国家职业资格（Ⅰ）级论文
职业（工种）：水轮机检修
题目：35MW主轴密封改造
姓 名：孙洪良
身份证号码：512324197606136836 等 级：一
日 期： 2012 年 0 6
月 17 日 35MW主轴密封改造
内容摘要：石板水电厂35MW水轮机主轴密封存在使用时间短，漏水量大，对运行及检修提出了较大的难题。经过分析其原因及提出相应的解决方案。提高了运行可靠性和寿命周期，降低了设备运行和检修成本，提高了经济效益。
关键词：水轮发电机组；主轴密封；改造
一、概况
石板水电厂位于重都县境内，是龙河流域梯级开发的第七级电站，属调峰电站，电厂装机为3×35MW+1×10MW，属混流悬浮式机组，由哈尔滨电机厂中小发电设备公司生产。设计水头：200m，额定转速：375n/min，设计流量15m/s。自投运以来，35MW水轮机主轴密封漏水量大，造成水导轴承油盆进水，从而造成水导轴承瓦和轴领磨损严重，间隙加大相应水导摆度加大，其中1号机组最为突出，给机组的运行、检修造成了严重的安全隐患，对此，提出了解决方案，对1号机组主轴密封进行技术改造，收到了较好的效果。
二、改造前的情况
1F主轴密封在2009年检查时发现情况如下：1、聚四氟乙烯加方纶盘根工作面未发现严重磨损，但整条盘根断开成4节，断裂处均为盘根导向孔处，断面粗糙；2、塑料托架断裂成十几节，材质变硬，断面不规则；3、1个不锈钢导向销脱落，4个导向销的护套管都被磨
破；4、导水管有不同程度的磨损，其中一个退出被抗磨环磨去1/5。根据1F水轮机主轴密封出现的情况，我们不得不对35MW水轮机主轴密封结构和密封材质提出疑问。为了保证机组在发电高峰期安全、稳定运行，特别是对1F尤为重要，决定对35MW水轮机主轴密封进行改造，以提高设备的可靠性和完好率。
三、改造方案及确定
1、主轴密封装臵密封材料的要求： （1）耐磨损性高； （2）磨擦系数低 水润滑动磨擦系数； 干运转动磨擦系数。 （3）无吸水膨胀； （4）抗冲击；
能承受强烈撞击不损伤。 （5）无污染；
对人体和环境不会造成危害。 （6）耐腐蚀性；
能够抵抗来自腐蚀性化学介质的侵蚀。 （7）不老化。 2、改造方案
聚四氟乙烯嵌入式的橡胶密封
在高分子材料中，橡胶由于具有良好的力学性能和高回弹性，弹
性模量非常小的优点，因此广泛应用于密封制品中。但总体来说，橡胶材料的机械强度偏低，耐磨性较差，运行时产生的磨擦阻力大，在耐磨介质方面也有一定的局限性。而聚四氟乙烯具有极其优异的化学稳定性和非常低的磨擦系数。结合两种高分子材料的优点制作成组合式的密封是此套方案的设计主导思想。此组合有较大的使用价值和推广意义。在组合密封结构形式中，橡胶作为整个密封的支承，骨架，起密封的作用，而聚四氟乙烯作为耐磨材料嵌入在橡胶的工作面上起到延长使用寿命的目的。两种材料特性相得益彰。根据所采用的聚四氟乙烯的形式的不同，又分为两种方案，如下：
（1）聚四氟乙烯圆柱+马蹄型橡胶密封
此方案的骨架采用橡胶马蹄型，为了保障工作面的耐磨性，增加使用寿命，决定在橡胶成型过程中嵌入聚四氟乙烯圆柱，同时为了保障圆柱的固定性，圆柱在加工时成“工”型。为了增加使用性和耐磨性聚四氟乙烯圆柱的表面积应在工作面面积一半以上，两圆柱之间的圆弧距离在100mm以内。此结构在制造和加工工艺上，厂家均能满足。
（2）聚四氟乙烯盘根+马蹄型橡胶密封
此方案的骨架仍采用橡胶马蹄型，同样为了保障工作面的耐磨性，增加使用寿命，在成形的橡胶密封面上开25×25mm环形槽四段，
嵌入25×25mm聚四氟乙烯盘根，为了保障盘根的固定性，在橡胶密封的侧面用耐水的绳子与橡胶连接在一起。
3、方案确定
根据以上对主轴密封材料的要求、以往对主轴密封的使用经验、主轴密封的工作原理、制造加工工艺的要求、安装维护的方便和资金的投入等因素，决定采用方案（2）进行其试验。
三、改造实施
主轴密封改造作为重点项目进行实施 1. 主轴密封的制作
1.1马蹄型橡胶密封须经过第二次处理，根据方案（2）的要求在密封面上开25×25mm环形槽四段，导向孔两边50mm长度不作处理。按计划把马蹄型橡胶密封上机床铣出四段环形槽，但对橡胶无法实现，只能手工进行加工。
手工加工过程：
a. 按要求在密封上画出要求加工的尺寸。
b. 在规定的区域内钻孔，并且一个孔紧接一个孔同时必须保证钻孔的深度。
c. 在规定的区域内用刀子切除多余的橡胶，同时必须保证深度，使其形成一个凹槽。
d. 用风铣对凹槽进行清理，必须满足宽25mm，高25mm，槽的两边应均匀，加工面应光滑，不能凹凸不平。
