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軸流轉(zhuǎn)槳式水輪機(jī)槳葉型密封泄漏原因分析及處理
國內(nèi)電氣工程軸向流動的輔助船只的“iii”型密封問題普遍存在,導(dǎo)致泄漏和污染水資源。大黑汀水電站的5臺機(jī)組于1986年投入運(yùn)行,從1996年開始相繼出現(xiàn)了轉(zhuǎn)輪漏油事故,其中1#水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪漏油量每周高達(dá)400kg,2#水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪漏油量每周300kg,對引灤入津的源頭造成了污染,不僅影響機(jī)組的正常運(yùn)行,而且嚴(yán)重影響津、唐兩市的供水質(zhì)量。為此,大黑汀電站與天津市機(jī)電科技開發(fā)中心有關(guān)技術(shù)人員,于1996年10月至1997年3月、1997年10月至1998年3月,分別對1#、2#機(jī)的水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪密封部位進(jìn)行拆卸,查找漏油原因,并提出了防止漏油的對策,對槳葉“λ型”密封進(jìn)行了改造處理,經(jīng)運(yùn)行考驗(yàn),無任何漏油現(xiàn)象,不但保證了機(jī)組的安全正常運(yùn)行,而且確保為津、唐兩市人民提供清潔水源,取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益與社會效益,并為國內(nèi)其它有漏油現(xiàn)象的水電站,提供分析處理“λ型”密封漏油問題的成功經(jīng)驗(yàn)。1“iii”密封結(jié)構(gòu)原理1.1發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速n和飛逸轉(zhuǎn)速水輪機(jī)型號ZZ260-LH-250;設(shè)計(jì)水頭H為14m;設(shè)計(jì)流量Q為37m3/s;額定轉(zhuǎn)速N為187.5r/min;額定功率N為320kW;飛逸轉(zhuǎn)速np為437r/min;機(jī)組臺數(shù)為5臺;吸出高度Hs為-2m;轉(zhuǎn)輪接力器操作油壓pc為2.5MPa;轉(zhuǎn)輪體內(nèi)腔油壓Pi=0.2~0.3MPa,其油量約為340L。1.2旋轉(zhuǎn)體密封原理及設(shè)計(jì)槳葉“λ型”密封的結(jié)構(gòu)原理見圖1,這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)要求密封圈在環(huán)形槽內(nèi),A、B、C面都應(yīng)貼緊。所以設(shè)計(jì)“λ型”密封圈內(nèi)孔與葉片法蘭有一定預(yù)緊量,外圈與轉(zhuǎn)輪體有一定頂緊量(見表1)。預(yù)緊量是靠組合零件本身尺寸精度、幾何精度及安裝精度來保證的,然后通過彈簧的壓力并借助于頂起環(huán)、壓蓋等零件使密封圈按設(shè)計(jì)要求定位。葉片轉(zhuǎn)動密封圈不會隨著轉(zhuǎn)動,在油壓、水壓作用下可以貼緊密封面,起到良好的密封作用。經(jīng)過電站試驗(yàn)和實(shí)際運(yùn)行,表明它具有良好的密封性能,結(jié)構(gòu)緊湊,裝拆方便?!唉诵汀泵芊馊槟陀椭杏蚕鹉z,用壓模熱壓而成,其結(jié)構(gòu)尺寸見表1、圖2。橡膠的物理機(jī)械性能見表2。2通過測量和逃離心臟的原因2.1型機(jī)設(shè)備的檢測結(jié)果1997年10月和1998年10月,電站分別對1#轉(zhuǎn)輪和2#轉(zhuǎn)輪吊出機(jī)坑進(jìn)行了漏油試驗(yàn),試驗(yàn)油壓為0.5MPa,具體數(shù)據(jù)見表3。在天津機(jī)電科技開發(fā)中心將轉(zhuǎn)輪解體后,分別以“λ型”密封圈、葉片樞軸、壓環(huán)、頂緊環(huán)、軸瓦、彈簧等進(jìn)行測量,檢查結(jié)果如下:①密封圈已老化,失去彈性,并有龜裂現(xiàn)象;②頂緊環(huán)結(jié)構(gòu)完好,但與底面之間距離不均勻,有的相差3~5mm;③彈簧形狀完好,實(shí)測受力變形不均勻,疲勞破壞;④槳葉軸瓦,1#機(jī)的2#、3#葉片軸瓦磨損較為嚴(yán)重,設(shè)計(jì)間隙0.05~0.168mm,實(shí)測間隙0.21~0.33mm,嚴(yán)重的達(dá)到0.54mm;⑤槳葉軸頸,其密封配合面粗糙度6.3,而設(shè)計(jì)要求粗糙度0.8,個(gè)別的還有磨痕。