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浅谈对主轴密封材质进行改造
2012年04月13日 16:30 密封产业网

  主轴密封问题一直是影响A厂机组可用率和机组安全运行的不稳定因素,虽然厂家对主轴密封材质进行了多次改造,但仍然没有彻底解决主轴密封在运行过程中不时发生碳精烧损的问题。自2003年以来,我们在平时的主轴密封烧损检修和更换及机组大修过程中对主轴密封的烧损原因不断作分析研究,找出了烧损的主要原因,对主轴密封的安装、调整进行多次优化、改进,确定了一些相应的处理、改进办法,同时,电厂也积极寻找国内备件供应渠道,以减少向国外购卖备件从而降低运行成本,所有这些,对主轴密封的安全、经济、稳定运行提供了一定的保障,有效延长了主轴密封的运行时间。广州蓄能电站机组主轴密封结构形式广州蓄能电站A厂机组主轴密封的形式是采用平衡式流体静压径向双端面的平面密封结构。主轴密封安装在水导油盘盖上,与旋转油盆一起旋转,主要由活动环、固定环。碳精密封环、抗磨环、弹簧平衡装置、活动环导向防旋转装置、供水管路等部件构成,。活动环由Z5CN17-04M不锈钢制成,环的下端面安装碳精密封环,碳精密封环分四瓣,由42颗螺栓M12内六角螺栓固定在活动环上,可随活动环一起上下移动,随水导油盘一起转动。碳精环采用碳精镶嵌结构,接触面为碳精材料MY10,母体为不锈钢材料。密封环与下面的不锈钢抗磨环相贴合,抗磨环的材料成分是不锈钢(Ocr16Ni3,布氏硬度200-300HB)。主轴密封的原理相当于一个静压轴承,当两相对滑动面密切接触时,间隙H=0,供水腔的水压及被密封水足以使活动环抬起,将两滑动面分离。而当两滑动接触面间隙过大时,活动环在平压腔水压、弹簧装置和自重的作用下使两接触面靠近。主轴密封的供水还起润滑和冷却作用,不论机组在停机或运行状态都需要投入密封供水,其特点是主轴密封操作腔和密封腔相互独立,操作腔压力很难调节,没有自调节适应能力。此外,此密封材料脆且耐磨性能差,由于其水导轴承和主轴密封连在一起,每次检修都要拆卸水导轴承,检修工作量大,检修困难,是它的主要问题之一。广州蓄能电站B厂主轴密封形式为弹簧复位自平衡式径向双端面的平面密封结构,如所示。密封环上的密封材料为复合树脂,其耐磨性能较好。抗磨环为不锈钢材料,安装在水轮机主轴下法兰端面上与水轮机轴共同旋转。其结构简单,凹形密封腔压力直接作用在凹形密封环上,自平衡式平面密封结构可靠,主轴密封浮动式自适应能力较好,且密封材料刚度及强度适中,密封材料不易崩裂,检修起来方便,主轴密封可以单独检修,只是检修空间小一些。

  另外,还发生主轴密封向上抬起,内环漏水量急速增大,内环排水管道无法及时排出漏水,导致水导轴承进水等多起事故。从A厂主轴密封运行情况统计分析,厂主轴密封碳精烧损和水导轴承进水事故,大都发生在工况转换和调相工况下广蓄电站B厂机组自1999年投入运行以来,主轴密封运行一直比较稳定、可靠,烧损及更换次数也不多,即使轻微烧损进行修复后也仍可投入运行。B厂机组主轴密封碳精运行统计见所示。主轴工作密封安装及检修分析A厂机组主轴密封的安装及检修更换相对B厂而言,工艺要求高,工作量大,但其作业空间比较宽,便于施工(B厂主轴密封可以单独进行检修)。现以上述A厂4号机为例,在拆卸后发现主轴密封碳精和抗磨环已烧毁,必须进行检查及新备品的更换处理过程吊起水导瓦支撑大盖,检查六条弹簧导杆:检查中未发现导杆有弯曲现象及螺牙破损,回装时采取活动环压板限位的安装方法,将相邻的两块压板间隙反向安装,并保留12mm间隙。同时也检查了导杆的垂直度,*后加了定位胶防止其松动,这样可防止活动环的大量移位而导致的发卡现象。主轴密封检查。碳精环吊起后,发现内外环已遭到严重烧毁;油盆盖上随处可见崩缺的碳精环碎片,抗磨环的外环也磨出一整圈的沟槽,*深处达10mm.主轴密封已完全报。在更换新主轴密封备品的施工当中,我们严格执行主轴密封安装要求:抗磨环接合缝应保证有0.050.08mm的间隙。盘车检查其表面波浪度不大于0.10mm.碳精环表面高度:内环比外环高0.25mm.倒角95何松林广蓄电站机组主轴密封结构剖析及运行检修事故分析经查设备台帐,4号机主轴密封运行的时间较长,加上机组启动频繁(发电工况6614次,泵工况2528次),更加速了主轴密封的损坏。由于在调相工况当中、尾水被气体压至转轮以下,而安装在油盆盖上的抗磨环又在14bar的供水压力下,就会产生向内倾斜的变形,这就使得碳精环的外环紧贴着抗磨环,导致外环供水量减少,此时的外环几乎形成了脱水现象,没有了水膜的润滑及冷却,主轴密封在高速旋转所产生的热量下就容易被烧毁。水导进水的主要原因是水导油盆盖组合缝的密封失效所致。分析判断认为是在主轴密封烧毁的过程当中,由于在强烈振动及所产生的高温下,四瓣组合而成的油盆盖也会随之振动,此时安装于槽内粘合的密封(圆盘根与四方盘根)就容易分裂,*终造成水导进水的结果。