1.2聚四氟乙烯盘根的嵌入及固定
1.2.1盘根采用聚四氟乙烯加方纶，尺寸25×25mm。 1.2.2盘根嵌入前，应进行清理、归整。 1.2.3盘根嵌入后的技术要求：
a.嵌入后整个密封的宽度不得发生变化，尤其是宽度增加，密封内、外圈表面不能凹凸不平，呈波浪状。
b.嵌入后聚四氟乙烯上表面不能高出橡胶密封的顶平面应与齐平。
1.2.4盘根的固定
a.采用聚四氟乙烯绳子对盘根进行固定。 b.在橡胶密封径向方向缝制两层对盘根进行固定。 c.盘根固定的技术要求：
●盘根在固定缝制过程中，必须保证1.2.3项的技术要求。 ●橡胶密封内、外圈缝制的绳子必须嵌入橡胶内，不得暴露在外。 ●在缝制过程中绳子必须穿过聚四氟乙烯。 ●四段聚四氟乙烯盘根的两端必须扎紧，不得松散。 1.3盘根上润滑水管的安装
1.3.1润滑水管采用聚四氟乙烯，尺寸：φ8×φ6mm，高度50mm。
1.3.2 均分4个。 1.3.3 安装时的技术要求：
a.安装时以不破坏聚四氟乙烯盘根整体性为原则。 b.安装好后橡胶密封内、外圈表面在润滑水管处不得凸出。 1.4 搭接处的处理
搭接处用立得宝，并用φ10mm的聚四氟乙烯柱定位。 完成对橡胶密封的加工处理。 2. 主轴密封的安装及调整
2.1主轴密封安装时应使用导向销。
2.2安装时应在装臵的内圈涂上润滑油，以便顺利安装。橡胶密封应安装到位。
2.3润滑水水压应调整在0.2Mpa，试验时橡胶密封能灵活上下运动。
2.4改造完成。 3. 开机试运行
于2009年3月24日，开机试运行。开机运行几分钟，水车室传出橡胶烧焦的气味，顶盖排出的水变黑，项盖漏水量加大，机组无法正常运行，退出运行。
四、持续改进
1. 主轴密封改造失败原因分析 1.1机组运行情况
1.1.1主轴密封润滑水水压为0.2Mpa左右。
1.1.2机组空载运行，未加负荷。（发电机无法并网） 1.1.3其它未见异常情况。
1.2 3月26开始对1F主轴密封解体检查。检查情况如下： 1.2.1 橡胶密封导向孔两边50mm的橡胶密封磨损严重，橡胶磨损量达到5mm左右，聚四氟乙烯内、外圈的橡胶均受到磨损。
1.2.2橡胶有烧焦的痕迹，抗磨环上有遗留的橡胶。
1.2.3聚四氟乙烯盘根密封面未损坏。盘根由白黄变化成黑色。 1.2.4对密封装臵检查
a.装臵槽深79mm，橡胶密封高度76mm，安装半边抗磨环测量抗磨面至槽底高度为75mm。
b.抗磨环与水轮机法兰护罩间加了3mm的石棉垫。 1.3失败原因分析
1.3.1比较明确的是橡胶密封是在缺润滑水的情况下干磨擦引起工作面的温度升高，从而导致橡胶密封破坏引起漏水量加大。
1.3.2通过对密封装臵的检查我们发现橡胶和聚四氟乙烯工作面与抗磨环在安装时是已经接触紧密，造成润滑水无法进入工作面起润滑作用，使磨擦产生的热量无法带走，从而对橡胶密封面造成了破坏。
2.主轴密封方案的改进
根据以上对主轴密封装臵、盘根的检查和密封槽的测量及1.3项失败原因的分析，我们找到失败的原因，对继续改造的成功性有了进一步的认识。在此次失败的基础上采取了如下的改进：
2.1把四段聚四氟乙烯改为整圈
2.1.1聚四氟乙烯加方纶盘根不管是抗磨性还是耐高温都比橡胶材料高出许多。
2.1.2考虑到25×25mm的聚四氟乙烯（实际有28×28mm）盘根较宽，橡胶加工好槽后，槽两边的厚度较薄。决定对编织的盘根剥除一层（内层仍然是聚四氟乙烯加方纶）此时盘根的尺寸为20×20mm。
2.1.3按1.2项的工艺要求加工橡胶密封，槽的尺寸略大于20×20mm。
2.1.4按1.2项的工艺要求嵌入聚四氟乙烯盘根。但盘根两侧的橡胶必须下降3-5mm，即主轴密封实际的工作面由聚四氟乙烯来承担。
2.2橡胶密封的整体高度下降5mm。
因密封工作面已经制作完成，只能对唇边进行处理。
2.2.1在橡胶密封的底面切除5mm，整圈高度尽量保持一致，不要出现波浪状。
2.2.2对密封底部唇边进行修型，以保障工作性能。 3.安装就位（2009年3月29日结束） 4.开机运行
于2009年3月31日开机运行，带满负荷。
4.1当润滑水压力在0.1-0.2Mpa时，顶盖漏水量较少为2.03（m3/h）。水位与主轴密封罩齐平，对水导轴承油盆不造成任何影响。改造成功。
五 结束语
此次主轴密封改造存在较大的风险虽然失败一次，但经过大家的
不断努力、认真钻研终于取得了很好的成绩。此次主轴密封改造结束，希望不断的总结、持续改进来完成其他两台的主轴密封的改造。
此类型主轴密封在水轮机主轴密封上有推广应用价值。
