1、收稿日期:2006-04-25作者簡介:李勝亮(1975,男,遼寧桓仁人,工程師,長期從事水電站開發(fā)建設(shè)及運行管理工作.0前言雙嶺水電站位于遼寧省桓仁縣境內(nèi)、渾江干流下游,壩址距上游太平哨水電站15km ,距下游金哨水電站22.5km 。電站裝設(shè)兩臺單機(jī)容量25M W 的燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組,電站基本參數(shù)為:水庫正常蓄水位152.5m ;一臺機(jī)發(fā)電下游水位139.75m ;兩臺機(jī)發(fā)電下游水位142.4m ;最大水頭13m ;最小水頭8m ;額定水頭10.5m 。1改造原因燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組是一種低水頭、大流量的臥式水輪發(fā)電機(jī)組,由于其水頭低、單位功率投資小,故近年來被廣泛采用,但對大型機(jī)

2、組來說有效可靠的主軸密封結(jié)構(gòu)是當(dāng)今燈泡貫流式機(jī)組的難題。對于立式機(jī)組,主軸密封漏水可以設(shè)置頂蓋排水泵,通過自動控制而排至下游河道或排至電站集水井內(nèi),但燈泡貫流式機(jī)組因受其結(jié)構(gòu)的影響則無法設(shè)置頂蓋排水泵,只能設(shè)計合理可靠的工作密封,使機(jī)組的工作密封漏水量盡可能小,并通過機(jī)組的內(nèi)導(dǎo)流殼體排至集水井。當(dāng)前使用最多的是機(jī)械盤根密封結(jié)構(gòu),但由于機(jī)械盤根密封與主軸直接接觸,機(jī)械磨損大,故使用壽命低,同時降低了水輪機(jī)的機(jī)械效率,設(shè)備運行的維護(hù)量也相應(yīng)的增大,運行成本增高。目前國內(nèi)外燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組設(shè)計制造廠都在尋求結(jié)構(gòu)合理、運行可靠、成本低且維護(hù)量少的工作密封結(jié)構(gòu)形式,碳精環(huán)密封就是其中一種。但經(jīng)雙嶺

3、水電站運行實踐表明,碩精環(huán)密封并不適用于大型燈泡貫流式機(jī)組。雙嶺水電站水輪機(jī)工作密封為碳精環(huán)平面密封結(jié)構(gòu)(結(jié)構(gòu)圖見圖1所示,其工作原理為:在主軸上設(shè)一與主軸同步轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)環(huán),轉(zhuǎn)環(huán)的立面粗糙度為1.6m ,碳精環(huán)由16組彈簧支承于彈簧座上,彈簧座與水輪機(jī)內(nèi)配水環(huán)固定,在碳精環(huán)與轉(zhuǎn)環(huán)之間通入壓力為0.2M Pa 的主軸密封水,從而形成密封水膜進(jìn)行密封,同時保證碳精環(huán)與轉(zhuǎn)環(huán)之間相對轉(zhuǎn)動時的良好潤滑,亦阻止了水輪機(jī)流道內(nèi)的臟水進(jìn)入碳精環(huán)表面,減少了碳精環(huán)的磨損。為了提高密封的使文章編號:0559-9342(200701-0077-03雙嶺水電站水輪機(jī)工作密封改造李勝亮(本溪多益資源開發(fā)有限公司,遼寧桓仁

4、117200關(guān)鍵詞:燈泡貫流式水輪機(jī);工作密封;改造;雙嶺水電站摘要:燈泡貫流式水輪機(jī)受其結(jié)構(gòu)形式的影響,機(jī)組安全可靠性低,主軸工作密封容易發(fā)生事故,如何提高機(jī)組主軸工作密封的可靠性對電站的安全運行有著非常重要的意義。通過分析雙嶺水電站主軸工作密封的結(jié)構(gòu)特點,存在的問題及改造措施,取得了較好的效果,為今后的燈泡貫流水輪發(fā)電機(jī)組的設(shè)計、制造、運行及檢修工作提供了經(jīng)驗。Improvement of Working Seal of the Turbine for the Shuangling Hydropower StationLi Shengliang(Benxi Duoyi Resources

5、Development Co.,Ltd.,Huanren Liaoning 117200Key Words:bulb turbine;working seal;improvement;Shuangling Hydropower StationAbstract:The reliability of bulb turbine is low because of its structure and its working seal of main shaft is easy to hap-pen accident.It is very important for the safe operation

