謝 俊，郭躍川，葛少鋒，權(quán)君宗

(東方電機(jī)有限公司，四川省德陽 618000)

0 引言

水輪機(jī)主軸密封是水輪機(jī)的一項(xiàng)重要保護(hù)，它裝在水導(dǎo)軸承的下面，以防止壓力水從主軸和頂蓋(或支持蓋)之間滲漏到機(jī)坑內(nèi)，淹沒水導(dǎo)軸承，破壞水導(dǎo)軸承的工作，影響機(jī)組的運(yùn)行。按水輪機(jī)主軸密封的工作性質(zhì)可以分為檢修密封和工作密封。檢修密封是水輪機(jī)停機(jī)、檢修時使用，現(xiàn)大多數(shù)檢修密封運(yùn)用空氣圍帶檢修密封。工作密封是水輪機(jī)運(yùn)行時使用，按其密封結(jié)構(gòu)型式可分為平板密封、徑向密封、盤根密封和端面密封等，無論以上哪種密封結(jié)構(gòu)型式，其工作的首要條件是必須為其提供可靠的壓力恒定的清潔水。

如何為水輪機(jī)工作密封提供可靠的壓力恒定的清潔水成為水輪機(jī)自動化控制系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一，該系統(tǒng)在工程上簡稱為主軸密封水控制系統(tǒng)。目前主軸密封水控制系統(tǒng)均為發(fā)散件到工地組裝，因其控制理念、元器件質(zhì)量、工地加工、裝配、試驗(yàn)的局限性等諸多原因?qū)o法保證主軸密封水控制系統(tǒng)的整體質(zhì)量，也不能滿足用戶對控制系統(tǒng)越來越高的要求。針對這一現(xiàn)狀，我公司開發(fā)研制了一種新型的集成式水輪機(jī)主軸密封水控制系統(tǒng)-主軸密封水平臺，其與原有控制系統(tǒng)相比有如下優(yōu)點(diǎn):

1)先進(jìn)的控制理念，獨(dú)立控制主軸軸向密封水和徑向密封水，即獨(dú)立提供潤滑水和壓力水，而原有控制理念僅控制一路密封水供軸向密封和徑向密封共同使用。

2)控制系統(tǒng)所有的控制元件、測量元件和接線端子箱集裝于一個平臺并進(jìn)行相應(yīng)的密封試驗(yàn)和調(diào)試，無需工地加工、裝配、試驗(yàn)，最大限度減少工地安裝工作及時間，并提升了整體控制性能以及經(jīng)濟(jì)性能。

3)平臺可實(shí)現(xiàn)漏水收集、排出功能，并可實(shí)現(xiàn)平臺整體接地功能。

4)平臺尺寸僅長2 450 mm、寬1 150 mm，結(jié)構(gòu)緊湊，工地所需的安裝布置空間少，而且廠內(nèi)嚴(yán)格按圖紙集裝，可保證平臺的統(tǒng)一性、美觀性。

本文將對用于國外某大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組的主軸密封水平臺的組成、功能等進(jìn)行介紹。

1 主軸密封水平臺的組成

主軸密封水平臺由雙聯(lián)過濾器、調(diào)壓閥、二位二通電磁閥、節(jié)流閥、單向閥、電磁流量計、壓力變送器、壓力開關(guān)、壓力表、蝶閥、電接點(diǎn)式差壓表、端子箱等組成。所有元器件集裝于一個長2 450 mm、寬1 150 mm的平臺上。其主要部件將在下文詳述。

在布置上，主軸密封水平臺的左右側(cè)共設(shè)置了3對成對法蘭用于用戶外接管，并在雙聯(lián)過濾器下部為用戶提供了2對成對法蘭接口，用于外接用戶自購的全自動過濾器或其他形式過濾器。在平臺上設(shè)置有漏水收集功能，可對檢修，維護(hù)時的漏水進(jìn)行收集，并可操作排水閥排出積水。在該平臺上還設(shè)置有接地連接器，用于將平臺可靠接地以保護(hù)人員安全。該平臺布置圖如圖1所示。

