浅谈孟拖水电站水轮机主轴修复及主轴密封改造

浅谈孟拖水电站水轮机主轴修复及主轴密封改造

寇世锋

四川金惠电业有限公司 四川省天全县 625500

摘要：通过对孟拖水电站水轮机主轴密封存在的结构性缺陷、主轴磨蚀状况及维修难度、维修成本高进行了分析，提出了改造的必要性。主轴修复及主轴密封技术改造方案（水压式端面密封结构）对比、显然主轴密封改造后， 机组维修难度降低，运行时限增加，安全稳定性提高。

关键词：水轮机主轴；修复；主轴密封改造

孟拖水电站位于四川省道孚县瓦日乡境内，雅砻江一级支流鲜水河上。电站为低坝引水式电站，取水口位于瓦日乡上游卓卡村，厂址位于瓦日乡政府下方。

孟拖电站于2006年3月开始修建，2008年7月投产发电。该电站水轮发电机组由南平电机厂生产，3台轴流定桨式水轮发电机组总装机容量为3×6300kw（发电机型号：SF6300—24/4250，水轮机型号：ZDN456—LH—236） ，保证出力8408 kw，多年平均发电量13295万kw·h，年利用小时数7034h。

一、项目提出的背景及改造的必要性

（一）项目提出的原因

由于机组设计、制造及电站水质等方面原因，目前孟拖水电站3台机组主轴密封均存在如下问题：

1．现主轴密封结构缺陷

（1）现水轮机主轴密封结构型式为盘根密封。主轴与密封配合部位镶嵌不锈钢衬套，密封件采用聚四氟乙烯材料。通过聚四氟乙烯密封件与不锈钢衬套接触起封水作用。当密封材料磨损后，通过调节压板，施加密封件一定外力，减小密封件与衬套的间隙，从而减小漏水量。

（2）此结构在水流泥沙含量较大情况下，主轴密封大量含泥沙漏水进入盘根与衬套之间，在机组运行时因泥沙水流随主轴高速旋转切割密封衬套造成主轴密封衬套磨蚀。

2.主轴磨蚀状况及存在问题

（1）主轴密封衬套磨蚀后，造成主轴密封漏水量增大，严重时会造成集水井排水频繁且漏水不能完全排出的风险，从而造成运行成本增加并严重影响机组运行安全性、稳定性。

（2）主轴密封衬套磨蚀严重（单边厚度15mm），最严重的已磨蚀至主轴本体（本体磨蚀沟槽最大深度约8mm）。

（3）密封成套磨蚀后直接磨蚀主轴本体，若发现或修复不及时易造成主轴本体磨蚀；主轴本体磨蚀后会严重影响主轴强度，给机组安全稳定运行带来重大安全隐患。

（主轴密封衬套及主轴本体磨蚀状况）

3．维修难度及维修成本高

（1）因主轴返厂才能进行更换或修复密封衬套，导致运输成本增加。

（2）修复难度及修复成本高

（3）主轴密封衬套修复主要工艺：

① 上车床去除原不锈钢密封衬套；若主轴本体磨蚀则先修复本体。

② 投料新制不锈钢密封衬套，并机加内孔；

③ 采用塞焊、封边焊接方式镶焊不锈钢密封衬套；

④ 机加密封衬套外圆。

说明：为控制焊接变形及焊接裂纹，主轴本体补焊、镶焊密封衬套全部采用氩弧焊接方式在重型卧式车床上进行。

图1：去除密封衬套及主轴本体修复

图2：镶焊不锈钢密封衬套

图3：机加密封成套

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（二）改造的必要性

1．因电站水质较差，故目前主轴密封采用盘根密封结构形式不适用。

2．运行维护不便，维修难度及修复成本过高。

（1）需要修复主轴密封衬套时，需要拆卸整个机组才能将主轴返厂进行修复。

（2）修复时需要对主轴进行焊接作业，存在潜在焊接风险。

（3）主轴运输费用高、修复工艺难度大且修复时间较长。

3.密封衬套及主轴易磨蚀，且机组运行过程中密封衬套磨损状态难以观察。

4．运行过程中潜在安全风险较大。

（三）建议措施

针对孟拖电站的水质及主轴磨损情况，仅从密封结构可靠性和机组运行安全性出发，应对现有密封结构进行改造，建议将现有密封结构改造为水压式端面密封结构。

二、主轴修复及主轴密封技术改造方案

因水轮机主轴密封衬套已产生磨蚀，故在进行主轴密封改造时应按如下步骤进行改造与修复工作：

（一）水轮机主轴密封衬套修复与改造

（二）新制水轮机主轴密封（水压式端面密封结构）

1.主轴修复与改造方案

（1）主轴返厂清洗、清理；

（2）上卧车全面检查主轴各尺寸及形位公差，并记录；

（3）车削去除原主轴密封衬套，见主轴本体；

（4）采用氩弧焊方式堆焊主轴本体磨损部位，焊前预热以防止产生变形；粗加工探伤无缺陷后以最小见光亮车削主轴此配合轴颈；

（5）投料制作衬套，并精加工衬套内孔满足要求；

（6）镶焊衬套，并机加外圆满足设计图纸及使用要求；

（7）在密封衬套设计位置机加主轴密封转环定位槽；

（8）对主轴进行探伤检查合格，并检查主轴各尺寸及行位公差满足要求。

2.主轴密封改造方案

经分析孟拖电站现有主轴密封座及主轴结构，建议主轴密封采用水压式端面密封结构型式进行改造（分析比较最优方案）。

（1）主轴密封结构形式

水压式端面密封结构，结构形式详见附图。

（2）水压式端面密封主要部件

（3）密封底座

Q235焊接件。

（4）密封支架

支架底板为Q235；支架内外环板为不锈钢0Cr18Ni9。

（5）空气围带

橡胶Ⅰ-2

（6）主轴密封块

活塞密封块采用进口聚氨酯或聚四氟乙烯材料；

密封底托为不锈钢0Cr18Ni9，并在密封底托内外侧设置密封圈；

（7）转环

通过主轴上的止口进行定位，并与主轴把合为一体；

外圆柱面和上端面设置封板；

抗磨板采用优质不锈钢材料制造，提高抗磨蚀性能。

（8）主轴改造

利用现有主轴，改造加工转环定位止口。

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1：主轴密封座 2：密封支架 3：空气围带 4：主轴密封块 5：转环

（水压式端面密封结构形式示意图）

三、两种主轴密封结构对比

四、改造后的效果

主轴密封改造后，机组修复难度降低，运行时限增加，安全稳定性提高。

参考文献：

【1】李梁大型水轮发电机定子机座加工及铁芯叠片工艺探讨【J】.东方电机

【2】余维坤 汤正义水轮发电机检修技术问答【M】.中国电力出版社，2005

作者简介：寇世锋（1978.7-），男，籍贯：四川渠县，学历：本科学历，高级技师，工程师，研究方向：机电设备检修、安装

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