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水轮机的密封效果不好会造成主轴在工作过程中产生摩擦，损坏设备，随着磨损的增加还会造成漏水现象，降低水轮机的运行效率和使用寿命。本文通过对水轮机的工作原理进行分析，对产生水轮机密封故障的原因进行分析并采取相关措施进行处理，降低水轮机主轴的密封故障。
[关键词]：水电站 水轮机 密封 故障分析
一、前言
水轮机能将水能转化为电能，是水电站中重要的设备。水利发电是一种重要的清洁能源，能实现水电站的节能减排，减少由于煤炭发电对环境的污染，已经在水电站发电厂大规模使用，并且取得了巨大的经济效益和社会效益。在当前电力需求的强力拉动下，使用水轮机发电得到了快速的发展，其制造水平和维修技术也得到了提升。
二、主轴密封工作原理
为了确保润滑轴承的工作正常，在轴承上面采用密封装配，避免压力水流从顶盖和主轴之间的缝隙渗入到轴承，破坏轴承的工作环境。因此，密封装置的好坏是润滑轴承工作飞一个十分重要的问题。
主轴密封在水导轴承的下面，水轮机顶盖的上面。水轮机的主轴密封主要分为停机密封和工作密封。停机密封主要起到辅助主轴密封的作用，它主要在水轮机停机检修过程中起到密封的作用。根据使用设备的不同，所采用的密封方式也各不相同，目前主轴的密封主要有机械式密封、空气围带式密封和抬机式检修密封三个类型。一般情况下水电站停机密封使用空气围带式密封形式较多，能占到百分之七十五左右，空气围带式密封主要的工作原理是在正常工作时，水轮机轴和围带排气之间保持一定距离间隙；需要进行停机检修时，会向水轮机轴和围带排气的空隙中充入一定压力的压缩空气，这时空气围带的橡胶会出现膨胀现象，使水轮机轴密封抱紧，阻止水出现泄漏现象。在运行状态下也存在密封，主要是橡胶活塞式密封。主要有移动橡胶环、转动环和密封座环三部分组成。转动环需要在水轮机轴上进行固定，使之与机组保持同步的转动。密封座环需要固定在内盖法兰的上面，一般情况下内部为U型设计，在U 型环内安放可移动的橡胶环，在橡胶环上每九十度钻一个8毫米的圆孔，对称两个为销子导向滑孔，确保橡胶环能沿着销子进行上下两个方向的运动。在圆周方向上不出现偏移现象。其余两个为冷却通水孔。座环U型底部进水孔的设计，从进入供水总管经电磁阀和手阀控制引水到进水孔，可以操作移动橡胶环向上移动使橡胶环和转动环接触，密封水轮机的漏水。
三、水轮机的密封类型
为了减少机组运转过程中的漏水量，在水轮机的运转过程中主轴的密封起到十分重要的作用，按照密封结构型式主要可分为轴向密封、径向密封、组合式密封和非接触式密封四种密封形式。轴向密封包含了水压式端面密封、平板密封、静压自调等三种密封结构型式。径向密封细分的话，又可以分为剖环式和填料式两种密封结构，采用比较耐磨材料，在弹簧机械力作用下，沿径向与套在主轴上的抗磨衬套形成径向密封面，并用清洁水进行润滑，该密封面是经过接触压力和润滑水来达到密封、止漏的作用。组合式密封可根据设备的类型和使用的地点进行选择，在进行设计时要充分考虑组合的形式，以便能更好地达到密封的效果。一般情况下有水压式端面密封+斜向密封、泵板密封+非接触式间隙密封、梳齿+平板式主轴密封等组合形式，组合式密封方式由于结构复杂在水轮机的密封过程使用的较少。
三、出现故障的原因分析及其处理措施
水轮机密封故障产生的原因是多种多样的，应根据使用的设备不同进行重点分析。每一类型的设备都有自己专属的设备特性，下面就以比较容易出现密封故障的原因进行简要的分析和总结。
1、水轮机的参数