圖1 主軸密封水平臺布置圖

1.1 雙聯(lián)過濾器

為保證進(jìn)入水輪機(jī)工作密封的壓力水清潔，除了保證平臺供水的清潔度以外，還必須保證平臺上的最后一道過濾處理，因?yàn)榇蠖鄶?shù)水輪機(jī)密封供水來自機(jī)組技術(shù)供水，其過濾精度低，如果不作處理直接使用，將加速密封的磨損，大大縮短密封的使用年限。為滿足要求，選擇了國外質(zhì)量上乘的雙聯(lián)過濾器，該過濾器共兩個工作腔，每個工作腔內(nèi)均設(shè)置有不銹鋼濾網(wǎng)，其過濾精度高、工作可靠、壓力損失小、阻塞報警可靠、結(jié)構(gòu)緊湊，并可實(shí)現(xiàn)無擾動切換，即在不影響過濾器后的流量的情況下，過濾器的工作腔可自由的由左腔切換至右腔，或者由右腔切換至左腔，可實(shí)現(xiàn)在線式更換濾網(wǎng)，即在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下，將工作腔切換至無阻塞的腔，更換或清洗已阻塞腔的濾網(wǎng)。

雙聯(lián)過濾器主要技術(shù)參數(shù):

過濾精度 50 μm

公稱壓力 1.6 MPa

額定流量 9 m3/h

通徑 DN50 mm

壓力損失 0.008 MPa

設(shè)計溫度 50℃

1.2 調(diào)壓閥

因主軸密封水進(jìn)水壓力一致，大約為0.7 MPa，而分配給水輪機(jī)工作密封的潤滑水和壓力水壓力不一致，該處水輪機(jī)要求的潤滑水壓力＞0.3 MPa，壓力水為0.2 MPa，這就需要對潤滑水和壓力水分別進(jìn)行壓力調(diào)節(jié)，而且因壓力水受供水壓力的波動和供水管道壓力損失的影響，實(shí)際到主軸密封水平臺的進(jìn)水壓力可能與要求的進(jìn)水壓力有波動，如果采用傳統(tǒng)的節(jié)流閥，對壓力水僅進(jìn)行單純的恒定的節(jié)流來調(diào)節(jié)壓力，將不能滿足要求。

為滿足水輪機(jī)工作密封對密封水壓力的要求，在平臺上設(shè)置了兩個調(diào)壓閥，分別調(diào)節(jié)潤滑水和壓力水的壓力。該處調(diào)壓閥采用國外進(jìn)口先導(dǎo)式自動控制調(diào)壓閥，無論如何改變閥前壓力或所需流量，均能保證其閥后的壓力恒定，而且壓力值設(shè)定完后，自動靠水介質(zhì)本身的能量調(diào)節(jié)，無需電源。該調(diào)壓閥采用先進(jìn)，獨(dú)特的Y型閥體設(shè)計過流量比其它閥門大25%，壓力損失小;設(shè)計結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)抗汽蝕能力，無運(yùn)動磨損，噪音低，且無需潤滑;Y型的閥體使其對泥沙淤積不敏感，由特殊材質(zhì)密封，保證零泄漏;一點(diǎn)定位，無支撐桿，避免雜物纏繞;維護(hù)簡便，執(zhí)行機(jī)構(gòu)可整體拆卸;獨(dú)特雙腔室設(shè)計提供優(yōu)良的緩閉性能使其在工作中能有效地防止水錘。

調(diào)壓閥主要技術(shù)參數(shù):

公稱壓力 1 MPa

通徑 DN40 mm

閥體 Y型與角型

工作溫度范圍 最高80℃

1.3 端子箱

為便于現(xiàn)場接線和控制，該平臺上安裝有端子箱，平臺上所有元器件電纜均通過電纜軟管或鍍鋅鋼管接線至該端子箱，用戶僅需將控制和信號電纜通過電纜橋架接至端子箱，而不用接至各個元器件，可大大縮短現(xiàn)場的接線和調(diào)試工期，并保證了現(xiàn)場電纜布置的美觀、整潔。該端子箱內(nèi)配置了空氣開關(guān)、照明燈、門控開關(guān)、檢修維護(hù)插座、溫度控制器、除濕電加熱器、接地母排、接線端子等元器件，可實(shí)現(xiàn)根據(jù)環(huán)境溫度自動啟動、停止電加熱器，以保護(hù)端子箱內(nèi)的電氣元器件，箱內(nèi)照明燈可根據(jù)箱門的開啟狀態(tài)點(diǎn)亮、熄滅。

