豐寧抽水蓄能電站球閥密封功能分析說(shuō)明

張芳 姚文革

摘 要：河北豐寧抽水蓄能電站水泵水輪機(jī)、發(fā)電電動(dòng)機(jī)組由哈爾濱電機(jī)廠有限責(zé)任公司獨(dú)立設(shè)計(jì)和制造。電站額定水頭為425m，水輪機(jī)前設(shè)有直徑為2.35m的球閥。本文就豐寧電站球閥的平壓功能的特點(diǎn)、球閥密封結(jié)構(gòu)、密封材料以及球閥密封圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：豐寧抽水蓄能電站；球閥密封功能；分析說(shuō)明

中圖分類號(hào)：TV73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

本文介紹了抽水蓄能電站球閥的平壓功能，以及豐寧電站在取消旁通管路采用工作密封平壓后，統(tǒng)籌考慮了球閥泥沙含量、自激振蕩、剛強(qiáng)度、材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、性能等方面，對(duì)球閥密封功能進(jìn)行分析說(shuō)明。

1 球閥平壓功能介紹

抽水蓄能電站的水質(zhì)一般較好，過(guò)機(jī)泥沙含量較低，球閥開(kāi)啟前的平壓也可通過(guò)打開(kāi)球閥的主密封來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不使用旁通管路，旁通閥僅為消除可能的自激振動(dòng)使用，正常情況下可始終保持關(guān)閉狀態(tài)。

自激振動(dòng)產(chǎn)生的原因可能是由于工作密封上的密封圈或密封滑動(dòng)面損壞，使工作密封產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生的后果是密封腔及壓力鋼管內(nèi)的壓力異常升高。若想消除自激振動(dòng)，可將工作密封操作水管與備用操作水源連通，將壓力鋼管內(nèi)的壓力泄掉。因此，旁通管路不是消除自激振動(dòng)的必選設(shè)備。

豐寧電站額定水頭為425m，球閥設(shè)計(jì)水頭762m，屬于高水頭抽水蓄能電站，若旁通管的振動(dòng)過(guò)大，會(huì)存在爆裂的安全隱患。有些已運(yùn)行多年的抽水蓄能電站，如青松電站、響水澗電站，都是采用工作密封平壓，且一直運(yùn)行良好。因此，目前豐寧球閥取消了旁通管路，采用工作密封平壓。

2 球閥密封介紹

2.1 密封結(jié)構(gòu)

球閥密封包括上游側(cè)檢修密封與下游側(cè)工作密封，均為可拆卸式結(jié)構(gòu)，分別由不銹鋼密封環(huán)和不銹鋼固定密封座組成，固定密封座用不銹鋼螺釘把合在活門上，密封環(huán)為整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)成滑動(dòng)式，當(dāng)球閥關(guān)閉后密封環(huán)滑動(dòng)壓向固定密封座，開(kāi)啟前離開(kāi)固定密封座。閥體上的密封環(huán)導(dǎo)向面采用鋁青銅合金襯護(hù)，密封環(huán)上帶有組合密封圈，由高硬度聚氨酯環(huán)和O形圈組成。密封結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

密封的工作原理是利用密封環(huán)在操作水壓力作用下產(chǎn)生彈性變形，與活門密封座上的變形進(jìn)行補(bǔ)償，并產(chǎn)生硬接觸，達(dá)到密封效果。密封環(huán)與密封座接觸面采用錐面與球面結(jié)構(gòu)，可有效減少漏水量，保證密封性能。密封環(huán)為T型結(jié)構(gòu)，密封滑動(dòng)面的尺寸可保證檢修密封環(huán)具有防開(kāi)啟自鎖功能以及工作密封環(huán)在各種工況下的正常投退。

2.2 密封材料

球閥密封環(huán)和密封座的材料一般根據(jù)材料性能進(jìn)行選取，選取的依據(jù)是密封面接觸應(yīng)力要小于材料屈服極限，根據(jù)屈服極限與密封面接觸應(yīng)力的比值（安全余量）進(jìn)行判斷。

豐寧球閥密封環(huán)材料為ZG06Cr13Ni4Mo，屈服極限550MPa，密封座材料為鍛鋼06Cr13Ni5Mo，屈服極限620MPa， 在密封投入腔和上游水壓為最大靜水壓5.27MPa下，上下游側(cè)密封環(huán)和密封座的安全余量均大于10倍，滿足設(shè)計(jì)要求。如圖2和圖3所示。

2.3 球閥密封圈結(jié)構(gòu)

豐寧密封環(huán)上的組合密封圈由聚氨酯環(huán)和O形圈組成。密封圈的設(shè)計(jì)需綜合考慮密封材料、密封面配合尺寸、滑動(dòng)面材料、加工精度、設(shè)計(jì)壓力以及閥體變形量等因素，根據(jù)密封廠家推薦，豐寧密封環(huán)上的組合密封圈，由高硬度耐磨的聚氨酯環(huán)和O形圈組成，此密封結(jié)構(gòu)補(bǔ)償量大，密封性能好，能夠滿足球閥密封面配合尺寸以及各種工況的使用要求。

結(jié)論

豐寧球閥選用的密封材料具有足夠的安全余量，密封材料的選擇是合理的，密封的結(jié)構(gòu)和形式能夠滿足在大修期間正常投退和密封性能，采用工作密封平壓完全可以保證工作密封在大修期內(nèi)的使用壽命，能夠保證機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1]春光.韓國(guó)青松抽水蓄能電站球閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)[J].哈爾濱：大電機(jī)技術(shù)，2007（4）：43.