水轮机的设备参数对在运行过程中的密封有着至关重要的作用，因此，在出现密封故障时对设备的设计密封的原理进行分析，根据设计标准要求，橡胶环和转动环之间的间隙为2毫米，安装间隙为1.8毫米，橡胶环在安装过程中必须要使用压缩空气进行吹气试验。出现密封故障后，对主轴的密封装置进行拆卸检修，拆卸后发现上、下密封橡胶平板上无褶皱现象的出现，切口部位没有发现开裂情况，橡胶平板的密封面也没有发现擦痕迹。通过对上下密封板及与其配合的橡胶密封板间的间隙进行详细测量，测量结果表明上层平板之间密封间隙为2.5毫米，下层平板之间密封间隙2.4毫米，密封间隙超出间隙密封标准（设计标准为2毫米）。因此可以认为，上下密封板与密封橡胶板间的间隙不符合设计要求是引起主轴密封漏水的主要原因。
2、运行过程分析
通过对机组的运行情况进行分析，水轮机在停机后空气围带投入，顶盖水位恢复正常，通过此现象可判断橡胶空气围带能正常密封，由此可判断故障点在橡胶平板密封，而引起橡胶平板密封漏水有三种的情况。
（一）、上下密封橡胶板安装时切口方向错误
一般情况下上、下密封的橡胶板都是圆形的结构，是使用过程中需要进行切割处理，在切口处因进行斜面处理，这样能保证切口部位的粘合能力，使切口的斜面与机组的转动方向一致，这样能避免切口在使用过程中出现开裂现象。如果切口倾斜方向逆着机组转动方向，机组运行过程中切口位置受力，会引起切口撕裂，达不到密封效果，造成主轴密封漏水。
（二）、上下密封板要和密封橡胶板之间有合适的缝隙，要符合设计的要求，一般情况下上下密封板和密封橡胶之间的间隙控制在2毫米以内。如果上下密封板和橡胶板之间的间隙过大会出现主轴密封不严，产生漏水现象；如果上下密封板和橡胶密封板之间的间隙过小会产生一定的摩擦，造成密封设备的损坏，降低设备的使用寿命，随着使用时间的延长会出现密封故障。
（三）、橡胶板存在褶皱现象
橡胶板固定螺孔位置装有铜套，以保证安装时橡胶板的平整度。如果安装时铜套漏装或安装不符合规范，橡胶板存在褶皱现象，亦达不到密封作用，也会造成主轴密封漏水。
3、水轮机漏、排水影响
机组开机时，导水机构导叶打开，水能主要作用于转轮叶片做功旋转。转动部件转轮和固定部件底环、顶盖存在间隙，产生漏水。下部底环和转轮的间隙漏水减压排至尾水。上部顶盖和转轮的间隙漏水通过梳齿减压，漏至转轮上面，经4个32排水孔排至尾水。计算水轮机上腔漏、排水面积，实际测量转轮与顶盖梳齿双边配合间隙为2毫米，内梳齿直径中心为800毫米。
1)水轮机转轮上腔漏水面积：3．14×（4002-3982）=5012mm2。
2)水轮机转轮上腔排水面积：4×3．14×162 =3215 mm2。。
3)分析：通过以上计算水轮机漏水面积大于4个32排水孔的排水面积，漏水不能全部排至尾水，在水轮机上腔减压。机组负荷增加，导叶开度加大，水轮机上止漏环漏水处水压增加，水轮机漏水量增大。该压力水通过密封移动橡胶环的内壁进入至橡胶环下腔和密封供水(密封供水为压力0.3兆帕技术供水，通过供水手阀调整为0.07兆帕)串通，从而使密封的供水水压随导叶开度开大升高，形成橡胶环向上与转动环挤压力加大，封堵减小了密封润滑、冷却出水孔。
通过分析、计算，导致故障的原因一方面是水轮机漏水不能全部排走，在密封橡胶环下腔和密封供水叠加，水压增大作用于橡胶环下腔。另一方面水压波动使橡胶环与转动环产生冲击。两方面因素导致橡胶环和转动环挤压力不均匀、增大，水不能进入。
四、结语
主轴的密封效果对水轮机的运行有着重要的影响，主轴密封也是水轮机最容易发生故障的部件，这就要求水电站的设备维修人员要掌握水轮机容易出现故障的原因，不断对出现的故障进行经验总结，形成一套自己的维修方式进行设备的维护，减少由于水轮机的主轴密封问题造成的停产事故，提高设备的运行状况，提高水电站的发电量，为水电站的发展贡献力量。
参考文献
[1]张英华 水轮机漏水的原因分析及采取的相关措施[J] 润滑与密封 2012
[2]王天军 水轮机密封形式的选择和控制[J] 水电站机电技术 2011
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