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摘要：灯泡贯流式机组导叶轴头密封漏水，是当前国内同类型结构电站普遍存在的现象，如何花较低的成本改造，又能确保安全，许多水电站同行们都进行了积极的探索。木京电站技术人员基于多年来生产技术管理经验和对此问题的认识，对导叶轴承密封存在的缺陷进行了大胆改进，取得了一定成效，值得兄弟单位和生产厂家借鉴。
关键词：木京电站；导叶轴承；漏水原因；改造处理
概述：
木京水电站位于东江中游，枫树坝以下第十个梯级。装有灯泡贯流式机组3台，总装机容量3*10MW。机组额定水头：5.2m，最大水头：7.15m，最小水头：3.89m，单机额定引用流量：226.4m3/s，转轮直径：5.6m，导叶片数及尺寸：16片，导叶轴颈直径：180mm，导叶总高/瓣体高*瓣体宽：2247.4/1947.4*1520.6。
2002年4月30日，木京水电站一号机投运，同年底，三台机全部投产；2004年4－5月份，机组运行过程中发现部分导叶漏水；爾后机组漏水导叶数量进一步增多，到年底大多数导叶轴承端部都出现漏水，个别导叶还多次出现卡阻现象，致使导叶关闭不严。
一、导叶轴头漏水原因
如图1所示，导叶外轴承主要由套筒、关节轴承、密封环、YX密封、O型密封等组成。导叶采用铸钢结构，导叶外支撑轴承采用自润滑关节球轴承，轴承能够满足灯泡体的微小变形。
图1
导叶轴头密封主要靠YX密封圈和O型密封圈起密封作用。O型密封位于钢套内部，主要是密封轴颈，效果较好但作用有限；而上部的YX密封是决定导叶是否漏水的关键。
YX密封原理是：依靠其张开的唇边贴于密封副偶合面。无内压时，仅仅因唇尖的变形而产生很小的接触压力。在密封的情况下，与密封介质接触的每一点上均有与介质压力相等的法向压力，所以唇形圈底部将受到轴向压缩，唇部受到同向压缩，与密封面接触变宽，同时接触应力增加。当内压力再升高时，接触压力的分布形式和大小进一步改变，唇部密封面配合更紧密，所以密封性更好。对于此种结构的轴承漏水问题，国内一些同行曾对此问题做过很多分析：如设计不合理带来的机械振动超标；引用流量过大带来的动态稳定性差；密封圈质量差；密封设计不合理：与国外同类型机组相比，少了一道密封。等等。这些都有一定的道理。但对于不同电站的设备，需要具体分析才能解决问题。
笔者认为，引起木京机组导叶轴头漏水的根本原因还在于这种导叶轴头密封结构设计不能满足现场工作环境的需要。“O”型密封设计在导叶轴颈处的钢套内部，它保证了轴颈的密封性，密封效果很好；钢套外部与套筒之间的YX密封就成了密封效果好坏的关键。从解体情况看，正是此处密封不好，才造成整个轴头漏水。从理论上看，这种YX密封是可行的，但在实际使用过程中，由于其设备制造安装、运行水质、引用流量大带来的振动摆动、密封圈的材质等因素，都不可能做到一道密封关就能解决漏水问题。
二、木京轴头漏水的处理
2005年以来，我们对利用冬修期间对漏水导叶进行处理。最终找到了一条较为现实的经验和路子。主要分三个阶段：
1.更新处理
时间是在2005至2006年。由于解体后发现密封环内部整圈布满泥沙，关节轴承因漏水出现锈蚀，球轴承出现磨损过热甚至卡阻现象，原厂家提供的橡塑密封圈严重老化腐烂。经研究，我们把工作重点放在更换YX密封圈上，将原厂使用的密封较改成市面上质量较好的聚氨脂材料密封圈，后来在密封圈的材质硬度和唇边长短方面也采用不同材料进行比较试验。试验结果都不理想，无法解决漏水问题，看来还得依靠厂家。
2.按厂家提供的方案改造
2007年10月，原来设计厂家提供的改造方案：
1、改造后密封圈采用原密封圈。2、密封槽底加橡胶板，橡胶板尺寸为155*22*2（mm），橡胶板用密封胶将橡胶板与密封槽底部间接牢固，不允许橡胶板有不平的现象出现，材料为中硬度橡胶。3、增加轴用YX形密封圈用挡圈，挡圈材料为聚四氟乙烯，硬度HS≥90。
厂家的指导思想是：认为这种YX密封是可行的，问题是第一次安装或密封圈材质不好的原因造成漏水锈蚀以后，使得套筒内部的间隙增大了，需要经过必要的处理以后才成。然而，经过2008、2009两年的改造试验，证明是失败的。
3.最后采用的处理方案及结果
