向家坝电站右岸机组顶盖与座环密封优化及应用

曹成高++张红伟++张敏峰++吴江

文章编号：2095-6835（2016）13-0062-02

摘 要：在向家坝电站右岸机组运行的过程中发现，4台机组顶盖漏水，顶盖排水泵频繁启动。经检查确认为，顶盖与座环密封漏水，机组运行存在安全隐患，所以，必须及时消除。鉴于此，相关部门利用检修的机会改进了顶盖与座环密封的设计结构，改造效果良好，彻底解决了漏水的情况，以保证机组安全、稳定运行。

关键词：顶盖；座环；密封；漏水

中图分类号：TM312 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.13.062

向家坝右岸电站共安装有4台世界最大单机容量为800 MW的水轮发电机组，自2013-05月底全部投入商业运行以来，陆续发现4台机组顶盖水位持续上升，排水泵频繁启动的情况。经检查发现，顶盖自流排水孔有水反流至顶盖上平面外，而机组水车室内其他供、排水系统未发现有漏水的问题。经过分析，最终确定机组顶盖与座环密封存在漏水的情况。目前，机组投入运行不久，漏水量相对比较小，如果不及时处理，当漏水量大于顶盖排水系统的排水能力时，就有可能会引发严重的事故，甚至影响到机组的安全、稳定运行。

1 顶盖与座环密封原设计结构

向家坝TAH机组顶盖与座环密封设计结构如图1所示。

2 顶盖与座环密封漏水原因分析

2.1 顶盖与座环密封现场检查

当机组停机检修时，现场检查了蜗壳内密封的安装情况。虽然设备安装完好，但发现座环与密封护板之间的缝隙处有5个漏水点。拆除漏水部位密封护板后发现，密封橡胶条本身完好，但与顶盖和座环之间有间隙。经实地测量，部分漏水部位密封槽宽度大于25 mm，最大达到了27 mm，使密封条完全失去了作用。在安装设备时，施工方为了防止漏水，在密封条两侧填充了破布、麻绳等填充物，暂时起到了止水的作用，然而随着机组的运行，填充物逐渐失去了作用，致使江水进入了顶盖内。

2.2 顶盖与座环密封漏水原因分析

拆除顶盖与座环之间Φ25 mm的“O”形密封条后，进一步检查密封槽发现，靠近顶盖侧密封的槽壁比较光滑，能够满足密封条的工作需要，但是，靠近座环侧的密封槽壁比较粗糙，局部还有一些大小不一的凹坑和高点。经现场观察和分析，最终确定了顶盖漏水产生的原因：在安装机组时，为了确保座环与机组安装中心线吻合，满足设备的安装条件，需要现场切割和修磨座环上镗口的密封接触面。由于现场切割和修磨工艺有限，出现了座环与顶盖密封槽宽度不均、密封接触面光洁度不够的情况。密封安装后，现场施工人员发现了个别部位密封槽宽度大于密封条直径后，未采取有效的处理方法，最终导致顶盖与座环出现漏水的情况。

3 现场问题处理和新型密封设计应用

3.1 密封槽现场修磨

设备长期运行后，密封槽内出现了许多锈斑和沉积物。为了保证新密封安装效果，使用专业刻磨工具现场修磨整个密封槽，除去锈斑和密封槽的突出高点，使整个密封面的光洁度能够满足工作要求。同时，对较深凹槽部位的两侧进行专项修磨，尽量保证密封接触面的平滑过度和光洁度，为密封最终的安装奠定基础。

3.2 新型密封结构设计要求

要想彻底解决顶盖漏水的问题，就必需重新设计顶盖与座环密封的结构形式。新密封的设计结构主要考虑到了以下几个方面的内容：①在不改变密封固定方式的情况下，拆除原有密封槽底部的密封环，增大新密封与密封槽两侧的接触面积，提高新密封的止水性能。②沿着密封槽周向每隔150 mm测量、记录、密封槽的宽度和深度，为新型密封结构的建设提供数据参考。③考虑到即使修磨密封槽，也无法完全消除密封接触面上较大的凹坑。新密封在结构上要有多层止水功能和足够的补尝量。④新密封的材质要具备抗拉、抗压、耐油、耐水、抗老化的性能。⑤新密封的结构要满足现场工作需求，以方便现场安装和后期检修、维护。

3.3 新型密封最终设计结构

多次分析现场测量数据，考虑到目前密封槽结构和密封接触面的实际情况，设计人员经过多次讨论后，最终确定新型密封结构为“爪”形+“心”型的双层结构，如图2所示。安装密封时，“爪”形的开口部分要向下。

3.4 新型密封设计优点

新型密封设计的优点是：①双层的结构设计增加了密封与密封槽的接触面，使新密封的止水效果更加明显。②“爪”形密封的材质为聚氨酯材料，强度和防腐蚀性能更佳；“心”形密封采用了耐油丁晴橡胶，密封的补偿能力更强，且被密封护板压缩后，可以有效地填充凹坑，起到止水的作用。③“爪”形密封的两侧设计有两侧阶梯状凸起，中部设计有支撑条，两侧阶梯状凸起可以有效地接触密封槽壁。在密封槽宽度较大的位置，中间的支撑条能有效撑开两侧密封，使密封效果更加可靠。④安装新密封时，采取“爪”形密封在上，“心”形密封在下的安装方式。这样安装起来更加方便。

3.5 新型密封的现场安装

现场安装新型密封时，要注意以下几点：①密封槽清理干净后，将“爪”形密封顶端朝向密封槽底部，依次缓慢压入密封槽底，并确认其与槽底完全贴实。安装时，可在密封的两侧涂抹适量润滑脂，以降低摩擦阻力，防止两侧密封面被拉伤。②“爪”形密封安装完成后，用平面密封胶均匀涂抹两侧槽壁与密封接触面，密封胶涂抹要连续且无断点，轻抹密封胶，将其填充到两侧接触面的缝隙内。③待平面密封胶表面初步固化后，将“心”形密封开口朝上安装至密封槽内，密封的两侧要完全进入密封槽，且要与“爪”形密封底部完全接触。同时，要逐段挂装密封护板，防止“心”形密封拱起、脱落。④“心”形密封接口与“爪”形密封接口要对称分布，在接口黏结好并安装到位后，应在接口处涂抹适量的平面密封胶，最大限度地减小接口漏水的可能性。⑤密封护板全部压紧后，应在顶盖内充入300 mm深的清洁水，静置1～2 h后，再次观察密封的漏水情况。待确认无漏水的情况后，可对机组蜗壳充水。在压力水头的作用下，在顶盖内四周再次观察密封的漏水情况。如果无漏水，则机组可正常开机运行。

4 结束语

目前，向家坝右岸电站已有2台机组更换了新型顶盖和座环密封。在机组蜗壳充水试验时，未发现顶盖内出现漏水的情况。在机组将近一年的高水头、大负荷的运行过程中，对顶盖的漏水情况进行定期跟踪观察，未发现有漏水情况。这也初步证明了新密封经受住了实践的检验，具有良好的止水效果，结构设计也取得了初步成功。但是，新密封的实际使用效果还有待长时间的观察、跟踪，进而作出最终的评定。

参考文献

[1]刘大恺.水轮机[M].第三版.北京：水利水电出版社，1996.

〔编辑：白洁〕