轴流转浆式机组受油器密封结构改进

轴流转浆式机组受油器密封构造改善侯远航 钱冰 向虹光（国电大渡河公司流域检修安装分公司 四川 乐山 614900）摘 要：针对轴流转桨式水轮发电机组受油器铜瓦易磨损、漏油偏大、使用寿命短的问题，经对局部构造密封进行改善，不仅提高了密封性能，也延长了铜瓦使用寿命，保障了机组安全稳定运营。核心词：铜街子电站；受油器；齿形密封一、概述铜街子水电站机组为轴流转浆式构造，在机组最上端设计有采用浮动瓦密封构造的受油器。该电站于上世纪八十年代设计和投产，浮动瓦构造受油器经近年运营后逐渐暴露出某些弊端。受油器是运用铜环和操作油管间的油膜及油压进行密封，对操作油管的摆度规定高。浮动瓦采用铜环迷宫构造，与操作油管的配合间隙在0.150.25mm之间，对铜环的加工规定高。铜环在运营过程极易由于机组工况变化导致磨损，导致受油器甩油、窜油、压油泵启动频繁。这种老式构造已经不能适应目前水电厂长时间稳定运营的规定，因此采用新型密封对原构造进行改善。二、受油器构造及运营工况分析受油器按照构造分为固定部分和旋转部分，固定部分涉及支架和浮动瓦。受油器构造如图1所示，其中浮动瓦的作用一方面是对操作油管的运营起密封作用，避免高压油外泄；另一方面是对转动中操作油管的开、关腔压力油进行隔离密封，避免两腔高压油互窜。旋转部分涉及操作油管，在机组运营时进行往复运动和旋转运动。图1 铜街子电站受油器构造图三、密封选型分析（一）旋转轴密封旋转轴的密封此前常采用填料密封，现多采用油封和机械密封。但油封不能承受高压（一般国产耐压型油封最高工作压力不超过3MPa），且工作条件受到严格限制；机械密封虽可承受高压至40MPa，但构造复杂，一次性投入大，对工况及安装规定高，一般应用于石油化工等领域。（二）改善规定为保证改善能及时有效进行，我们对受油器浮动瓦密封构造不进行大的变化，只是增长旋转密封减少受油器的漏油，对受油器铜瓦密封起补充作用，保证不会对机组的安全运营有任何不利影响。（三）密封选择随着现代机械设备逐渐向高压、高温、高速发展，对密封件规定也越来越高。齿形滑环式组合密封（如下简称齿形密封）正是为适应这些规定而研制开发的新型旋转轴密封件。齿形密封有如下特点：高寿命、低摩擦、无泄漏以及构造简朴适应性强等。齿形密封应用案例：1.应用于沈阳某军工厂一出口车间产品上，介质为高渗入易燃易爆气体氢气，无油润滑。原密封为常规橡胶密封制品，每运转半小时必须停下来冷却。采用齿形密封后，持续运转不断歇，且寿命较原密封提高近20倍；2.应用于徐工集团亚洲最大的KHU型钻机密封，旋转轴径为530mm、500mm，工作介质为水、泥沙混合物，旋转速度近5m/s。在设计选型时，该公司曾征询了德国某跨国密封公司等外国公司，后决定选用齿形密封，现处在良好的运营中，并已推广应用至其她系列；3.承德石油配件厂生产的石油钻井用平板阀，工作压力为70 MPa。原用美国原装进口密封，但摩擦力大、寿命短。采用齿形密封后，较好地解决了上述问题；4.用于常州三环生物工程有限公司SFM30、SFM50、SFM100、SFM200生物反映釜上，该产品为高速、高温且规定无污染长寿命，采用齿形密封后解决了原用机械密封构造复杂、调节不便以及寿命短的问题，并减少了成本；5.徐州矿务局二机厂生产的HZS75型混凝土搅拌站，介质为极其恶劣的水泥泥浆，采用齿形密封后寿命提高了近8倍等。（四）齿形滑环式组合密封的构造及原理1构造齿形密封由一种密封唇像齿形的增强PTFE滑环和一种O形橡胶圈组合而成，如图2（a）所示。PTFE由美国杜邦公司1938年研制成功的，摩擦系数小，仅为0.020.04；具有自润滑特性，几乎可耐受所有化学介质浸蚀，故又称“塑料王”；温度适应范畴宽，可在-100+250范畴内长期工作。根据不同的工况条件填充一定比例的添加剂如铜粉、碳纤、二硫化钼、石墨、玻纤等。