台兰河一、二级水电站水轮机主轴密封的技术改造

台兰河一、二级水电站水轮机主轴密封的技术改造

李茂辉

国电阿克苏河流域水电开发有限公司 843000

摘要：通过对台兰河水电站水轮机主轴密封的技术改造，介绍了改造背景，项目的实施性，新密封装置的工作原理及止漏效果，展示了新密封装置的可行性和通用性。

关键词：水轮机；主轴密封；技术改造；台兰河水电站

1工程概况

国电阿克苏河流域水电开发有限公司台兰河一、二级水电站位于新疆阿克苏地区温宿县佳木镇，为台兰河灌区总干渠上游梯级电站，工程规模均为小（1）Ⅳ等工程，电站于2012年12月投产发电。台兰河一、二级水电站为径流式引水电站，一级站从天然河道取水，二级站从一级站尾水取水。由渠首、引水渠、前池、压力钢管、电站厂房、渠系交叉建筑物组成。引水渠道长11.2km，设计引水流量56m3/s。台兰河二级电站装有4台立式混流式水轮发电机组，总装机容量48MW（2×19.2MW+2×4.8MW）。前池设计水位1547.3m，额定水头99m，主要任务是发电，承担系统基荷，供电范围在阿克苏电网。

2项目改造背景

台兰河一、二级水电站8台水轮发电机组主轴密封都采用的是梳齿非接触式密封结构，密封效果不理想，上游来水泥沙含量较高，汛期达到4.2kg/m3，间隙部位磨蚀严重，间隙变大造成漏水增多，机坑排水管排水不畅，水位抬高。2015年汛期，多次出现水位抬高，水淹水导油槽，机组被迫停运，为保证16年各机组设备稳定运行，为此我集思广益借鉴了一种新的密封结构，在15年汛后机组大修期间对台兰河4、5、6号机组进行了相应改造，对剩余未改造的机组更换了新的主轴密封备件，经过16年一个汛期试验对比，在成本、安全稳定运行方面都优于未改造的主轴密封，因此我觉得此方案是可行的，为保证此改造方案的可行性，对进行改造后的台兰河4、5、6号机组进行原理介绍及改造前后效益对比。

备注：1、2、5、6为大机组（19.2MW），3、4、7、8为小机组（4.8MW）

3梳齿非接触式密封结构原理以及应用情况

图 1为原水轮机主轴密封设计的梳齿非接触式密封结构，由密封体、密封套、密封底板、空气围带组成。密封体内设置多层梳齿，当从水轮机上下梳齿渗漏的水到达密封体时，梳齿可降低水压，通过凹槽内的排水孔排至集水井。

图1

该结构磨损小，止水效果好，原则上是可降低成本，首先转轮上冠与顶盖之间采用梳齿式密封止漏结构，这种止漏方式可以有效的减少水轮机的漏水，其次进入间隙的水多数进入转轮上冠背面，通过顶盖上的四根排水管引至下游，另转轮上冠没有泵板装置，也可减少往主轴密封漏水，最后只有剩余少量水经过主轴密封，主轴密封的密封体内设置多层梳齿，用于抵消剩余水压，密封体上有两根直流排水软管将剩余的少量水排至集水井，密封体与密封套上部是没有水流处的。我单位四个水电站主轴密封都采用此结构，小石峡、吐木秀克水电站机组运行至机组大修前，个机组主轴密封漏水都非常小，因台兰河为多含沙河流，含沙量较大。运行一段时间后，由于止漏环、梳齿以及泵板被泥沙磨损导致间隙增大，漏水量加大，原设计的后端密封为无接触的小间隙密封已经不能有效起到密封作用加之全年来水不均匀，负荷调整频繁等因素加速了非接触式密封间隙的磨损，漏水增加加快，水贱至旋转油盆，出现烧瓦现象，被迫停机检修。因此个人推测此结构适用于清水电站。

4新密封的结构特点与作用原理

在原有的主轴密封设计基础上进行了部分噶找，将原主轴密封梳齿式间隙密封改造为接触密封，改造方式如下：

1. 将原主轴密封的密封体内的梳齿进行改造，内部使用填料止水，为防止泥沙小颗粒磨损导致接触部分很快失效，填料所用材料为耐磨的弹性聚氨酯材料。在水压的作用下，紧紧贴合密封套，实现接触密封。具体改造见图2

2. 密封套（转动部分）基材为不锈钢的，为增大与填料接触面积，实现多层止水，对密封套连接的螺栓进行减少，连接螺栓由8个变为4个，表面采用超音速火焰喷涂，粉料需为水轮机专用抗腐蚀烧结破碎型碳化钨粉，显微硬度1000-1100HV0.3，抗磨能力是0Cr13Ni4Mo不锈钢的70-80倍，磨削后涂层有效厚度≥0.15mm。涂层表面光洁度要达到Ra0.8以下，以保证密封的有效性。

图2

5效益分析

技改本密封后，16年台兰河4、5、6号机组运行效果良好，全年水车室漏水小，未出现非停现象，产生了一系列经济效益。

1. 降低密封结构成本。原非接触式密封中的密封体为铸钢、密封体为不锈钢，结构均是易磨件，密封体磨损较快，外出加工易变形，使用寿命短。而新密封结构，易损件仅为弹性聚氨酯材料，为耐磨型材质，在含沙大的水中也能较好的使用，实践证明台兰河所技改主轴密封的机组（4、5、6号）使用一年未出现漏水大情况。

2. 多创发电量，因水导油槽进水被迫停机维护，2015年累计损失电量约1500万kWh，2016年未出现非停情况。

3. 减少透平油损耗，因水导油槽进水，对水导油盆的透平油进行更换，2015年损失透平油约2300kg，2016年技改的机组透平油损耗非常小。

4. 减少物资购买成本，2015年因主轴密封漏水增大，大量泥沙经过机坑排水管进入集水井，集水井因泥沙较多，水位浑浊状，本厂采用的是深井泵，吃泵适用于清水介质，因长期运行泥浆水加之渗漏泵启动频繁，泵内转动部分磨损严重，存在安全隐患，迫使停泵进行解体维护，全年更换渗漏泵备件6套，技改后的机组漏水较小，对渗漏泵运行提供了安全启动的间隙时间，全年更换渗漏泵备件1套。

5. 减少自动化备件成本，2015年水车室内由于水位上涨或者飞溅的漏水，导致电气元件损坏，整个汛期8台机组更换了15个位移传感器，技改后全厂总自动化元件损坏明显减少。

6结语

本密封结构具有重量轻，结构合理，设计科学，安装方便，止漏效果好的特点，有一定的通用性，本密封结构的成功应用，得到许多水质不好的水电站人员的好评，因此台兰河水电站后期会对剩余未技改的机组逐步进行技改。

作者简介

李茂辉（1988~）男，助理工程师，现从事水电站设备管理工作