2.2型旋轉(zhuǎn)彈簧失效機(jī)理(1)“λ型”密封圈老化。“λ型”密封圈為轉(zhuǎn)輪密封的主要密封件,其材料為丁氰橡膠CH-17,應(yīng)具有較好的彈性,但因材料老化,幾乎失去彈性,并有裂紋,是造成漏油原因之一。(2)彈簧失效。如圖2所示,作用在“λ型”密封圈上的水壓力為:式中,最大水頭Hmax為14m;密封圈外徑D1為44cm;密封圈內(nèi)徑D2為40cm。作用在每個(gè)彈簧上的壓力為:Z為彈簧個(gè)數(shù)按16個(gè)計(jì),彈簧的預(yù)緊力是按上述力計(jì)算而保證的。當(dāng)機(jī)組遇事故緊急停機(jī)時(shí)其壓力上升值為以前的2倍,則每個(gè)彈簧受力為2ps=46kg。由于長期運(yùn)轉(zhuǎn),彈簧在交變載荷作用下容易產(chǎn)生失效,從而造成彈簧受力不均。(3)槳葉軸瓦磨損造成槳葉軸頸與軸瓦的間隙過大,超過設(shè)計(jì)間隙,使壓力油腔串油,加大了漏油量,嚴(yán)重的造成“λ型”密封內(nèi)外圈受力不均,密封效果差,并影響使用壽命。3密封唇邊幾何形狀及尺寸精度的設(shè)計(jì)及制造控制了根據(jù)以上分析,要確?!唉诵汀泵芊膺\(yùn)行安全可靠,不是僅僅換上一套新的零部件而已,而是要以系統(tǒng)工程的眼光研究對策,從設(shè)計(jì)→制造→安裝調(diào)測,每一個(gè)環(huán)節(jié)都得進(jìn)一步優(yōu)化,都要質(zhì)量到位,這樣才能真正保證這套密封部件的運(yùn)行質(zhì)量。為此作如下處理:(1)重新進(jìn)行壓模的優(yōu)化設(shè)計(jì)和制造,充分考慮了“λ型”密封圈密封唇邊幾何形狀及尺寸精度的要求,仔細(xì)計(jì)算決定壓模的形狀、尺寸及工藝要求,嚴(yán)格掌握橡膠的壓縮量及反彈變形量,嚴(yán)格控制壓模壓制時(shí)的工藝規(guī)范,使模壓成型的“λ型”密封圈的模具經(jīng)精細(xì)研磨達(dá)到了設(shè)計(jì)、制造精度要求,形位公差6~7級,尺寸公差控制到7~8級。(2)對丁氰橡膠CH-17的材料進(jìn)行嚴(yán)格的檢驗(yàn),完全符合機(jī)械、物理性能要求。(3)仔細(xì)裝配密封圈,使密封唇邊處處均勻貼合在密封面上,真正做到密封到位。(4)按新的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造彈簧,檢測并均符合設(shè)計(jì)要求。(5)按規(guī)范要求將彈簧和壓緊環(huán)重新安裝,使其符合預(yù)緊力要求。(6)重新設(shè)計(jì)制造銅瓦,使軸與瓦的間隙符合優(yōu)化設(shè)計(jì)要求。(7)安裝銅瓦時(shí),確保軸與瓦的間隙達(dá)到設(shè)計(jì)要求且均勻一致。(8)各密封部件裝配完成后,應(yīng)經(jīng)檢驗(yàn)人員進(jìn)行嚴(yán)格要求檢測驗(yàn)收,確認(rèn)各零件按設(shè)計(jì)圖紙要求安裝調(diào)整到位,符合安裝精度要求。4槳葉的浸漏按上述要求裝配完成后,向轉(zhuǎn)輪體進(jìn)行充油、排氣、加壓,壓力穩(wěn)定在0.5MPa,操作槳葉做全行程開啟與關(guān)閉,在12h內(nèi)操作槳葉啟、閉12次,槳葉密封處無浸漏現(xiàn)象。從投運(yùn)至今,1#機(jī)組已運(yùn)行2年,2#機(jī)組已運(yùn)行1年,未發(fā)現(xiàn)槳葉密封處有漏油現(xiàn)象,也未發(fā)現(xiàn)水頭高時(shí)水滲進(jìn)轉(zhuǎn)輪體內(nèi)的現(xiàn)象,實(shí)踐證明:新的“λ型”密封的雙向密封性能好,使機(jī)組達(dá)到安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行,取得了顯著的
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