1、Water Power Vol.33.No.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建設及運行管理工作.0前言雙嶺水電站位于遼寧省桓仁縣境內、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 。電站裝設兩臺單機容量25M W 的燈泡貫流式水輪發電機組,電站基本參數為:水庫正常蓄水位152.5m ;一臺機發電下游水位139.75m ;兩臺機發電下游水位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電機組是一種低水頭、大流量的臥式水輪發電機組,由于其水頭低、

2、單位功率投資小,故近年來被廣泛采用,但對大型機組來說有效可靠的主軸密封結構是當今燈泡貫流式機組的難題。對于立式機組,主軸密封漏水可以設置頂蓋排水泵,通過自動控制而排至下游河道或排至電站集水井內,但燈泡貫流式機組因受其結構的影響則無法設置頂蓋排水泵,只能設計合理可靠的工作密封,使機組的工作密封漏水量盡可能小,并通過機組的內導流殼體排至集水井。當前使用最多的是機械盤根密封結構,但由于機械盤根密封與主軸直接接觸,機械磨損大,故使用壽命低,同時降低了水輪機的機械效率,設備運行的維護量也相應的增大,運行成本增高。目前國內外燈泡貫流式水輪發電機組設計制造廠都在尋求結構合理、運行可靠、成本低且維護量少的工作

3、密封結構形式,碳精環密封就是其中一種。但經雙嶺水電站運行實踐表明,碩精環密封并不適用于大型燈泡貫流式機組。雙嶺水電站水輪機工作密封為碳精環平面密封結構(結構圖見圖1所示,其工作原理為:在主軸上設一與主軸同步轉動的轉環,轉環的立面粗糙度為1.6m ,碳精環由16組彈簧支承于彈簧座上,彈簧座與水輪機內配水環固定,在碳精環與轉環之間通入壓力為0.2M Pa 的主軸密封水,從而形成密封水膜進行密封,同時保證碳精環與轉環之間相對轉動時的良好潤滑,亦阻止了水輪機流道內的臟水進入碳精環表面,減少了碳精環的磨損。為了提高密封的使文章編號:0559-9342(200701-0077-03雙嶺水電站水輪機工作密封

4、改造李勝亮(本溪多益資源開發有限公司,遼寧桓仁117200關鍵詞:燈泡貫流式水輪機;工作密封;改造;雙嶺水電站摘要:燈泡貫流式水輪機受其結構形式的影響,機組安全可靠性低,主軸工作密封容易發生事故,如何提高機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構特點,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電機組的設計、制造、運行及檢修工作提供了經驗。Improvement of Working Seal of the Turbine for the Shuangling Hydropower StationLi Shengliang

5、(Benxi Duoyi Resources 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

6、 for the safe operation 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 pra

7、ctice showed that it gained 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文獻標識碼:A第33卷第1期2007年1月水力發電水電站運行77水力發電2007年1月Water Power Vol.33.No.1用壽命及其工作的可靠性,制造廠家采用了日本進口的碳精環。但雙嶺水電

8、站自2003年投運以來,分別于2004年12月及2005年7月發生了工作密封損壞事故。2004年12月由于工作密封損壞致使1號機低壓供油系統進水,造成20t 46號汽輪機油報廢,機組發電機導軸承、水輪機導軸承由于進水發生銹蝕,真接經濟損失約40萬元。2005年7月,2號機工作密封損壞,造成2號機組發電機導軸承、水輪機導軸承進水發生銹蝕,由于正值汛期,造成棄水9000萬m 3,直接經濟損失約164萬元。由于碳精環為日本進口件,每臺套價值人民幣3萬元,制造廠商設計使用壽命至少為10a ,但從雙嶺水電站的兩年多的運行經驗來看,實際壽命只有1a 。雖然每年的春秋檢修中可以對其進行更換,但每年兩套碳精環

9、需支出6萬元費用,按機組使用40a 退役算,共需240萬元的支出費用。雙嶺水電站的兩次事故,均使電站機組退出備用狀態,由于水輪機內空間小,碳精環密封要求施工精度高,必須保證轉環與主軸的垂直度在0.005mm/m 之內,不合格須經過盤車檢查調整,故處理一次事故至少要200220h ,且由于渾江流域的水質在汛期含沙量多,而這時機組的運轉時間也最長(基本上是連續24h 不停運行3個月,也是事故易發時期,一旦發生事故將導致棄水,從而將造成極大的經濟損失。雙嶺水電站水輪機轉輪直徑為560cm ,在燈泡貫流式機組中為大型機組,經分析,碳精環雖然有在小型機組中使用成功的例子,但對于大型機來說并不實用,現就其

10、結構方面存在的問題提出改造方案。與小型燈泡貫流式機組相比,機組容量和輪轉直徑增大,大軸直徑加大,碳精環支座的內徑會隨之加大,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,從而加快了碳精環的磨損;機組外形尺寸的加大導致水封處大軸靜態撓度值增大,同時臥式機組在交變應力的作用下,與密封環相貼的滑動裝配面擺度加大,導致碳精環磨損加快;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,從而使機組水導軸承位置離轉輪重心更遠,影響了機組的穩定性要求,使碳精環磨損加快。2改造方案綜上所述,結合雙嶺水電站燈泡貫流式水輪機組結構特點,確定其工作密封形式改為唇齒

