1、軸流轉漿式機組受油器密封結構改進侯遠航 錢冰 向虹光（國電大渡河公司流域檢修安裝分公司 四川 樂山 614900）摘 要：針對軸流轉槳式水輪發電機組受油器銅瓦易磨損、漏油偏大、使用壽命短的問題，經對局部結構密封進行改進，不僅提高了密封性能，也延長了銅瓦使用壽命，保障了機組安全穩定運行。關鍵詞：銅街子電站；受油器；齒形密封一、概述銅街子水電站機組為軸流轉漿式結構，在機組最上端設計有采用浮動瓦密封結構的受油器。該電站于上世紀八十年代設計和投產，浮動瓦結構受油器經多年運行后逐漸暴露出一些弊端。受油器是利用銅環和操作油管間的油膜及油壓進行密封，對操作油管的擺度要求高。浮動瓦采用銅環迷宮結構，與操作油管

2、的配合間隙在0.150.25mm之間，對銅環的加工要求高。銅環在運行過程極易因為機組工況變化造成磨損，導致受油器甩油、竄油、壓油泵啟動頻繁。這種老式結構已經不能適應現在水電廠長時間穩定運行的要求，因此采用新型密封對原結構進行改進。二、受油器結構及運行工況分析受油器按照結構分為固定部分和旋轉部分，固定部分包含支架和浮動瓦。受油器結構如圖1所示，其中浮動瓦的作用一方面是對操作油管的運行起密封作用，防止高壓油外泄；另一方面是對轉動中操作油管的開、關腔壓力油進行隔離密封，防止兩腔高壓油互竄。旋轉部分包含操作油管，在機組運行時進行往復運動和旋轉運動。圖1 銅街子電站受油器結構圖三、密封選型分析（一）旋轉

3、軸密封旋轉軸的密封以前常采用填料密封，現多采用油封和機械密封。但油封不能承受高壓（一般國產耐壓型油封最高工作壓力不超過3MPa），且工作條件受到嚴格限制；機械密封雖可承受高壓至40MPa，但結構復雜，一次性投入大，對工況及安裝要求高，一般應用于石油化工等領域。（二）改進要求為保證改進能及時有效進行，我們對受油器浮動瓦密封結構不進行大的改變，只是增加旋轉密封減少受油器的漏油，對受油器銅瓦密封起補充作用，保證不會對機組的安全運行有任何不利影響。（三）密封選擇隨著現代機械設備逐步向高壓、高溫、高速發展，對密封件要求也越來越高。齒形滑環式組合密封（以下簡稱齒形密封）正是為適應這些要求而研制開發的新型旋

4、轉軸密封件。齒形密封有以下特點：高壽命、低摩擦、無泄漏以及結構簡單適應性強等。齒形密封應用案例：1.應用于沈陽某軍工廠一出口車間產品上，介質為高滲透易燃易爆氣體氫氣，無油潤滑。原密封為常規橡膠密封制品，每運轉半小時必須停下來冷卻。采用齒形密封后，連續運轉不停歇，且壽命較原密封提高近20倍；2.應用于徐工集團亞洲最大的KHU2000型鉆機密封，旋轉軸徑為Ø530mm、Ø500mm，工作介質為水、泥沙混合物，旋轉速度近5m/s。在設計選型時，該公司曾咨詢了德國某跨國密封公司等外國公司，后決定選用齒形密封，現處于良好的運行中，并已推廣應用至其他系列；3.承德石油配件廠生產的石油鉆

5、井用平板閥，工作壓力為70 MPa。原用美國原裝進口密封，但摩擦力大、壽命短。采用齒形密封后，很好地解決了上述問題；4.用于常州三環生物工程有限公司SFM30、SFM50、SFM100、SFM200生物反應釜上，該產品為高速、高溫且要求無污染長壽命，采用齒形密封后解決了原用機械密封結構復雜、調整不便以及壽命短的問題，并降低了成本；5.徐州礦務局二機廠生產的HZS75型混凝土攪拌站，介質為極其惡劣的水泥泥漿，采用齒形密封后壽命提高了近8倍等。（四）齒形滑環式組合密封的結構及原理1結構齒形密封由一個密封唇像齒形的增強PTFE滑環和一個O形橡膠圈組合而成，如圖2（a）所示。PTFE由美國杜邦公司19

