抽蓄电站水泵水轮机主轴密封损坏的分析及处理

处理措施及原因进行分析讲解。思考相关缺陷产生过程中的现象及可能的结果，在日常维护及检修过程中，合理 安排主轴密封的检修维护内容,确保主轴密封能正常运行。对水电站类似结构的主轴密封问题的处理有一定借鉴 意义，同时帮助相关电站完善检修维护的内容。关键词：主轴密封;甩水;磨损块;弹簧;水箱中图分类号:TK730.3+25

文献标识码：B

文章编号:1672-5387(2019) 11 -0042-03DOI：10.13599/j.cnki.l 1-5130.2019.11.0151背景描述某抽蓄电站机组水泵水轮机型式为立轴、单级、

混流可逆式水泵水轮机,与额定转速为300 r/min、

50 Hz发电电动机通过主轴法兰连接。转动方向为:

成一层水薄膜，镜板与磨损块之间不会直接接触,

它的水膜间隙是靠16根调节弹簧的预紧力来调整 的。浮动环上还有4个RTD以及密封块的磨损测 量装置。表1型式材料主轴工作密封规范机械式/轴向/自调节酚醛树脂水轮机工况俯视逆时针，水泵工况俯视顺时针。为

了保证水导轴承的正常工作,必须在水导轴承下采

工作密封进水压力取密封措施，防止压力水从主轴和顶盖之间渗入水 导轴承，破坏水导轴承的正常工作。主轴部分的密

0.3-1.1 MPa工作密封最小进水流量工作密封水膜厚度6.6 m3/h40 |im封分为两大类:轴承运行中的密封主轴密封和轴承 检修或停机时的检修密封。抽蓄电站机组主轴工作密封的形式为液体静 压轴向机械式密封,密封块材料为酚醛树脂合成材

2发现问题初期及处理方法(1) 2017年1月21日，3号机组在抽水调相运行，

oncall人员巡检过程中发现主轴密封水箱甩水。运

料，具有很好的抗磨耐热性能，详细参数见表1。主 轴工作密封的功能,主要是通过磨损块与镜环之间

形成的水膜防止发电调相或抽水调相时转轮室中跑

维人员现场检查认为主轴密封水流量及水压过大导

致主轴密封抬起过高,密封不严引起甩水。采取措施:降低主轴密封水流量及水压,原流量

气，另外还兼顾一定的止水作用。磨损后轴向调整

量大，缺点是当弹簧作用力不均匀时，密封块容易

为15 mVh,调整为8 n?/h,调整后基本不再甩水。后 实际运行中流量最低低至6m3/h,处理主轴密封流

偏卡偏磨,对密封块出厂质量和现场检修质量要求

高。主轴密封具有自调节的功能，主要是因为在主 轴密封块上有4根均压管,下腔与尾水连通，上腔通 至浮动环的上端面，这样就使得浮动环的上、下端

量调节阀,发现调节阀均压管进水侧堵死,经处理后

流量调节正常。(2) 2月份,3号机组定检时拆开主轴密封水箱

盖进行检査,发现静止态水流从固定环、浮动环之间面的水压平衡，不论是发电工况还是抽水工况都不

会导致浮动环抬起或与转动密封环抱死。主轴密

收稿日期：2019-09-19作者简介：陈勇(19-),男,工程师，从事机械检修维护工作。

封的润滑水通过12根水管进入2个密封面之间，形第11期陈勇:抽蓄电站水泵水轮机主轴密封损坏的分析及处理43的缝隙流出（图1）；并且测量磨损块高度发现磨 损块对称方向高度有些许偏差。将机组调相压水主

