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轴承知识
水轮机主轴密封的磨损与检修
2012-02-21作者：毋生俊
（河南省博爱县丹东电站）
水轮机在结构上，为了防止运行时压力水流从转动部分和固定部分的间隙处喷射出去，在前端盖处必须设置主轴密封装置。有一种水轮机的密封装置，采用的是石棉盘根密封。这种密封装置是把一定规格的石棉方绳缠绕在主轴上，再用压环压在盘根箱内，使转动部分与固定部分没有间隙，达到止漏密封的作用。由于这种结构的密封装置需要把石棉方绳紧紧地缠绕压在主轴上，所以在转动部分和固定部分之间形成较大的摩擦力。当机组运行一定时间以后，水轮机主轴会受到磨损破坏。如青天河一级电站2#机组，水轮机运行近30000h后，主轴单边磨损深度达8mm，轴向宽度有100mm以上。如果引水中含泥沙量较大的电站，磨损会更加严重。（河南省博爱县丹东电站）
主轴密封损坏以后，给水轮机检修带来一定的困难，影响了机组的安全运行。由于密封处轴的直径变细，原来定型的石棉盘根方绳在压到盘根箱内以后，无法再起到止漏的作用，造成了大量的漏水，直接威胁到水导轴瓦的安全，使轴瓦座内进水，严重时油盆被淹，造成机组被迫停机，需更换轴瓦座内的润滑油；大量的漏水，使水轮机的损失增加，效率降低；有时，由于密封处的漏水量太大，机组又不能停机检修，只好减小导水叶的开度，减少发电机的出力而被迫弃水，浪费了宝贵的水力资源；为了减少漏水，检修时用增加石棉方绳的数量，加大压紧量的办法，尽量使漏水减少，但是又造成了对主轴的摩擦力增加，使磨损更加严重。更为严重的是：由于主轴的磨损变细，截面积减少，主轴能承受的扭矩力也减少。如遇到某种特殊情况，而突然增加较大负荷时，还可能会引起大轴扭弯甚至扭断的重大事故。
水轮机主轴磨损较为严重以后，应当及时进行修复。我们电站采用了堆焊法对主轴的磨损部位进行了修复。
对水轮机主轴进行堆焊时，防止主轴焊接变形是一个十分关键的问题。这是由于主轴密封处的磨损量较大，有时需要堆焊几层，极易引起主轴焊接变形。另一方面，由于水轮机主轴的受磨损部位，离安装转轮的距离很近，若焊接后变形较大，会造成主轴弯曲，从而使同心度达不到要求，那么机组在运行时其主轴的摆度就会增加，引起机组的振动。为了防止和减少焊接变形，我们采取了如下措施：，在焊接以前，准确地测出水轮机主轴的同心度。把轴夹装在车床上，用千分表分别测出主轴法兰处、水导瓦轴颈处，安装转轮的轴头处三点的摆度量，计算出主轴的同心度。以使在焊接过程中和焊接完成以后对主轴的变形情况进行检查和校核。第二，对磨损部位进行车削处理。把该段车削为规则的形状。由于主轴受磨损破坏后，形状变得十分不规则，有的段磨损较多，有的段磨损较少，在焊接时，造成焊接量不能均匀对称，必然引起焊接后变形较大。如果把该段车削为规则凹槽以后，使焊接量能够均匀对称，使变形量减到Z小值。第三，施焊方法要正确。主轴应平放在有三支点的滚轮架上，三个支点应保持水平。焊接前应当把焊接部位用氧-乙炔火焰预热到150℃～200℃左右，并要求预热应均匀。焊接时要把电流调节适当，实行分段焊接，对称焊接，一次堆焊量不宜太大，尽量降低工件的温度。当每堆焊一层后，要用榔头对焊接部位敲击一遍，以减少产生的焊接应力。在焊接量完成一半以后，再把轴装在车床上检查变形情况，如有较大变形，要及时通过加热的办法，进行矫正处理。每次上车床检查变形时，必须等轴完全冷却后测量，防止热变形引起的测量误差。所用的焊条型号和焊条材料，要根据主轴的材料来决定。但在堆焊表面层时应当用不锈钢焊条。用不锈钢焊条，既可以提高主轴密封处的抗磨强度，延长密封的使用时间，又可防止由于该处水多、潮湿而引起的锈蚀破坏。在焊接工作完成后，再把轴卡在车床上精确地测量检查一遍，如与原来测量值偏差较大时，要用加热矫正法进行处理，直到主轴的同心度完全符合规定为止。采取以上措施，变形量都能控制在Z小范围以内。
焊接后的主轴密封段，表面光洁度很差，必须在车床上进行车削，使车削后表面光洁度达到原图纸设计要求。
主轴焊接过程中，虽然在每层焊接以后，用榔头敲击了一遍，消除了部分焊接应力，但还会有一定的残余应力存在。为了完全消除焊接应力，还应当对主轴进行加热缓冷处理。
青天河电站2#机组主轴密封用以上方法检修，经过3年运行后，情况仍然良好。
(收稿日期：1999-11-02)