水輪機主軸密封的磨損與檢修

2012-02-21

作者：毋生俊
（河南省博愛縣丹東電站）

　　水輪機在結構上，為了防止運行時壓力水流從轉動部分和固定部分的間隙處噴射出去，在前端蓋處必須設置主軸密封裝置。有一種水輪機的密封裝置，采用的是石棉盤根密封。這種密封裝置是把一定規格的石棉方繩纏繞在主軸上，再用壓環壓在盤根箱內，使轉動部分與固定部分沒有間隙，達到止漏密封的作用。由于這種結構的密封裝置需要把石棉方繩緊緊地纏繞壓在主軸上，所以在轉動部分和固定部分之間形成較大的摩擦力。當機組運行一定時間以后，水輪機主軸會受到磨損破壞。如青天河一級電站2^#機組，水輪機運行近30000h后，主軸單邊磨損深度達8mm，軸向寬度有100mm以上。如果引水中含泥沙量較大的電站，磨損會更加嚴重。
　　主軸密封損壞以后，給水輪機檢修帶來一定的困難，影響了機組的安全運行。由于密封處軸的直徑變細，原來定型的石棉盤根方繩在壓到盤根箱內以后，無法再起到止漏的作用，造成了大量的漏水，直接威脅到水導軸瓦的安全，使軸瓦座內進水，嚴重時油盆被淹，造成機組被迫停機，需更換軸瓦座內的潤滑油；大量的漏水，使水輪機的損失增加，效率降低；有時，由于密封處的漏水量太大，機組又不能停機檢修，只好減小導水葉的開度，減少發電機的出力而被迫棄水，浪費了寶貴的水力資源；為了減少漏水，檢修時用增加石棉方繩的數量，加大壓緊量的辦法，盡量使漏水減少，但是又造成了對主軸的摩擦力增加，使磨損更加嚴重。更為嚴重的是：由于主軸的磨損變細，截面積減少，主軸能承受的扭矩力也減少。如遇到某種特殊情況，而突然增加較大負荷時，還可能會引起大軸扭彎甚至扭斷的重大事故。
　　水輪機主軸磨損較為嚴重以后，應當及時進行修復。我們電站采用了堆焊法對主軸的磨損部位進行了修復。
　　對水輪機主軸進行堆焊時，防止主軸焊接變形是一個十分關鍵的問題。這是由于主軸密封處的磨損量較大，有時需要堆焊幾層，極易引起主軸焊接變形。另一方面，由于水輪機主軸的受磨損部位，離安裝轉輪的距離很近，若焊接后變形較大，會造成主軸彎曲，從而使同心度達不到要求，那么機組在運行時其主軸的擺度就會增加，引起機組的振動。為了防止和減少焊接變形，我們采取了如下措施：，在焊接以前，準確地測出水輪機主軸的同心度。把軸夾裝在車床上，用千分表分別測出主軸法蘭處、水導瓦軸頸處，安裝轉輪的軸頭處三點的擺度量，計算出主軸的同心度。以使在焊接過程中和焊接完成以后對主軸的變形情況進行檢查和校核。第二，對磨損部位進行車削處理。把該段車削為規則的形狀。由于主軸受磨損破壞后，形狀變得十分不規則，有的段磨損較多，有的段磨損較少，在焊接時，造成焊接量不能均勻對稱，必然引起焊接后變形較大。如果把該段車削為規則凹槽以后，使焊接量能夠均勻對稱，使變形量減到Z小值。第三，施焊方法要正確。主軸應平放在有三支點的滾輪架上，三個支點應保持水平。焊接前應當把焊接部位用氧-乙炔火焰預熱到150℃～200℃左右，并要求預熱應均勻。焊接時要把電流調節適當，實行分段焊接，對稱焊接，一次堆焊量不宜太大，盡量降低工件的溫度。當每堆焊一層后，要用榔頭對焊接部位敲擊一遍，以減少產生的焊接應力。在焊接量完成一半以后，再把軸裝在車床上檢查變形情況，如有較大變形，要及時通過加熱的辦法，進行矯正處理。每次上車床檢查變形時，必須等軸完全冷卻后測量，防止熱變形引起的測量誤差。所用的焊條型號和焊條材料，要根據主軸的材料來決定。但在堆焊表面層時應當用不銹鋼焊條。用不銹鋼焊條，既可以提高主軸密封處的抗磨強度，延長密封的使用時間，又可防止由于該處水多、潮濕而引起的銹蝕破壞。在焊接工作完成后，再把軸卡在車床上精確地測量檢查一遍，如與原來測量值偏差較大時，要用加熱矯正法進行處理，直到主軸的同心度完全符合規定為止。采取以上措施，變形量都能控制在Z小范圍以內。
　　焊接后的主軸密封段，表面光潔度很差，必須在車床上進行車削，使車削后表面光潔度達到原圖紙設計要求。
　　主軸焊接過程中，雖然在每層焊接以后，用榔頭敲擊了一遍，消除了部分焊接應力，但還會有一定的殘余應力存在。為了完全消除焊接應力，還應當對主軸進行加熱緩冷處理。
　　青天河電站2#機組主軸密封用以上方法檢修，經過3年運行后，情況仍然良好。

(收稿日期：1999-11-02)