压水阀手动打开15 s压水，气流从固定环、浮动环（3）3月初，机组调相运行压水后无法保持，主轴

密封漏气量增大，在机组抽水调相过程中，压水补气

阀打开进行补气已无法将尾水再次压至尾水位信号

高（尾水水位监测装置主要有太高、高、低、太低4个 监测点）以下位置,临时修改逻辑，将压水补气换成

主压水阀进行补气，并决定将3号机C修提前。3主轴密封C级检修发现问题及处理方法（1） 3月150,3号机C修开工，在对主轴工作密

封拆解后,发现磨损块损坏严重,磨损块靠外侧烧 损，且磨损块存在严重的偏磨现象。在检修过程中

对6块磨损块进行整体更换。⑵检修时发现036' 01.032,033,034密封，均 已老化严重，存在破损的现象。3月23日厂家人员

到现场粘接主轴密封036' 01.032,033,034密封，更

换主轴密封调节弹簧。（3） 3月28日，修后试验时,在机组调相压水转停

机以及调相转抽水运行时主轴密封仍有甩水，甩出 气、水混合物。此时主轴密封泵流量13.5 n/Zh,压力

1 MPao调整流量值10.5 mVh,压力0.9 MPa,效果不

明显。排查主轴密封浮动环均压管，均压管滤芯清 洁，管路通畅。（4） 3月29日重新排水，打开主轴密封水箱盖发

现水箱底板连接缝处036 ' 04.008密封处漏气（主

轴检修密封投入），且036' 04.008密封已不见踪影。

重新手工制作密封条，打胶固定，试验发现,在机组

调相压水转停机以及调相转抽水运行时主轴密封甩

水现象已完全消除。4修后原因分析4.1主轴密封磨损块磨损严重的原因分析4.1.1主轴密封检修中出现的现象主轴密封磨损块出现了偏磨的现象，最低处的

磨损块测量值为5.5 mm,磨损块磨损严重。4.1.2主轴密封磨损块磨损较大原因分析（1） 主轴密封用水量骤减导致1） 主轴密封增压泵故障:流量及压力变小导致

机组启动后间隙变小使磨损块磨损量较大。经检查, 主轴密封2台增压泵均能正常运行。2） 主轴密封调节阀故障:主轴密封调节阀的平

压管堵塞,下腔压力一直保持着排不出去，导致上腔

开度减小,主轴密封水流量减小,在调节弹簧的作用

下,导致机组启动后磨损块与镜板的间隙变小，使磨 损块加快磨损。3） 主轴密封水管路堵塞:流量变小导致机组启

动后间隙变小使磨损块磨损量较大。经检查，水管 路中的过滤器及逆止阀均能正常运行，未发现堵塞

现象。（2） 主轴密封调节弹簧故障导致调节弹簧由于形变的变小使弹力变小,由于各

个弹簧的弹力变化不均,使机组在运行时磨损块与

抗磨板之间的间隙不均匀，同时主轴密封水从间隙

大处流出量较多，间隙小处更较少，导致偏磨情况的

发生并不断的恶化。4.2主轴密封水箱甩水的原因分析可以发现当036' 01.032,033,034密封老化密 封不严时,尾水管的水将经过主轴检修密封（正常时

不投入）,不经过主轴工作密封直接从固定环、浮动

环之间的缝隙流出，进入主轴密封的水箱。此时主 轴工作密封已经无法起到防止尾水泄漏进入机坑。（1） 在机组停机稳态时,拆除水箱盖板,发现有

水流从固定环、浮动环之间的缝隙流出。（2） 在机组发电运行时，因密封没有完全损坏,

此时的尾水水压力大约在6 MPa左右,少量水进入

水箱,所以此时机组运行会有轻微的甩水现象。（3） 在机组抽水调相运行时,此时尾水在压水充

气状态,气压在8 MPa左右,且气体更容易从细缝 中渗漏出，此时机组运行会甩出较大量的气、水混合

物。当机组抽水调相转抽水时，此时排气过程中，尾

44水电站机电技术第42卷水将逐渐升高，发现这时的水车室内会甩出大量的

水,且伴有刺耳的响声。抽水稳定运行后，情况恢复 至发电运行时的状态。结果:主轴密封装置中的橡胶密封条或密封圈 已出现较大的磨损,无法继续正常止水。4.3原因总结主轴密封损坏的原因主要为，主轴密封调节阀