1.4 其他控制元件

其他控制元件如二位二通電磁閥采用國外品牌產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)快速啟閉并可靠復(fù)位;蝶閥采用國外對夾式蝶閥，該類閥門與法蘭式蝶閥相比，結(jié)構(gòu)緊湊、安裝空間小、可雙向完全密封、特別適用于低壓系統(tǒng);節(jié)流閥和單向閥采用國內(nèi)優(yōu)質(zhì)品牌，以保證平臺整體控制性能。

1.5 其他測量元件

其它測量元件如電磁流量計、壓力變送器、壓力開關(guān)、壓力表、電接點(diǎn)式差壓表均采用國外品牌產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)對密封水的流量、壓力、過濾器阻塞的監(jiān)視及報警。其中流量監(jiān)視采用在線式電磁流量計，采用法拉利電磁感應(yīng)原理設(shè)計，測量精度可達(dá)0.5%，帶數(shù)字顯示，可切換顯示瞬時流量、累積流量，帶4～20 mA電流輸出和開關(guān)繼電器報警輸出。

2 主軸密封水平臺的功能

該主軸密封水平臺應(yīng)用于國外某大型燈泡貫流式水輪機(jī)主軸密封系統(tǒng)，為水輪機(jī)主軸工作密封提供潤滑水和壓力水。其系統(tǒng)圖如圖2所示。

圖2 主軸密封水平臺系統(tǒng)圖

2.1 主軸工作密封潤滑水控制

主軸工作密封潤滑水控制組成，如圖2為雙聯(lián)過濾器WF2501、單向閥CV2501、節(jié)流閥TV2501、調(diào)節(jié)閥 PCV2501、電磁流量計 FIT/FSL2501、壓力表PI2501～03、電接點(diǎn)式差壓表PDSH/PDSHH2501及蝶閥、儀表閥。

在主軸密封水平臺投入使用前，將蝶閥V2502和V2503打開，關(guān)閉蝶閥V2504和V2505，將所有的儀表閥 V2501、TMV2501、V2506、V2507、V2509、V2510、V2511打開。

當(dāng)機(jī)組開機(jī)繼電器動作時，由用戶提供壓力在0.7MPa的密封水，該密封水經(jīng)過雙聯(lián)過濾器WF2501精密過濾后，至單向閥CV2501，當(dāng)進(jìn)水壓力大于單向閥的開啟壓力打開單向閥CV2501，密封水進(jìn)入節(jié)流閥TV2501，經(jīng)過節(jié)流閥節(jié)流降低密封水壓力后，密封水進(jìn)入調(diào)壓閥PCV2501，調(diào)壓閥將密封水壓力調(diào)節(jié)至穩(wěn)定壓力，再進(jìn)入電磁流量計FIT/FSL2501，最后進(jìn)入水輪機(jī)主軸徑向密封(即為主軸密封提供潤滑水)，此時壓力表PI2501、PI2502、PI2503將指示相應(yīng)壓力，電磁流量計FIT/FSL2501將實(shí)時顯示流量并遠(yuǎn)傳給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)。

當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至零，用戶切斷進(jìn)入主軸密封水平臺的水源，從而切斷密封水進(jìn)入水輪機(jī)主軸徑向密封(即切斷主軸密封潤滑水)，此時壓力表PI2501、PI2502、PI2503指示消失，電磁流量計FIT/FSL2501動作給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出流量低報警信號。

2.2 主軸工作密封壓力水控制

主軸工作密封壓力水控制組成，如圖2為雙聯(lián)過濾器WF2501、單向閥CV2502、調(diào)節(jié)閥PCV2502、電磁閥EV2501/02、電磁流量計FIT/FSL2502、壓力變送器 PT2501、壓力開關(guān) PSH/PSL2501、壓力表PI2501/02 PI2505、電接點(diǎn)式差壓表 PDSH/PDSHH2501及蝶閥、儀表閥。

在主軸密封水平臺投入使用前，將蝶閥V2502和V2503打開，關(guān)閉蝶閥V2504和V2505，將所有的儀表閥 V2501、TMV2501、V2506、V2507、V2509、V2510、V2511打開。

