阻止在 平均用水量为ｌ２．６３ ｍ ／ｈ，远高于原平板密封用 水量。 密封箱内，从而达到密封效果，同时清洁水在接触面流 收稿日期：２０１６—０３—２２ 作者简介：曹成高，男，高级技师，主要从事水轮发电机组检修工作。 ３７ 水电与新能源 ２０１６年第５期 动时对密封块起到润滑与冷却作用 。 １．空气围带 ２．密封箱 ３支撑环 ４．清洁水进水管 ５水箱盖板 ６．弹簧 ７．浮动环 ８．密封块 １０ ９．抗磨板 １Ｏ主轴 １１ ｔ轴螺栓护盖 ｌ１ ｌ２ 联轴螺柃 １２ 图１新型主轴密封结构 ２新型主轴密封运行情况 葛洲坝电站某机型７台机组主轴密封改造后，经 值，２号机组比４号平均大０．０３ ｍｍ，而其余５台机组 浮动量差值基本一致。从而，可以初步得知主轴密封 用水量与浮动环浮动量有直接关系。 过１ ａ的追踪观察，其密封性能良好，运行水压稳定； 无江水漏入支持盖集水槽，从而省去了集水槽冲淤 工作。 但与改造前相比，清洁水用水量和漏水量均有所 ３新型主轴密封结构改进建议 ３．１ 工作密封运行水压调整 增加，其中用水量增加幅度约为３０％，漏水量（清洁 水）增加约为５０％左右。另外，对改造增容机组运行１ 各机组运行水压在满足密封性能和润滑冷却的前 提条件下，应适当根据安装时的充水试验数据进行调 整，即按设计运行浮动量（０．０５～０．１０ ｍｍ）所对应的 ａ后进行专项检查发现，有３台机组工作密封密封块 水压值进行调整，而非均按同一个水压（如目前的 存在偏磨或者拉丝现象。 ０．２０～０．３０ ＭＰａ）进行运行。 表１ 葛洲坝电站某机型机组主轴密封用水量统计表 项目—１ ２ ３ ３．２工作密封结构改进 机组号 —４ ５ ６ ７ 针对个别机组主轴密封密封块存在偏磨或拉丝、 充水试验时浮动环浮动量不均匀的现象，建议对工作 密封结构进行以下优化 。 １）增加浮动环导向装置。原结构仅在浮动环与 支撑环之间对称方向装设２个导向板和导向销，控制 浮动环沿支撑环内圆上下浮动。在机组运行过程中， 注：７台机组主轴密封的用水量均在机组相同运行工况下统计。 该设计易造成导向板与导向销偏心憋劲，从而使浮动 环上浮量不均匀造成相应密封块磨损。建议在弹簧的 从表１可以看出，同类机型不同机组在相同运行 工况下，主轴密封用水量存在较大差异，如２号与４号 机组。 分度圆上对称增设８根导向杆，导向杆通过螺纹紧固 在浮动环上，穿过支撑环及限位座，限位座通过螺栓固 定在支撑环上，并在内孔根部设有０形密封圈，防止 江水漏出。改进结构如图２。 （下转第４５页） 通过对２、４号机组主轴密封的安装数据、浮动试 验以及运行情况进行详细分析，两机组在安装数据无 明显差异情况下，通相同水压时，其浮动量存在较大差 ３８ 徐铬，等：７００ ＭＷ水轮发电机定子单相接地故障分析和处理 ２０１６年５月 扭矩做破坏试验，发现在５０ Ｎ·ｍ的扭矩下未断裂， 项目，定期进行状态评估。对于挡风板的拆卸，严格按 照三级验收程序，并在螺栓、垫片紧固后进行画线标 识，以便检查是否存在松动。 ５５ Ｎ·ｍ扭矩下断裂。检修人员在冬修期间更换挡风 板之后，从挡风板固定的结构来看，平垫与挡风板的接 触面由粗糙变为光滑，重复使用的碟簧可能会有变形， 压紧力可能减弱。