故障、036' 01.032,033,034等密封老化，致使主轴

密封长时间在不正常的状态下运行,最终导致主轴

密封磨损块偏磨、主轴密封水箱甩水等严重缺陷。5事后分析总结5.1思考缺陷产生过程中的现象与可能的结果 5.1.1磨损块偏磨缺陷⑴磨损块发生偏磨的前期1） 现象:主轴密封水流量骤减并小于6.6 m3/h

调节阀故障、管路堵塞,特别是在机组运行期间值出 现流量小于6.6 m3/ho可能的结果:磨损块磨损加剧，若出现某处弹簧 弹力变小则肯定出现偏磨。2） 现象:主轴密封水流量变大-弹簧故障，以大

于15 m3/h为界。同时要求结合磨损块测量高度对

称方向是否相同。可能的结果:主轴密封漏水量较大，由于主轴密

封磨损块的间隙不等从而导致偏磨发生。3） 现象:磨损块高度进行测量时出现有明显低

点，高低点相差值大于］mm（排除测量误差）时。可能结果:磨损块已经发生了轻微的磨损情况。（2）磨损块已经发生偏磨1） 现象:主轴密封浮动环止动销的连接板发生

变形,甚至导致止动销或者连接压板的固定螺丝 断裂。结果:止动销侧的浮动环已经出现了下坠，磨损

块已经磨损。2） 现象:磨损块指示装置显示磨损量较大。结果:磨损块指示装置侧的浮动环出现下坠，磨

损块已经磨损。3） 现象:在调相压水过程中压水时间过长或者

调相不成功,水车室内出现甩水。结果:主轴密封磨损块已出现较大的磨损O5.1.2主轴密封甩水缺陷⑴主轴密封甩水缺陷的前期1） 现象:机组水车室内能听到吹哨子声,尤其是

机组在抽水调相状态时。可能的结果:气体冲刷镜板表面或其他位置，将 加速破坏主轴工作密封的相关部件，出现甩水现象。2） 现象:从水箱盖板顶上溢出有少量的水。可能的结果:机组尾水管内的水从主轴密封处 渗漏进水箱内，致使水箱排水管来不及排水,出现甩 水现象。（2）主轴密封已经发生甩水1） 现象:水箱盖板拆除后，主轴工作密封浮动环

与大轴间隙处，出水量明显增大。结果:主轴工作密封已存在故障，无法正常工

作,机组运行时，将出现甩水现象。2） 现象:水箱盖板拆除后，主轴工作密封浮动环

与固定环间隙处，有明显水流翻滚现象。结果:主轴密封中036' 01.032,033,034等橡胶 密封件损坏,机组运行时,将出现甩水现象,尤其是

在机组抽水调相转抽水时,特别明显。5.2近期结果在对3号机组主轴密封进行检修后，对主轴密 封的巡视检査、维护检修内容进行了调整，在日常

维护及月度定期工作过程中，严格执行检査维护规 定的工作内容,3号机组在修后未再次出现水箱甩

水现象。因该电站其他3台机组也为同类型机组,

且也运行至今已近10年，考虑到主轴密封各部件老

化、磨损等现象与3号机组有类似情况，在机组检修 期间逐渐对橡胶密封圈进行整体更换,对磨损块进

行检查测量,必要时也进行了更换，该电站机组主轴

密封甩水现象未再出现。希望本文对水电站类似结

构的主轴密封问题的处理方法及今后检修维护的方

向有一'定借鉴意义O参考文献：［1］ 梅祖彦.抽水蓄能发电技术［M］.北京:机械工业出版社，

2000.［2］ 陆佑楣，潘家铮.抽水蓄能电站［M］,北京：水利水电出版

社,1992.［3］ ，郑源.抽水蓄能技术［M］.南京：河海大学出版社，

2011.