  碳精密封环及抗磨环的运行注意事项及安装改进措施运行要求新安装的碳精密封在没有充分磨合的情况下,就进行各种调相工况的运行,这样会容易造成损坏。所以,新安装的碳精密封应遵循以下方式进行运行。将该机组发电工况排在首位,正确掌握新碳精磨合的效果,让碳精密封能在发电工况下进行充分磨合;将该机组抽水工况排至*后,尽量避免机组在压水运行过程的恶劣条件下运行;在磨合时间未足一个星期内,不应进行调相工况运行;待机组经过一个星期的发电磨合期后,方可作正常机组使用。水导油盆刚度对主轴密封运行的影响广蓄A厂机组为高水头高转速机组,设计转速为500rmin,*高飞逸转速为725rmin.机组在额定转速下主轴密封平均半径的切向线速度高达44.09ms,机组设计的主要运行工况有发电、抽水、发电调相、抽水调相、停机等五种工况,而作为日调节型的抽水蓄能机组,机组工况转换频繁,使主轴密封处形成了复杂的水力条件。特别在调相工况的转轮回水排气阶段,由于转轮空气压突然变小,安装在水导油盘盖上主轴密封受重力和水推力作用往下压,造成油盘变形,这将直接破坏密封水膜形成的厚度,有可能造成活动环无法复位或碳精密封外环短时缺水,从而造成水导轴承进水和碳精烧损等事故,而机组为了电网需要,有时长时间处于调相工况,在调相工况下,外环、外腔是高压力,主轴密封润滑水外环漏水量过小,将造成外环润滑冷却水不足,致使主轴密封外环温度过高,而主轴密封温度保护(一级报警38,二级是水机温度40)取水位于内环位置,往往当温度保护起作用的同时,碳精外环已因高温而粘着性烧损。碳精密封主要成份是碳精,而碳精特点是材质脆而且坚硬,要求与磨擦面接触精度较高,新安装的碳精密封在高切向速度下运行,往往97何松林广蓄电站机组主轴密封结构剖析及运行检修特点会造成碳精外环崩裂而造成碳精损坏。原使用的油盆盖如所示原A厂使用的油盆盖图从可看出,在运行压力不稳情况下,油盘的变形达0.094mm,这样将造成安装在油盆盖上的抗磨环内环低、外环高,使外环冷却水不足,极易造成粘着性烧损,而因油盘的变形使碳精和抗磨环的摩擦副接触精度降低而造成碳精环崩裂。为了补偿油盘的变形,在安装抗磨环时,在内环卡加不锈钢垫,将内环垫高0.15mm(经综合计算得出),以补偿油盘在运行中的变形,达到改善主轴密封的运行环境。号机油盘盖变形值表运动状态工况密封水压MPa尾水压MPa旋转MPa抗磨板内环中心处变形值mm静止静止运行过程中碳精崩裂的问题为了解决碳精环运行中崩裂的问题,在检修中,对抗磨板的安装作严格要求,采用在抗磨板与油盘盖接触面加不锈钢垫以调整抗磨环的水平波浪度,采用盘车的方法检测,测点为36个点,要求波浪度*大值和*小值之差不能大于,以提高碳精与抗磨板的磨擦副接触精度,为了防止碳精环与抗磨环之间出现干磨而崩裂,将碳精环两边进行倒角,外环内侧,内环内侧,内环外侧,外环外侧,以防止碳精环4个直角园快口而发生崩裂。运行过程中碳精环、外环冷却水不足的问题为了解决碳精环、外环冷却水不足的情况,在碳精环安装时,将碳精环、外环磨低0.1mm,在碳精环开倒角时,外环、内侧的倒角为*大3mm%3mm,以便于冷却水更易到达外环,以加大外环的冷却水流量。经过1、3、4号机大修后的运行看,外环冷却水的确有所增加,但仍不是很理想,故在4号机大修时,在碳精环的外环面上,用手工方法用什锦三角挫开出沟槽每14块碳精环三条沟槽。经磨合运行,情况终有所改善。

  结束语从以上分析比较我们认为,广蓄电站A厂机组属于低比转速的混流式机组,其碳精密封环的线速度较高,采用浮动密封环结构存在较多问题,主轴密封很难做到动态自平衡要求。相比较而言,由VOITH公司设计制造的广蓄B厂的主轴密封结构简单、动态自平衡可靠,运行相对稳定,检修起来也方便。建议该类型机组采用非接触式密封结构为宜。

  

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