在故障发生后，检修人员用全新的 同型号螺栓和垫片做疲劳试验，多次压紧和松开螺栓， ３ 结语 发现该类型的碟簧出现裂纹和形变变小的情况。 通过已知的信息，分析认为故障的直接原因是挡 风板受风的压力、振动等因素，加上碟簧失去弹性补偿 而松动，碟簧松动后发生窜动摩擦螺杆，导磁材料的碟 本次故障的发生，在挡风板固定设计上存在隐患， 从另外一方面也说明了发电机内部施工时，工艺细节 的疏忽，仅是１个碟簧的更换，也会造成严重后果，对 于风险的分析和控制，容不得半点侥幸，应该严格按照 规程进行工作。由上述分析可见，发电机内部螺栓和 簧在漏磁作用下有一定程度发热，上述原因长时间作 用导致螺杆被切割磨断。螺杆断裂后碟簧因为导磁被 磁极吸附带动到３９８槽线棒出口位置，槽口位置漏磁 场更加严重，碟簧在交变磁场作用下严重发热并在顺 时针旋转的风力作用下逐渐侵人线棒，最后破坏整个 主绝缘引起内部铜导体通过垫片对周围铁芯放电。 故障的间接的原因是定子挡风板的安装方式设计 不合理，在运行过程中存在螺栓、垫圈松动的隐患。在 本次故障之前同一机型的另１台机组曾经出现过固定 各型垫片，要配合得当，尽量不采用导磁材料制成的结 构件，在检修和安装过程严格按照工艺规范打紧螺栓， 防止类似故障再次发生。 参考文献： ［１］楼国才，王立大．一起发电机定子接地处理和分析［Ｊ］．华 东电力，２０１０，３８（３）：４５６—４５７ ［２］詹伟芹．一起６００ ＭＷ ＦＱＳＮ一６００—２型发电机定子接地 故障处理及分析案例［Ｃ］／／２０１２年度全国发电企业设备检 修技术大会论文集．济南：中国电力企业联合会，２０１２ ［３］梁颖．发电机定子接地保护动作的原因分析及处理［Ｊ］． 高电压技术，２００７，３３（６）：１９４—１９５ 挡风板的２个螺栓断裂，但未导致严重后果，所以并未 详细分析断裂原因。 ２）故障处理。本次故障之后，检修人员将３９８槽 附近磁极拔出，对击穿的线棒进行了更换，并修复了烧 伤的铁芯叠片，对于螺栓和垫片重新选用不锈钢无磁 ［４］张建忠，张志猛，岳啸鸣，等．６００ ＭＷ发电机定子一点接 地故障的查找及处理［Ｊ］．华电技术，２０１３，３５（３）： ４５—４７ 材质，并将该螺栓的检查列入Ｄ级及以上检修的标准 （上接第３８页） ２）自补偿性轴向端面式密封对清洁水质要求极 高，因为机组正常运行时，密封块与抗磨板之间仅有 ０．０５～０．１０ ｍｍ问隙，如果清洁水中存有的颗粒状杂 质（如管道中的锈渣）进入密封块与抗磨板之间的接 触面，会造成密封块和抗磨板损坏（如上述的拉丝现 象）。建议增设主轴密封供水过滤系统，并将过滤系 统出水口至主轴密封处的供水管路改造为不锈钢材 １抗磨板 ２密封块 ３浮动环 质，从而减少清洁水中的杂质。 参考文献： ［１］单文培．水电站机电设备的安装、运行与检修［Ｍ］．北京： 中国水利水电出版社，２００５ ４．导向杆 ２ ５限位座 ［２］刘丽娟．水轮机主轴密封的改进［Ｊ］．润滑与密封，２００２ ｌ （６）：７１—７２ ［３］秦岩平，陶吉全，马明．葛洲坝电站水轮机主轴密封改造 图２浮动环导向杆 及运行情况分析［Ｊ］．水电与新能源，２０１５（１）：６６—６８ ４５
