抽水蓄能机组主轴密封故障分析及新型密封环研制.pdfVIP

石靖伟等：抽水蓄能机组主轴密封故障分析及新型密封环研制 抽水蓄能机组主轴密封故障分析及新型密封环研制 石端伟肖荣清李松柏 (武汉大学动力与机械学院) 摘赛分析了天荒坪抽水警能枫组运行时主轴密封的失效原因．运用流体静力学理论，分析了密 封摩擦面的承载机理，提出了保持操作腔的压力随尾水压力变化而变化是保证水膜承载能力与负载 平衡的关键，井导出了计算公式，为系统结构改造摄供了理论依据．壤密封环属于木纤维素漫溃盼 醛树腿制品，其使用量高温度为150,-．200℃．囊塑密封环采用减摩改性高温树脂，混合有机芳纶 (KEVLAR)碳纤维与无机纤维，并添加了石墨粉、：硫化钼粉、铜粉等同体润滑剂，其使用最高温 度为250-．30012．量后介绍了新型密封环的生产工艺流程． 关键词主轴密封密封环摩擦 从1998年投产运行以来，天荒坪抽水蓄能机组主轴密封的运行可靠性已成为影响机组安全运行的 重要因素之一。主轴密封位于水轮机轴转轮法兰处，为液压自调整轴向式分瓣机械密封，由英国 动环，以封堵尾水压力)和润滑冷却供水腔(冷却、润滑密封摩擦面)，同时主轴密封外环密封腔(简 称密封腔，停机时。该密封腔中的压力为尾水压力)又通过旁通管，与自动过滤器后的供水管路相联。 主轴密封的结构如图1所示。 翼糍耱整 1一水轮机主轴2一冷却水蕾3一内环II盖4一操作腔 甄慝隧肌『 5-：’b环墙盖6一移动环7一顶盖l一压环9一密封环 擎一 圈l主辅密封系统结构 圈2主轴密封流体静力学分析模型 1 主轴密封故障分析 移动环宽只有39．00mm．可见密封环磨损成宽槽主要是移动环径向摆动所致。 (2)密封环工作温度高．主要发生在抽水调相启动工况。在其它工况稳定运行时，也发生主轴密封 温度高而报警，甚至在空载启动时，也发生温度过高现象。表现为由正常摄氏20几度急剧上升到50 多度，密封环有明显的烧损现象． (3、主轴密封封不住尾水。造成水漫顶藏． “】磨损速率较快。造成主轴密封的数次更换。运行至今，密封环使用寿命最长为2880h，是设计寿 第八届全田工程设计年会 命的9％。 (5)主轴密封温度探测元件(RTD)损坏严重。 (6)密封环磨损量机械指示器经常发生故障，无法知道确切的磨损量。主要原因是移动环导向键和 键槽之间摩擦力大，磨损严重，易发生卡死，导致移动环上下移动困难，引起温度升高。 (7)内外环端盖结合面密封不严，造成尾水或调相压水用气泄漏。主要原因是主轴密封操作腔内外 端盖变形较大，刚度不够，移动环外侧的0形密封圈失效。 (8)为了确保主轴密封稳定运行，经常在机组开停机前后人工频繁调整操作腔压力，这样不仅增加 了工作量，同时也导致流量调节阀磨损较大。 由于上述故障，不仅造成经常停机、减少发电量，导致大量的财力和人力浪费，而且对机组本身产 生严重的危害，影响机组正常运行。经一年多运行经验分析和专家论证，进1：3主轴密封系统结构设计和 制造均存在较严重的问题，必须改进。 2主轴密封的流体静力学分析‘1】 假定内外环的刚度、强度足够，无变形：内外环与移动环之间的密封可靠，无泄露。 图2为主轴密封流体静力学分析模型，其中rl=503x10一m，r2=543×10一m，r 3=520．5×10～m，r4=525．5 由于尾水压力变化范围约为0．7～1．195MPa，而转轮旋转时离心力作用后，密封腔压力变化范围为 0．3—1．2 MPa(发电或抽水时约为0．3～0．8 MPa。下面通过流体力学理论计算作用在毛细：符流管 不大，取p3=0．7加．8MPa。技术供水压力ps=1．5 输出口的压力口{。 不锈钢移动环的自重：