6、 of the station to enhance the reliability of the working seal of main shaft.This paper,based on the analysis of the structure characteristics,the existed problems of working seal of main shaft of the Shuangling hydropower station,puts forward some improvement measures.The practice showed that it ga

7、ined good effectiveness.These will provide some reference experience for the design,manufacturing,operation and check of the bulb hydro -generating unit in future.中圖分類號:TM312(231文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A第33卷第1期2007年1月水力發(fā)電水電站運行77水力發(fā)電2007年1月用壽命及其工作的可靠性,制造廠家采用了日本進(jìn)口的碳精環(huán)。但雙嶺水電站自2003年投運以來,分別于2004年12月及2005年7月發(fā)生了工作密封損壞事故。200

8、4年12月由于工作密封損壞致使1號機(jī)低壓供油系統(tǒng)進(jìn)水,造成20t 46號汽輪機(jī)油報廢,機(jī)組發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承、水輪機(jī)導(dǎo)軸承由于進(jìn)水發(fā)生銹蝕,真接經(jīng)濟(jì)損失約40萬元。2005年7月,2號機(jī)工作密封損壞,造成2號機(jī)組發(fā)電機(jī)導(dǎo)軸承、水輪機(jī)導(dǎo)軸承進(jìn)水發(fā)生銹蝕,由于正值汛期,造成棄水9000萬m 3,直接經(jīng)濟(jì)損失約164萬元。由于碳精環(huán)為日本進(jìn)口件,每臺套價值人民幣3萬元,制造廠商設(shè)計使用壽命至少為10a ,但從雙嶺水電站的兩年多的運行經(jīng)驗來看,實際壽命只有1a 。雖然每年的春秋檢修中可以對其進(jìn)行更換,但每年兩套碳精環(huán)需支出6萬元費用,按機(jī)組使用40a 退役算,共需240萬元的支出費用。雙嶺水電站的兩次事故,

9、均使電站機(jī)組退出備用狀態(tài),由于水輪機(jī)內(nèi)空間小,碳精環(huán)密封要求施工精度高,必須保證轉(zhuǎn)環(huán)與主軸的垂直度在0.005mm/m 之內(nèi),不合格須經(jīng)過盤車檢查調(diào)整,故處理一次事故至少要200220h ,且由于渾江流域的水質(zhì)在汛期含沙量多,而這時機(jī)組的運轉(zhuǎn)時間也最長(基本上是連續(xù)24h 不停運行3個月,也是事故易發(fā)時期,一旦發(fā)生事故將導(dǎo)致棄水,從而將造成極大的經(jīng)濟(jì)損失。雙嶺水電站水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑為560cm ,在燈泡貫流式機(jī)組中為大型機(jī)組,經(jīng)分析,碳精環(huán)雖然有在小型機(jī)組中使用成功的例子,但對于大型機(jī)來說并不實用,現(xiàn)就其結(jié)構(gòu)方面存在的問題提出改造方案。與小型燈泡貫流式機(jī)組相比,機(jī)組容量和輪轉(zhuǎn)直徑增大,大軸直徑加

10、大,碳精環(huán)支座的內(nèi)徑會隨之加大,支座的重量也會加大。支座隨碳精磨損和水壓的變化在水封殼體上才能保證作軸向平滑移動,從而加快了碳精環(huán)的磨損;機(jī)組外形尺寸的加大導(dǎo)致水封處大軸靜態(tài)撓度值增大,同時臥式機(jī)組在交變應(yīng)力的作用下,與密封環(huán)相貼的滑動裝配面擺度加大,導(dǎo)致碳精環(huán)磨損加快;另外,水封裝置各部件的剛度也要加大,同時也會增大水封裝置的布置尺寸,從而使機(jī)組水導(dǎo)軸承位置離轉(zhuǎn)輪重心更遠(yuǎn),影響了機(jī)組的穩(wěn)定性要求,使碳精環(huán)磨損加快。2改造方案綜上所述,結(jié)合雙嶺水電站燈泡貫流式水輪機(jī)組結(jié)構(gòu)特點,確定其工作密封形式改為唇齒式間隙機(jī)械密封,如圖2所示。唇齒式間隙機(jī)械密封的工作原理是:在主軸上設(shè)一個與mm ,這樣流道