6、38年研制成功的，摩擦系數小，僅為0.020.04；具有自潤滑特性，幾乎可耐受所有化學介質浸蝕，故又稱“塑料王”；溫度適應范圍寬，可在-100+250范圍內長期工作。根據不同的工況條件填充一定比例的添加劑如銅粉、碳纖、二硫化鉬、石墨、玻纖等。填充增強的PTFE具有極高的耐磨性（較純PTFE提高1500多倍），良好的物理機械性能。形橡膠圈采用GB3452.1-92標準系列，作為靜密封可以實現完全的密封。（a）密封結構 （b）密封徑向力分布圖2 齒形滑環式組合密封結構及受力分析2密封作用機理齒形滑環一般設計有兩個密封唇，前一個是主密封唇，具有特定的幾何形狀；后一個為副密封唇，起阻隔油膜和防塵作用。

7、 O形圈起提供彈力和相對于殼體和滑環的靜密封作用。唇口的方向應朝向壓力方向。O形圈具有預壓縮，壓縮率一般取11%18%，因此產生一定的徑向力“抱緊力”，使滑環主密封唇緊緊貼合在被密封表面以實現密封。隨著壓力的增高，密封的“抱緊力”越大，密封唇和軸的貼合越緊密，故壓力越高密封性越好。O形橡膠圈被滑環的側邊擋著，因而不會被“擠出”，可以耐受高壓。圖3 齒形滑環式組合密封機理滑環主密封唇口具有特定的幾何形狀，其主要作用：一是在密封部位產生較尖銳的徑向力，有利于建立理想的潤滑油膜，即保持“臨界油膜”厚度（理性的油膜厚度為2.5um），如圖2（b）所示；二是有利于軸高速旋轉形成的有害摩擦而轉化的熱量散失

8、。因而齒形密封尤其適用于旋轉軸的密封。常規滑環式組合密封（通常指格來圈、斯特封）之滑環較“厚硬”，當工作一段時間后形成磨損，即產生一定的間隙。O形圈不能提供足夠的力使“厚硬”的滑環產生足夠的變形予以補償，因而長期工作后泄漏量較大。加之PTFE材料彈性差，較橡膠密封制品“跟隨補償性”差，因此在高速、低壓及有振動偏心場合泄漏量更大。齒形密封針對性地進行了改進，創造性地采用了“薄唇”滑環結構。滑環唇部較薄，易于變形，O形圈提供的彈力能夠使薄唇的滑環產生足夠的變形以補償及其細微的磨損量，即齒形密封具有自動補償的功能，因而具有良好的密封性和極高的使用壽命。3齒形密封適用工況條件表一 齒形密封適用工況條件

9、表壓力/MPa溫度/速度/ms-1介 質070-55+2506水、油、氣、酸、堿、泥沙、水泥泥漿等銅街子電站機組轉速是88.2rpm，操作油管上段直徑是230mm，對應的線速度是1.06 ms-1；下段直徑是410mm，對應線速度是1.89 ms-1，操作油壓是4MPa，實際應用工況遠遠低于齒形密封工況要求，因此選用齒形密封完全能滿足受油器運行要求。四、齒形密封在銅街子電站受油器上的應用（一）安裝位置由于齒形密封結構簡單，只需在受油器浮動瓦壓環內側加工一矩形環槽，嵌入齒形密封即可。（二）選型上下浮動瓦是防止高壓油外泄，在壓環處安裝單向齒形密封；中浮動瓦阻止開關腔的高壓油互竄，選用雙向齒形密封。

10、（三）齒形密封結構示意圖銅街子電站受油器浮動瓦改造齒形密封結構示意圖如下。圖4 上浮動瓦齒形密封結構示意圖圖5 中浮動瓦齒形密封結構示意圖圖6 下浮動瓦齒形密封結構示意圖五、結語根據國內外軸流轉槳式機組運行情況統計，許多機組受油器都存在不同程度的浮動瓦漏油偏大現象，這與受油器結構設計不太合理存在很大關系，因此許多電站從受油器結構和浮動瓦結構等方面進行改進，也取得了不錯的止漏效果。但是這種改進工作量大，生產周期長，并不一定能滿足所有電站設備檢修的要求。銅街子電站僅對受油器浮動瓦壓蓋進行適當改動，并增加一道旋轉軸密封，即解決了傳統受油器浮動瓦漏油偏大的問題，不僅結構簡單，而且拆裝方便，為機組檢修節約大量工期，所以說是一種值得借鑒和推廣的方式。參 考 文 獻 1 任澤民等.銅街子電站設備手冊.2006年6月.作 者 簡 介候遠航（1966），男，國電大渡河公司流域檢修安裝分公司副總經理，工程師，長期從事電站檢修、安裝、管理工作，聯系