2010年冬修我们自行制定改造方案。其主要思想是增加一道密封圈：第一道新增O型密封圈，基本上挡住外界带有大量泥砂、杂物的河水，并降低极少量穿越该道密封的水压；第二道YX密封圈，将压力相对较小且较干净的渗漏水封住，确保不进入上层的关节轴承。具体改造方案是：1、将关节轴承铜球高由原来的10.5cm缩短为9.5cm，外钢套由8.0cm缩短为7.0cm；2、套筒安装YX密封处的下游槽边由原来1cm厚增加到2cm厚，并在其中加开一道6mm的O型密封槽；3、将导叶轴颈处安装的钢套高度由原来的3.78cm增加到4.78cm。其它不做变动。
通过近四年的运行，没有发现漏水现象，证明改造取得了成效。很多同类型的电厂几乎每二到三年就进行一次导水机构大修，而我们运行已四年，无论从经济上还是安全上看，都是合算的 。
由于主机设备缺陷，既成事实，木京在实际处理过程中，我们不仅要考虑安全性，同时也要考虑经济性，因而走过了一段较漫长的处理过程。在多年的缺陷处理过程中，为达到既保证安全，又节省成本的目的，笔者曾带领几名技术人员走访了周边多家同类型电厂，只要听说哪里有改造成功的例子，我们都要去看一看，也包括两家五大发电集团的电厂。有把整个导叶运回厂家重新彻底改造的，有顺其自然在漏水的，更多地是做一个象风车一样的接水槽，将整个导水机构包祼起来，以达到现场文明生产的要求，然后再三年一大修。跟木京方案比较接近的也是增加一道O型密封，但布置在YX密封的后面，这种做法止水效果是有的，但运行时间稍长一点，YX密封很有可能会因水生物和泥砂的作用下失去应有的功能，因而导水机构检修时间间隔会缩短。
三、结束语
我国灯泡贯流式机组的发展源于上个世纪七十年代末到八十年代初从奥地利、德国、法国和日本引进技术，八十年代中后期到九十年代初开始大规模引进技术合资生产。由于此种机型适用于低水头发电，国内市场需求旺盛，发展速度非常快，有些根本还来不及消化吸收，即投入使用，无论是在生产材质、工艺还是运行环境，都存在诸多“水土不服”现象。这些问题的解决将会随着中国社会的发展进步才会逐步得到解决。然而，与木京相隔22公里，2010年投产的上游黄田水电站，其导叶外端密封几乎跟早其8年投产的木京电站一样，甚至连规格尺寸都差不多，所不同的只是生产厂家。该站于2012年开始漏水，目前也打算用同样的方案改造处理，真是令人感叹。
作者简介：
杨祚会，男，1966年生，工程师，从事水电站生产运营技术管理工作。
关键词：木京电站；导叶轴承；漏水原因；改造处理
概述：
木京水电站位于东江中游，枫树坝以下第十个梯级。装有灯泡贯流式机组3台，总装机容量3*10MW。机组额定水头：5.2m，最大水头：7.15m，最小水头：3.89m，单机额定引用流量：226.4m3/s，转轮直径：5.6m，导叶片数及尺寸：16片，导叶轴颈直径：180mm，导叶总高/瓣体高*瓣体宽：2247.4/1947.4*1520.6。
2002年4月30日，木京水电站一号机投运，同年底，三台机全部投产；2004年4－5月份，机组运行过程中发现部分导叶漏水；爾后机组漏水导叶数量进一步增多，到年底大多数导叶轴承端部都出现漏水，个别导叶还多次出现卡阻现象，致使导叶关闭不严。
一、导叶轴头漏水原因
如图1所示，导叶外轴承主要由套筒、关节轴承、密封环、YX密封、O型密封等组成。导叶采用铸钢结构，导叶外支撑轴承采用自润滑关节球轴承，轴承能够满足灯泡体的微小变形。
图1
导叶轴头密封主要靠YX密封圈和O型密封圈起密封作用。O型密封位于钢套内部，主要是密封轴颈，效果较好但作用有限；而上部的YX密封是决定导叶是否漏水的关键。
YX密封原理是：依靠其张开的唇边贴于密封副偶合面。无内压时，仅仅因唇尖的变形而产生很小的接触压力。在密封的情况下，与密封介质接触的每一点上均有与介质压力相等的法向压力，所以唇形圈底部将受到轴向压缩，唇部受到同向压缩，与密封面接触变宽，同时接触应力增加。当内压力再升高时，接触压力的分布形式和大小进一步改变，唇部密封面配合更紧密，所以密封性更好。对于此种结构的轴承漏水问题，国内一些同行曾对此问题做过很多分析：如设计不合理带来的机械振动超标；引用流量过大带来的动态稳定性差；密封圈质量差；密封设计不合理：与国外同类型机组相比，少了一道密封。等等。这些都有一定的道理。但对于不同电站的设备，需要具体分析才能解决问题。