11、的水經(jīng)過軸套與轉(zhuǎn)環(huán)之間的阻尼槽會使水壓降低。在銅套上游設(shè)一與主軸共同轉(zhuǎn)動的10mm 厚的橡膠板,與之平面相接觸的為不銹鋼密封供水壓板,水壓同碳精環(huán)密封一樣,0.12M Pa 的主軸密封水作用于供水壓板與橡膠板間,由于橡膠板有一定的彈性,在技術(shù)供水壓力的作用下會產(chǎn)生微小的彈性變形,將流道內(nèi)的水有效的密封到流道外面,即大部分技術(shù)供水通過流道排走,同時剩下的少部分技術(shù)供水從密封罩下部的排水管排至電站集水井。供水壓板與橡膠板間隙可以根據(jù)漏水量大小調(diào)整,據(jù)水力計算可調(diào)為0.15mm 。當(dāng)機(jī)組停機(jī)時,技術(shù)供水泵停止供水,上游側(cè)無水壓力,尾水壓力單獨作用于橡膠板上,使橡膠板產(chǎn)生向上游的0.15mm 左右的變

12、形后與供水座接觸進(jìn)行停機(jī)時的密封,從而完成工作密封的全過程。雙嶺水電站機(jī)組基本參數(shù)為:水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速n e 為107.1r/min ;兩臺機(jī)發(fā)電下游尾水位為142.4m ;機(jī)組安裝高程為130.25m 。局部水力損失h j =v 2/2g式中,為局部水力系數(shù),1=sin (t 1/b4/3,取=90°,為柵格的斷面形狀系數(shù),矩形時=2.34,柵格厚度t 1=4mm ,機(jī)格凈間距b=10mm ;v 為水輪機(jī)工作密封處圓周轉(zhuǎn)速,m/s 。當(dāng)停機(jī)時,按孔口出流計算,Q=u c A(2gH1/2U c =(1+l /d+-1/2式中,U c 為孔口出流系數(shù);A 為孔口面積;l 為沿程阻力系數(shù)

13、;H 為尾水位線軸中心高度。因以局部水頭損失為主,則令沿程水頭損失l /d=0,則V=Q/A=u c (2gH1/2=(1+l /d+-1/2(2gH1/2=5.56m/s ,由此可得:h j1=41v 2/2g=7.38m h j2=22v 2/2g=3m則可得到尾水作用于橡膠板上壓力圖1碳精環(huán)密封結(jié)構(gòu)示意圖2唇齒式工作密封結(jié)構(gòu)示意水電站運行78停機(jī)由于停機(jī)時橡膠板下游側(cè)壓力為1.77×104Pa ,此壓力足夠使60至70邵爾的橡膠板產(chǎn)生塑性變形0.15mm ,達(dá)到密封效果。技術(shù)供水壓力為1.2×105Pa ,遠(yuǎn)大于橡膠板下游側(cè)壓力,流道內(nèi)的水將被技術(shù)供水頂住,大部分技術(shù)

14、供水從流道排走,少量的水經(jīng)工作密封排水管排至電站集水井。實踐證明,改造后的雙嶺電站工作密封可靠,停機(jī)時實測漏水量為3.6×10-3m 3/h ,發(fā)電狀態(tài)時測得漏水量為10×10-3m 3/h 。3結(jié)語唇齒式間隙機(jī)械密封主要有以下幾方面優(yōu)點:(1運行安全可靠。從技術(shù)分析可以看出,改造方案采用唇齒式間隙密封,用唇齒有效地降低了流道內(nèi)的水壓,減少了流量,間隙式密封保證無接觸形式的密封,從而減少了密封件的磨損,增加了密封的使用壽命,保證了機(jī)組的安全運行。(2降低運行成本。對于唇齒式密封,備品僅為幾十元的橡膠密封板,無須其他備件,大大降低了運行成本。(3運行維護(hù)方便。碳精環(huán)是接觸式密

15、封,對技術(shù)供水水質(zhì)要求高,要達(dá)到80目以上,而唇齒式密封對水質(zhì)要求低,減少了運行維護(hù)的費用。唇齒式間隙機(jī)械密封取代碳精環(huán)密封,使用壽命長、安全可靠性高、安裝簡單設(shè)備維護(hù)量小,解決了雙嶺水電站大型燈泡貫流式水輪機(jī)工作密封工作不可靠問題。參考文獻(xiàn):1吳持恭.水力學(xué)M.北京:高等教育出版社,1982.2王煥庭,李茅華,徐善國.機(jī)械工程材料M.大連:大連理工大學(xué)出版社,1991.全面啟動溪洛渡庫區(qū)移民工作2006年11月29日,三峽總公司在溪洛渡工地召開溪洛渡水電站截流前庫區(qū)移民搬遷安置工作座談會。會議聽取了金沙江開發(fā)有限責(zé)任公司關(guān)于溪洛渡水電站庫區(qū)移民工作情況、云南省永善縣與四川省雷波縣關(guān)于庫區(qū)移民