當(dāng)機(jī)組開機(jī)繼電器動作時，由用戶提供壓力在0.7MPa的密封水，由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出打開電磁閥EV2502的信號(該電磁閥為單線圈、常閉閥，要求:信號長時間閉合)，該密封水經(jīng)過雙聯(lián)過濾器WF2501精密過濾后，至單向閥CV2502，當(dāng)進(jìn)水壓力大于單向閥的開啟壓力打開單向閥CV2502，密封水進(jìn)入電磁閥EV2502(調(diào)壓閥PCV2502的旁通閥)和調(diào)壓閥PCV2502，再進(jìn)入常開電磁閥EV2501，經(jīng)過電磁流量計FIT/FSL2502，最后進(jìn)入水輪機(jī)主軸軸向密封(即為主軸密封提供壓力水)，此時壓力表PI2501、PI2502、PI2505將指示相應(yīng)壓力，電磁流量計FIT/FSL2502將實(shí)時顯示流量并遠(yuǎn)傳給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，壓力變送器PT2501輸出與壓力相應(yīng)的電流信號給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)，壓力開關(guān)PSH/PSL2501動作并發(fā)報警信號給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng);當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速上升至100%額定轉(zhuǎn)速時，由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出關(guān)閉電磁閥EV2502的信號，即斷開之前發(fā)出的打開信號，電磁閥EV2502復(fù)位至常閉位，此時主軸密封壓力水由調(diào)壓閥PCV2502調(diào)節(jié)至穩(wěn)定壓力。

當(dāng)機(jī)組停機(jī)繼電器動作時，由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)同時發(fā)出關(guān)閉電磁閥EV2501(該電磁閥為單線圈、常開閥，要求:信號長時間閉合)和打開主軸密封壓力水排水電磁閥EV2503(該電磁閥安裝于主軸密封壓力水排水管，未安裝于該平臺上且為單線圈、常閉閥，要求:信號長時間閉合)的信號，切斷密封水進(jìn)入主軸軸向密封，并通過壓力水排水電磁閥EV2503將主軸軸向密封壓力水排出，壓力表PI2505指示消失，電磁流量計FIT/FSL2502動作給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出流量低報警信號，壓力開關(guān)PSH/PSL2501動作給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出壓力低報警信號;當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至0，用戶切斷進(jìn)入主軸密封水平臺的水源，壓力表PI2501、PI2502指示均消失，當(dāng)機(jī)組轉(zhuǎn)速下降至0并延時一定時間后，由機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)同時發(fā)出打開電磁閥EV2501(即斷開之前發(fā)出的關(guān)閉信號，電磁閥EV2501復(fù)位至常開位)和關(guān)閉主軸密封壓力水排水電磁閥EV2503(即斷開之前發(fā)出的打開信號，電磁閥EV2503復(fù)位至常閉位)的信號。

該平臺上安裝的雙聯(lián)過濾器，可實(shí)現(xiàn)無擾動切換，當(dāng) WF2501的電接點(diǎn)式差壓表 PDSH/PDSHH2501動作給機(jī)組監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)出過濾器阻塞報警信號時，可操作雙聯(lián)過濾器上的手柄實(shí)現(xiàn)工作腔切換，若左腔阻塞，可將手柄置于右位，過濾器后的流量無變化，不影響機(jī)組運(yùn)行，并可直接拆洗左腔。過濾器手柄位置與工作腔關(guān)系:當(dāng)手柄處于中間位置時，過濾器左右腔均工作，當(dāng)手柄處于左位時，過濾器左腔工作，當(dāng)手柄處于右位時，過濾器右腔工作。

3 結(jié)語

主軸密封水平臺，集裝了主軸密封潤滑水和主軸密封壓力水控制系統(tǒng)的所有控制元件、測量元件和接線端子箱，滿足機(jī)組控制和安全運(yùn)行的要求，安裝、調(diào)試、維護(hù)均十分方便。

該主軸密封水平臺將應(yīng)用于國外某大型燈泡貫流式水輪發(fā)電機(jī)組，現(xiàn)該項(xiàng)目的1號～5號機(jī)的主軸密封水平臺均已在工廠組裝、實(shí)驗(yàn)、調(diào)試完成并通過用戶驗(yàn)收。