1 设备概况
三峡电站共有700MW水轮发电机组32台 (含地下电站) , 全部机组的主轴工作密封都采用了自补偿式密封形式, 主轴工作密封设置在水导轴承与转轮之间, 在结构上主要有:水箱、浮动环、导向板、磨损限位装置、主轴密封支撑、密封环和抗磨环等七部分构成, 如图1所示。其主要作用是减少机组转动部分与固定部分之间的漏水量, 此密封形式具有结构紧凑、使用寿命长等特点。
主轴工作密封投入运行后, 密封环会产生一定磨损, 由于密封环安装于浮动环下方, 浮动环在弹簧弹力和自身重力的作用下, 会沿轴线方向向下移动, 起到自补偿的作用, 以减小漏水。向密封环内通入0.5MPa清洁水后, 可有效地阻止转轮与顶盖之间的浑水进入主轴工作密封水箱, 同时还可在抗磨环与密封环之间形成一层0.04mm~0.1mm厚的润滑水膜, 使密封环与抗磨环不直接接触, 减少密封环的磨损。根据设计要求, 密封环的磨损量只有12mm, 为了更好地控制密封环的磨损量, 在导向板上设置了机械磨损限位装置, 用于控制密封环的磨损量。
由于抗磨环安装在转轮上, 机组运行后, 密封环与抗磨环会产生相对运动, 正常情况下, 随着密封块的磨损, 磨损限位装置中的磨损限位螺杆指示值会减小, 但是在三峡左岸电站ALSTOM机组主轴工作密封检修中, 却发现部分磨损限位螺杆有不同程度的松动, 导致原来设定的密封环的允许磨损量变大, 甚至有一根磨损限位螺杆的控制行程已经增大至28mm~30mm, 很显然该装置已经失效, 如果设备长此运行下去, 主轴工作密封漏水量将会增大, 危及到设备的正常运行。
2 磨损限位螺杆的结构及作用
密封环的磨损量是机组主轴工作密封设备中需要重点检测的, 密封环由八块密封块组成, 由M12的内六角螺钉自下而上将密封环固定在浮动环上。在机组运行时, 密封环随浮动环作轴向运动, 并与安装在转轮上的金属抗磨环构成间隙密封, 为了阻止导向板下面的浑水进入主轴工作密封上部水箱, 在浮动环与导向板之间还设置有唇形密封, 由于浮动环可轴向移动, 唇形密封的最大有效行程只有20mm。若密封环磨损量过大, 一方面导致用来固定密封环的螺钉刮伤金属抗磨环;另一方面可导致浮动环与导向板脱开, 使主轴工作密封失去作用, 影响到机组的长期稳定运行。为了防止密封环磨损过量, 在浮动环与导向板之间设置了磨损限位装置, 通过8根磨损限位螺杆监视密封环的磨损量, 磨损限位螺杆穿过导向板后, 固定在浮动环上, 在其上端设置密封环的最大允许磨损量, 以控制浮动环的下沉量, 从而达到保护设备的目的, 如图1所示。
3 设计优化方案
3.1 原结构存在的缺点
(1) 设备安装或检修时, 安装条件较差, 安装质量难以保证。机组长时间运行后, 一方面, 由于设备长期与有水环境接触, 浮动环、磨损限位螺杆及导向板会出现一定的锈蚀等现象, 磨损限位螺杆的紧固强度降低后, 导致设备不能正常工作;另一方面, 磨损限位螺杆固定在处于导向板下方的浮动环上, 安装质量很难保证。
(2) 磨损限位杆螺栓自身设计较长, 机组运行中, 一方面受水流旋转运动及浮动环轴向运动的影响, 磨损限位螺杆会发生松动;另一方面浮动环自身在圆周向方向上也存在着一定的摆动, 也可能导致磨损限位螺杆松动。
3.2 改造方法及步骤
(1) 将安装于浮动环上的8个磨损限位螺杆拆除, 封堵导向板上的安装孔, 将固定于浮动环上的4个推力锁板进行相应的改造, 使其即具有推力锁板的作用 (推力锁板主要用于限制浮动环的圆周运动, 同时对其轴向运动起导向作用) , 又可用来控制浮动环的下沉量, 从而控制密封环的磨损量, 达到一举两得的目的。
(2) 推力锁板改造。机组运行时, 由于浮动环处于转动部分和固定部分之间, 为了防止浮动环在轴向移动的同时围绕大轴进行圆周运动, 发生碰撞, 造成设备损坏。在浮动环与导向板之间设置有四个推力锁板, 推力锁板的设置可有效地防止浮动环产生圆周运动, 为了使推力锁板同时具有控制浮动环下沉量的作用, 可在原来的推力锁板上加工两个M20的螺栓孔, 分别安装螺栓后, 调整螺栓端部与导向板之间的距离至12mm, 以此来限制浮动环的下沉量, 从而控制密封环的磨损量, 然后将螺栓锁定, 防止设备运行过程中螺栓出现松动, 确保设备能安全稳定运行, 如图2所示。
3.3 改造后设备工作优点
(1) 设备安装简单, 工作可靠, 检修方便, 可有效保证安装质量。由于推力锁板部件相对于磨损限位螺杆来说, 部件较小, 设备安装时不必考虑密封问题, 同时在设备出现故障时, 可打开水箱盖板进行快速更换, 安装质量可以得到有效保障。
(2) 推力锁板便于加工制造, 制造成本远小于磨损限位螺杆, 同时在水箱内所占空间较少, 在机组运行时, 受水箱内水流旋转流动及浮动环轴向运动的影响较小, 浮动环在圆周方向上的摆动对设备的正常工作无影响, 且磨损限位螺栓便于固定、不易松动, 工作可靠性较高。
3.4 设备改造技术要求
(1) 为了提高设备的工作可靠性, 推力锁板压紧螺栓及磨损限位螺栓的强度应≥8.8级, 推力锁板及螺栓的材质应为不锈钢, 防止设备在有水环境中长期运行时发生锈蚀, 提高设备的运行可靠性。
(2) 磨损限位螺栓应采用弹簧垫圈止动, 弹簧垫圈材质也应为不锈钢材质, 磨损限位螺栓的长度应根据现场实际测量情况进行相应的调整, 以满足设备工作需要。
摘要：三峡电站机组主轴工作密封检修时, 发现用于控制密封环磨损量的装置 (磨损限位螺杆) 出现了不同程度的松动, 磨损限位螺杆已经失去作用, 为此对机组主轴工作密封的四个推力锁板进行了相应的优化改造, 使其既具有限制浮动环圆周运动的作用, 又可以用来控制密封环的磨损量。
关键词：磨损限位螺杆,密封环,抗磨环,推力锁板,优化