魏起波 ,徐建軍 ,謝國(guó)強(qiáng)
(1.臨沂市岸堤水庫(kù)管理處,山東 蒙陰 276217;2.臨沂市水利工程處,山東 臨沂 276000)
山東省岸堤水電站一號(hào)機(jī)水輪機(jī)型號(hào)為ZD560-LH-180,額定出力為2384kW,發(fā)電機(jī)額定功率為2200kW,額定轉(zhuǎn)速為 300r/min,安裝高程為151.674m,設(shè)計(jì)流量為14.3 m3/s。多年來(lái)水輪機(jī)主軸密封一直沒(méi)有得到很好的解決,當(dāng)導(dǎo)水葉開(kāi)度增大到60%以上時(shí)主軸密封處就溢水,溢水速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)排水孔排走的速度,水導(dǎo)軸承被淹沒(méi),潤(rùn)滑油被水排出帶走,軸瓦全部浸泡在水中,嚴(yán)重影響了水導(dǎo)軸承的安全運(yùn)行。
此種方法是在水輪機(jī)支撐蓋與主軸之間加一個(gè)環(huán)型氣囊?guī)?,然后把氣囊接通電站?nèi)低壓氣,氣囊充氣膨脹使主軸與氣囊緊密接觸,達(dá)到止水的目的。這種方法水輪機(jī)運(yùn)行一段時(shí)間后,主軸與氣囊摩擦產(chǎn)生熱如果得不到水的及時(shí)帶走,氣囊會(huì)因高溫而燒壞,最終還是失去止水作用。
它主要是由盤(pán)根盒、石棉盤(pán)根和壓環(huán)組成。它先將石棉盤(pán)根用石蠟浸透后,再將石棉盤(pán)根上涂上碳粉,然后將石棉盤(pán)根剪成幾段填充入盤(pán)根盒內(nèi),填充3~4圈后用壓環(huán)壓緊。這種方法當(dāng)時(shí)能起到止水的目的,但當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)很容易磨損,當(dāng)磨損后漏水嚴(yán)重。
利用數(shù)層碳精塊或其他耐磨材料,在機(jī)械彈簧等方式的下沿徑向與套在主軸上的抗磨被套形成徑向密封面,并通過(guò)清水潤(rùn)滑,密封塊磨損后在彈簧的作用下,可以徑向移動(dòng),繼續(xù)貼緊主軸襯套,這種密封結(jié)構(gòu)復(fù)雜安裝檢修較困難,彈簧性能不易保證且易銹蝕腐爛失去彈性,止水失敗。
以上方法都沒(méi)能達(dá)到可靠止水的目的,只能被動(dòng)的在水導(dǎo)漏水處安裝一臺(tái)自吸水泵,把漏出的水及時(shí)排走,但是這要求運(yùn)行人員經(jīng)常巡視,如果漏水量超過(guò)自吸泵的最大排水量,也會(huì)淹沒(méi)水導(dǎo)軸承,從而加重了運(yùn)行人員的工作量。
此密封裝置如圖所示:圖1是結(jié)構(gòu)圖,圖2是圖1的局部放大圖,圖3是離心盤(pán)結(jié)構(gòu)圖,此種裝置是雙層結(jié)構(gòu),上層分兩部分,分別是固定部分和隨主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)部分,固定部分有固定在水輪機(jī)頂蓋上的密封座9,密封座上安裝有一塊橡膠平板3,橡膠平板3的下平面設(shè)有頂板5,頂板5上與橡膠平板3相貼合的部位設(shè)置壓力孔6,橡膠平板3及頂板5通過(guò)螺栓10安裝在密封座9上,1是壓板。轉(zhuǎn)動(dòng)部分有抗磨環(huán)4安裝在主軸上。抗磨環(huán)4與固定部分的橡膠平板3上平面緊密貼合,組成密封部分??鼓キh(huán)與橡膠平板之間的間隙不大于0.4mm,最好為 0.2~0.4mm,工作時(shí)橡膠平板與抗磨環(huán)之間為無(wú)接觸密封,因此磨損很小,使用壽命很長(zhǎng)并且間隙處能形成壓力水膜,微小的壓力水膜不僅起到密封作用還防止砂粒進(jìn)入,此部分作為后備密封裝置。
下層是離心盤(pán)7,其結(jié)構(gòu)如圖3,由兩塊半環(huán)組成,固定在主軸上,離心盤(pán)結(jié)構(gòu)與離心式水泵的離心體相似,盤(pán)上放射狀分布著離心孔道。離心盤(pán)7與密封座9之間的間隙要盡量小以減小間隙漏水量,但不小于水導(dǎo)處軸的最大擺度。此離心盤(pán)起回流或減壓作用。
本裝置的工作原理是:開(kāi)機(jī)時(shí),在水流沖擊下水輪機(jī)主軸帶動(dòng)抗磨環(huán)4和離心盤(pán)7一起轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)輪上一部分壓力水通過(guò)離心盤(pán)和密封座之間的間隙進(jìn)入的空腔11內(nèi),在重力的作用下,水又進(jìn)入離心道8內(nèi),在離心力的作用下水向離心盤(pán)圓周運(yùn)動(dòng),然后又回到離心盤(pán)下面,達(dá)到回流水的目的。離心盤(pán)產(chǎn)生的離心力大小與機(jī)組主軸的轉(zhuǎn)速和離心盤(pán)的直徑有關(guān),機(jī)輪轉(zhuǎn)速較高的水輪機(jī),僅用此裝置就能達(dá)到止水的目的,機(jī)組轉(zhuǎn)速較低或者離心盤(pán)直徑較小時(shí),離心盤(pán)產(chǎn)生的離心力小于轉(zhuǎn)輪上水壓力時(shí),水就緩緩進(jìn)入到空腔11內(nèi)且進(jìn)一步上行,但壓力已變的很小,當(dāng)水上升到頂板5時(shí),水壓通過(guò)壓力孔6作用在橡膠平板3上,使橡膠平板3緊貼在抗磨環(huán)4上,阻止了水進(jìn)一步向上流動(dòng),從而達(dá)到了止水的目的。
本裝置的最大特點(diǎn)是安裝了離心盤(pán),以動(dòng)止動(dòng),靜止的物體很好密封,但密封轉(zhuǎn)動(dòng)的部位并非容易,以往多被動(dòng)的采用靜止的東西硬封轉(zhuǎn)動(dòng)的東西,現(xiàn)巧妙的利用了轉(zhuǎn)動(dòng)部分自身來(lái)密封自身,方法新穎。本裝置的另一個(gè)特點(diǎn),是無(wú)接觸密封,利用間隙水膜封水,摩擦力小,當(dāng)空腔11內(nèi)的水達(dá)不到橡膠板時(shí),橡膠板3與抗摩環(huán)4根本不接觸,沒(méi)有摩擦,所以本裝置使用壽命長(zhǎng)。離心盤(pán)可以鑄造另作必要的加工,抗摩環(huán)配合面需加工光滑與平整,橡膠板要軟硬適中具有彈性為好。整個(gè)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易制造,安裝方便。
自從岸堤水電站一號(hào)機(jī)水輪機(jī)主軸密封裝置改造后,導(dǎo)葉開(kāi)度開(kāi)至80%運(yùn)行時(shí)幾乎沒(méi)有滲水,本裝置運(yùn)行半年多來(lái),狀態(tài)良好,安全可靠,從真正意義上結(jié)束了岸堤水電站一號(hào)機(jī)水輪機(jī)主軸不能封水的歷史,效果很好。