11、式間隙機械密封,如圖2所示。2.1工作原理唇齒式間隙機械密封的工作原理是:在主軸上設一個與主軸共同轉動的轉環,在轉環的外周設一個銅質固定密封軸套,并在軸套上開設阻尼槽,保證轉環與軸套間隙為0.5mm ,這樣流道的水經過軸套與轉環之間的阻尼槽會使水壓降低。在銅套上游設一與主軸共同轉動的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,在技術供水壓力的作用下會產生微小的彈性變形,將流道內的水有效的密封到流道外面,即大部分技術供水通過流道排走,同時剩下的少部分技術供水從密封罩下部的排水管排

12、至電站集水井。供水壓板與橡膠板間隙可以根據漏水量大小調整,據水力計算可調為0.15mm 。當機組停機時,技術供水泵停止供水,上游側無水壓力,尾水壓力單獨作用于橡膠板上,使橡膠板產生向上游的0.15mm 左右的變形后與供水座接觸進行停機時的密封,從而完成工作密封的全過程。2.2設計計算雙嶺水電站機組基本參數為:水輪機額定轉速n e 為107.1r/min ;兩臺機發電下游尾水位為142.4m ;機組安裝高程為130.25m 。局部水力損失h j =v 2/2g式中,為局部水力系數,1=sin (t 1/b4/3,取=90°,為柵格的斷面形狀系數,矩形時=2.34,柵格厚度t 1=4mm

13、 ,機格凈間距b=10mm ;v 為水輪機工作密封處圓周轉速,m/s 。當停機時,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;A 為孔口面積;l 為沿程阻力系數;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=3mh j =h j1+h j2=10.38m則可得到尾水作用于橡膠板上壓力圖1碳精環密封結構示意圖2唇齒式工作密封結構示

14、意水電站運行78Water Power Vol.33.No.1P=142.4-130.25-10.38=1.77×104Pa 2.3工況分析2.3.1停機由于停機時橡膠板下游側壓力為1.77×104Pa ,此壓力足夠使60至70邵爾的橡膠板產生塑性變形0.15mm ,達到密封效果。2.3.2開機技術供水壓力為1.2×105Pa ,遠大于橡膠板下游側壓力,流道內的水將被技術供水頂住,大部分技術供水從流道排走,少量的水經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,停機時實測漏水量為3.6×10-3m 3/h ,發電狀態時測得漏水量為

15、10×10-3m 3/h 。3結語唇齒式間隙機械密封主要有以下幾方面優點:(1運行安全可靠。從技術分析可以看出,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運行維護方便。碳精環是接觸式密封,對技術供水水質要求高,要達到80目以上,而唇齒式密封對水質要求低,減少了運行維護的費用。唇齒式間隙機械密封取代碳精環密封,使用壽命長、安全可靠性高、安裝簡單設備維護量小,解

16、決了雙嶺水電站大型燈泡貫流式水輪機工作密封工作不可靠問題。參考文獻:1吳持恭.水力學M.北京:高等教育出版社,1982.2王煥庭,李茅華,徐善國.機械工程材料M.大連:大連理工大學出版社,1991.全面啟動溪洛渡庫區移民工作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移民搬遷安置工作座談會。會議聽取了金沙江開發有限責任公司關于溪洛渡水電站庫區移民工作情況、云南省永善縣與四川省雷波縣關于庫區移民搬遷安置情況的報告。會上,三峽總公司領導在講話中說:金沙江水電開發是國家的重點工程,黨中央、國務院高度重視,這次國務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

17、建設情況,就充分體現了這一點。同時,國務院副總理曾培炎在向家壩工地考察時,非常關心移民的搬遷安置工作。當前金沙江水電開發中,溪洛渡工程無論是在工程建設還是移民工作方面,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的信心。三峽總公司強調,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,進一步把施工區已搬遷安置的移民工作做好,使移民群眾得到穩定,生活逐步改善和提高,把水庫移民工作順利有序地啟動起來。啟動庫區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。溪洛渡水庫移民工作具備比較好的基礎條件,一是金沙江下游兩個水電工程已通過國務院項目核準,并正式開工了;二

18、是國家出臺了大中型水利水電工程建設征地補償與移民安置條例及關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文件,有利于我們做好農村移民的安置和穩定工作;三是有溪洛渡施工區移民工作的經驗,施工區移民搬遷安置過程中培養了一大批移民干部,移民群眾的思想認識也逐步得到了統一;四是有一個比較好的安置環境和條件;五是截流前庫區移民搬遷時間分階段實施。移民工作比樞紐工程建設更加復雜。樞紐工程是一個人與工程、工程與自然的和諧關系,而移民工作既是人與自然,更是人與社會、人與人的和諧關系,是一個復雜的社會系統工程。實際上,移民工作也是一個社會變遷的過程,是一個利益調整的過程,是老百姓社會關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“規范、有序、和諧、健康”。在水庫移民中,實物指