昭平水电厂 广西贺州 546800
摘要：昭平水电厂轴流转桨式水轮机原转轮桨叶密封为“λ”型密封，由于桨叶密封结构方面的原因，要求桨叶密封安装调整工艺比较复杂，且在转轮耐压动作试验经常渗漏油，且机组在一个大修周期运行期间，出现桨叶漏油的现象比较多。通过对桨叶密封结构的改进，以上问题得以解决，改善了机组转轮的运行工况，且适当延长机组大修周期。
关键词：轴流转桨式；桨叶密封；“λ”型密封；双“V”型密封；桨叶铜瓦
前言：广西昭平水电厂位于西江支流桂江的中游松林峡出口处，下游距昭平县城4.5公里，系桂江梯级开发的第二级水电站。是以发电为主兼有航运、灌溉等综合效益的低水头河床式中型水电站，装设3×21MW轴流转桨式水轮发电机组，水轮机型号为ZZ500-LH-450，转轮直径4.5m,5片不锈钢桨叶，每片重2.5吨。
2011年11月开展2号机组A修，将转轮桨叶原密封为“λ”型密封形式改成双“V”型密封，截止2019年10月再次对该机组进行A修，8年里，该机组转轮桨叶未出现漏油现象，且桨叶枢轴大、小铜瓦经过一个A修周期，配合间隙仅仅是变大2丝左右。通过实践证明该密封改造是成功的。
2原“λ”型密封存在问题
原“λ”型密封原理是依靠密封圈的断面压缩以及顶起环的油压与弹簧作用，使“λ”型密封圈压缩变形，以此来在密封面上获取接触压力，达到密封介质的效果。但是原“λ”型密封在安装与调整时难度相对较大，随着长期使用中转轮体与枢轴、橡胶三者之间产生的干摩擦，就会导致密封圈撕裂、磨损严重，进而造成漏油现象；每隔一两年后，叶片在离心力作用下会出现轴向位移，叶片法兰面在操作力与轴套磨损下就会出现倾斜，对密封与弹簧的正常工作造成影响，导致个别桨漏油现象。不仅如此，在年检期间，对原“λ”型密封进行检修处理难度也比较大，造成工作不能有效开展。
3双“V”型密封结构的特点
3.1V型密封具有“自密封”性
V型密封在自由状态下的外径明显大于轮毂体填料腔内径，与桨叶法兰外径相比，密封的内径较小，在装配好后常常会有一定量的过盈现象，同时在支撑环的顶推作用下，对于一定压强下的介质，即使其唇口在不施加油压力时也会封住。
3.2允许有一定偏心载荷及偏心运动
由于有一定的过盈量存在于密封件自由状态下，所以只要是在使用过程中或生产制造中出现沟槽径向宽度变化量低于预设的压紧量就能对相关介质予以封住。
3.3通过自身结构使圆周方向压力更加均匀化
在沟槽受介质压力时，密封元件可以通。当V组装入沟槽后，有足够的空间在唇口部位用作变形和产生预紧压力，使邻近部分的密封变形不会受到影响与干涉，这对于保证密封效果是非常有利的。
3.4能够耐冲击压力和振动
在实际运行过程中，水轮机的压力脉动与振动较大，使水轮机在这种V组结构的耐冲击压力和耐振力特性下得到了充足保证。
3.5能保证密封可靠性
通过多重V型圈的使用，能在高压环境中使密封的可靠性得到保障。
4结构改进
4.1改进过程
本文主要采用双向多层V型结构作为新型桨叶密封：主要由三个V型密封圈与一个X型密封支撑组合而成，双向V型叶片密封的密封唇边分别与轮毂体填料腔接触表面和叶片法兰外圆接触表面压紧。
同时，X型密封支撑唇边有一定的密封作用，所以三道 V型密封能避免轮毂体漏油，两道V型密封可以避免流道向转轮体内渗水。
从内凹型将密封压环转变为外凸型，能对密封压环顶紧密封予以有效保证，使密封唇边紧密贴合接触面；有利于提升可靠性，简化结构，取消顶起支座及弹簧，转变成无弹簧结构的密封支座。V型密封材质与密封支座及压环材质完全相同。
将所有V型密封压环、密封底部开槽、密封支座顶尖削平，能保证其轴向力逐渐至桨叶密封唇边的传递，使密封与V圈支撑之间，V圈之间，V圈与支座、压环间有足够的自补偿作用，以此来促进密封效果的进一步提升。在加工各种密封件过程中，结合上述几种方案，为了保证加工精度的准确性，应留三毫米加工余量在密封压环上部，在施工现场，对水电厂2号机组的叶片密封安装沟槽尺寸共5只予以了详细测量，对密封机构轴向尺寸设计值进行确定，如V型密封圈、聚氨酯支座、X型密封支撑以及新聚氨酯压环的轴向安装总长即为该尺寸。结合实际测量数据，将5只加工余量新聚氨酯压环在实测前保留完成最终加工并安装。
在装复桨叶密封过程中，不切断粘接并实现整圈装复，要避免此过程中密封翻边现象的发生。在正式安装桨叶密封过程中，要保证所有密封装配零部件无异常锈蚀，表面应光洁平整，及时清理掉密封沟槽内杂物，检查沟槽内的平滑度，并积极处理存在的明显磨痕现象，直到符合密封安装要求即可。安装桨叶密封时，对于密封翻边的现象，可以将润滑脂适当涂抹在设计允许范围内，以此来减少该现象的发生。
4.2转轮转轮耐压动作试验情况
在完成改造相关工作后，于油压0.5MPa时开展试验，需要保持16小时，每小时操作叶片全行程3次。结果表明，在这16个小时内周围温度低于5℃时，均未有渗油现象发生，并且其他组合缝也没有渗漏油现象。在未加试验压力情况下，单个叶片密封装置均不得漏油，如果若有个别处存在渗漏油现象，必须在相关规定要求标准内。转轮接力器应动作平稳，与额定工作压力相比，最低油压关闭与开启时需要低于其15%。
5多年运行及再次A修情况对该结构改进的验证
该台机组桨叶密封改为双“V”型密封后，在运行过程中对轮毂油油质情况实施了多次抽查，化验结果均显示为合格。未有进水情况发生在检修中轮毂排油中，油质化验合格，没有水分出现，说明桨叶密封效果良好。
2019年10月，昭平水电厂本部检修队伍开展对2号机组A修，拆出来的双“V”型密封材质依然保留原弹性、韧性及密封性，具有较大的应用价值，可进一步推广。
6结束语
综上所述，水电厂中的轴流转桨式机组转轮结构相对较为复杂，其内部各个零部件的运行环境与轮毂内透平油混水息息相关。本文以昭平水电厂为例，通过对桨叶密封优化的改造，在应用双“V”型密封结构后，不仅能延长密封件寿命，还可以大幅度提升密封效果，从而保证机组的安全稳定运行，对转轮泄露风险予以有效消除。
参考文献：
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作者简介：
杨启东（1973－），男，广西贺州人，助理工程师，主要从事水电厂水力机械检修管理工作。
廖克林（1979—），男，广西岑溪人，助理工程师，主要从事水电厂水力机械检修技术管理工作。