16、搬遷安置情況的報告。會上,三峽總公司領(lǐng)導(dǎo)在講話中說:金沙江水電開發(fā)是國家的重點工程,黨中央、國務(wù)院高度重視,這次國務(wù)院副總理曾培炎到工地宣布向家壩工程正式開工,并視察向家壩工程建設(shè)情況,就充分體現(xiàn)了這一點。同時,國務(wù)院副總理曾培炎在向家壩工地考察時,非常關(guān)心移民的搬遷安置工作。當(dāng)前金沙江水電開發(fā)中,溪洛渡工程無論是在工程建設(shè)還是移民工作方面,都起到了非常好的帶頭作用和示范作用,堅定了國家對金沙江水電開發(fā)的信心。三峽總公司強(qiáng)調(diào),要以向家壩工程開工為動力,以溪洛渡工程2007年截流為目標(biāo),進(jìn)一步把施工區(qū)已搬遷安置的移民工作做好,使移民群眾得到穩(wěn)定,生活逐步改善和提高,把水庫移民工作順利有序地啟動起

17、來。啟動庫區(qū)移民工作要以圍堰水位需要搬遷的移民作為開端,逐步分階段推進(jìn)。溪洛渡水庫移民工作具備比較好的基礎(chǔ)條件,一是金沙江下游兩個水電工程已通過國務(wù)院項目核準(zhǔn),并正式開工了;二是國家出臺了大中型水利水電工程建設(shè)征地補(bǔ)償與移民安置條例及關(guān)于完善大中型水庫移民后期扶持政策的意見等移民政策法規(guī)文件,有利于我們做好農(nóng)村移民的安置和穩(wěn)定工作;三是有溪洛渡施工區(qū)移民工作的經(jīng)驗,施工區(qū)移民搬遷安置過程中培養(yǎng)了一大批移民干部,移民群眾的思想認(rèn)識也逐步得到了統(tǒng)一;四是有一個比較好的安置環(huán)境和條件;五是截流前庫區(qū)移民搬遷時間分階段實施。移民工作比樞紐工程建設(shè)更加復(fù)雜。樞紐工程是一個人與工程、工程與自然的和諧關(guān)系,

18、而移民工作既是人與自然,更是人與社會、人與人的和諧關(guān)系,是一個復(fù)雜的社會系統(tǒng)工程。實際上,移民工作也是一個社會變遷的過程,是一個利益調(diào)整的過程,是老百姓社會關(guān)系和心理變化的過程。這個過程非常艱巨,難度也非常大。移民工作也要做到“規(guī)范、有序、和諧、健康”。在水庫移民中,實物指標(biāo)是基礎(chǔ),安置方案是關(guān)鍵,土地流轉(zhuǎn)是重點,基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)是保障。三峽總公司提出了做好庫區(qū)移民工作的4項要求:政策宣傳要先行,通過法制的、政策的、社會的各種形式做好宣傳工作;移民干部要堅定信念,各項政策最終要靠移民干部去落實,移民干部的思想一定要堅定;一定要把群眾的思想摸準(zhǔn),如果群眾的思想不摸準(zhǔn),各項工作就沒有針對性;移民工程規(guī)劃設(shè)計一定要主動,基礎(chǔ)設(shè)施與專項的典型設(shè)計工作一定要早做;設(shè)計單位應(yīng)該有一個明確的移民工作程序、工作目標(biāo)、工作計劃;各項專業(yè)基礎(chǔ)工作尤其是實物指標(biāo)調(diào)查和城鎮(zhèn)規(guī)劃、集鎮(zhèn)宅基地建設(shè)選址等各項專業(yè)工作一定要嚴(yán)謹(jǐn),要經(jīng)得起檢查。面對即將開展的大范圍、大規(guī)模的庫區(qū)實物指標(biāo)調(diào)查復(fù)核等工作,三峽總公司要求建立及