填充增强的PTFE具有极高的耐磨性（较纯PTFE提高1500多倍），良好的物理机械性能。形橡胶圈采用GB3452.1-92原则系列，作为静密封可以实现完全的密封。（a）密封构造 （b）密封径向力分布图2 齿形滑环式组合密封构造及受力分析2密封作用机理齿形滑环一般设计有两个密封唇，前一种是主密封唇，具有特定的几何形状；后一种为副密封唇，起阻隔油膜和防尘作用。 O形圈起提供弹力和相对于壳体和滑环的静密封作用。唇口的方向应朝向压力方向。O形圈具有预压缩，压缩率一般取11%18%，因此产生一定的径向力“抱紧力”，使滑环主密封唇紧紧贴合在被密封表面以实现密封。随着压力的增高，密封的“抱紧力”越大，密封唇和轴的贴合越紧密，故压力越高密封性越好。O形橡胶圈被滑环的侧边挡着，因而不会被“挤出”，可以耐受高压。图3 齿形滑环式组合密封机理滑环主密封唇口具有特定的几何形状，其重要作用：一是在密封部位产生较锋利的径向力，有助于建立抱负的润滑油膜，即保持“临界油膜”厚度（理性的油膜厚度为2.5um），如图2（b）所示；二是有助于轴高速旋转形成的有害摩擦而转化的热量散失。因而齿形密封特别合用于旋转轴的密封。常规滑环式组合密封（一般指格来圈、斯特封）之滑环较“厚硬”，当工作一段时间后形成磨损，即产生一定的间隙。O形圈不能提供足够的力使“厚硬”的滑环产生足够的变形予以补偿，因而长期工作后泄漏量较大。加之PTFE材料弹性差，较橡胶密封制品“跟随补偿性”差，因此在高速、低压及有振动偏心场合泄漏量更大。齿形密封针对性地进行了改善，发明性地采用了“薄唇”滑环构造。滑环唇部较薄，易于变形，O形圈提供的弹力可以使薄唇的滑环产生足够的变形以补偿及其细微的磨损量，即齿形密封具有自动补偿的功能，因而具有良好的密封性和极高的使用寿命。3齿形密封合用工况条件表一 齿形密封合用工况条件表压力/MPa温度/速度/ms-1介 质070-55+2506水、油、气、酸、碱、泥沙、水泥泥浆等铜街子电站机组转速是88.2rpm，操作油管上段直径是230mm，相应的线速度是1.06 ms-1；下段直径是410mm，相应线速度是1.89 ms-1，操作油压是4MPa，实际应用工况远远低于齿形密封工况规定，因此选用齿形密封完全能满足受油器运营规定。四、齿形密封在铜街子电站受油器上的应用（一）安装位置由于齿形密封构造简朴，只需在受油器浮动瓦压环内侧加工一矩形环槽，嵌入齿形密封即可。（二）选型上下浮动瓦是避免高压油外泄，在压环处安装单向齿形密封；中浮动瓦制止开关腔的高压油互窜，选用双向齿形密封。（三）齿形密封构造示意图铜街子电站受油器浮动瓦改造齿形密封构造示意图如下。图4 上浮动瓦齿形密封构造示意图图5 中浮动瓦齿形密封构造示意图图6 下浮动瓦齿形密封构造示意图五、结语根据国内外轴流转桨式机组运营状况记录，许多机组受油器都存在不同限度的浮动瓦漏油偏大现象，这与受油器构造设计不太合理存在很大关系，因此许多电站从受油器构造和浮动瓦构造等方面进行改善，也获得了不错的止漏效果。但是这种改善工作量大，生产周期长，并不一定能满足所有电站设备检修的规定。铜街子电站仅对受油器浮动瓦压盖进行合适改动，并增长一道旋转轴密封，即解决了老式受油器浮动瓦漏油偏大的问题，不仅构造简朴，并且拆装以便，为机组检修节省大量工期，因此说是一种值得借鉴和推广的方式。参 考 文 献 1 任泽民等.铜街子电站设备手册.6月.作 者 简 介候远航（1966），男，国电大渡河公司流域检修安装分公司副总经理，工程师，长期从事电站检修、安装、管理工作，联系电话：。钱 冰（1975），男，国电大渡河公司流域检修安装分公司生产技术部主任，工程师，从事电站检修、安装、管理工作，联系电话：。向虹光（1981），男，国电大渡河公司流域检修安装分公司生产技术部机械主管，助理工程师，从事电站检修、安装工作，联系电话：。