笔者认为，引起木京机组导叶轴头漏水的根本原因还在于这种导叶轴头密封结构设计不能满足现场工作环境的需要。“O”型密封设计在导叶轴颈处的钢套内部，它保证了轴颈的密封性，密封效果很好；钢套外部与套筒之间的YX密封就成了密封效果好坏的关键。从解体情况看，正是此处密封不好，才造成整个轴头漏水。从理论上看，这种YX密封是可行的，但在实际使用过程中，由于其设备制造安装、运行水质、引用流量大带来的振动摆动、密封圈的材质等因素，都不可能做到一道密封关就能解决漏水问题。
二、木京轴头漏水的处理
2005年以来，我们对利用冬修期间对漏水导叶进行处理。最终找到了一条较为现实的经验和路子。主要分三个阶段：
1.更新处理
时间是在2005至2006年。由于解体后发现密封环内部整圈布满泥沙，关节轴承因漏水出现锈蚀，球轴承出现磨损过热甚至卡阻现象，原厂家提供的橡塑密封圈严重老化腐烂。经研究，我们把工作重点放在更换YX密封圈上，将原厂使用的密封较改成市面上质量较好的聚氨脂材料密封圈，后来在密封圈的材质硬度和唇边长短方面也采用不同材料进行比较试验。试验结果都不理想，无法解决漏水问题，看来还得依靠厂家。
2.按厂家提供的方案改造
2007年10月，原来设计厂家提供的改造方案：
1、改造后密封圈采用原密封圈。2、密封槽底加橡胶板，橡胶板尺寸为155*22*2（mm），橡胶板用密封胶将橡胶板与密封槽底部间接牢固，不允许橡胶板有不平的现象出现，材料为中硬度橡胶。3、增加轴用YX形密封圈用挡圈，挡圈材料为聚四氟乙烯，硬度HS≥90。
厂家的指导思想是：认为这种YX密封是可行的，问题是第一次安装或密封圈材质不好的原因造成漏水锈蚀以后，使得套筒内部的间隙增大了，需要经过必要的处理以后才成。然而，经过2008、2009两年的改造试验，证明是失败的。
3.最后采用的处理方案及结果
2010年冬修我们自行制定改造方案。其主要思想是增加一道密封圈：第一道新增O型密封圈，基本上挡住外界带有大量泥砂、杂物的河水，并降低极少量穿越该道密封的水压；第二道YX密封圈，将压力相对较小且较干净的渗漏水封住，确保不进入上层的关节轴承。具体改造方案是：1、将关节轴承铜球高由原来的10.5cm缩短为9.5cm，外钢套由8.0cm缩短为7.0cm；2、套筒安装YX密封处的下游槽边由原来1cm厚增加到2cm厚，并在其中加开一道6mm的O型密封槽；3、将导叶轴颈处安装的钢套高度由原来的3.78cm增加到4.78cm。其它不做变动。
通过近四年的运行，没有发现漏水现象，证明改造取得了成效。很多同类型的电厂几乎每二到三年就进行一次导水机构大修，而我们运行已四年，无论从经济上还是安全上看，都是合算的 。
由于主机设备缺陷，既成事实，木京在实际处理过程中，我们不仅要考虑安全性，同时也要考虑经济性，因而走过了一段较漫长的处理过程。在多年的缺陷处理过程中，为达到既保证安全，又节省成本的目的，笔者曾带领几名技术人员走访了周边多家同类型电厂，只要听说哪里有改造成功的例子，我们都要去看一看，也包括两家五大发电集团的电厂。有把整个导叶运回厂家重新彻底改造的，有顺其自然在漏水的，更多地是做一个象风车一样的接水槽，将整个导水机构包祼起来，以达到现场文明生产的要求，然后再三年一大修。跟木京方案比较接近的也是增加一道O型密封，但布置在YX密封的后面，这种做法止水效果是有的，但运行时间稍长一点，YX密封很有可能会因水生物和泥砂的作用下失去应有的功能，因而导水机构检修时间间隔会缩短。
三、结束语
我国灯泡贯流式机组的发展源于上个世纪七十年代末到八十年代初从奥地利、德国、法国和日本引进技术，八十年代中后期到九十年代初开始大规模引进技术合资生产。由于此种机型适用于低水头发电，国内市场需求旺盛，发展速度非常快，有些根本还来不及消化吸收，即投入使用，无论是在生产材质、工艺还是运行环境，都存在诸多“水土不服”现象。这些问题的解决将会随着中国社会的发展进步才会逐步得到解决。然而，与木京相隔22公里，2010年投产的上游黄田水电站，其导叶外端密封几乎跟早其8年投产的木京电站一样，甚至连规格尺寸都差不多，所不同的只是生产厂家。该站于2012年开始漏水，目前也打算用同样的方案改造处理，真是令人感叹。
作者简介：
杨祚会，男，1966年生，工程师，从事水电站生产运营技术管理工作。