主进水阀工作密封投入腔压力低原因分析与处理

王焕河，惠振国，田 凡，陈孜豪，孙 政，穆君雄，王华信

（湖北白莲河抽水蓄能有限公司，湖北 黄冈 438600）

0 引言

主进水阀是抽水蓄能电站重要设备系统，同时兼备机组检修期间有效安全隔离点；机组长时间停备有效截流水源，减少导叶漏水引起的汽蚀和导叶蠕动；参与机组工况转换，机组调相封水、封气，助力转轮压水、调相成功等功能，其作用相当重要。抽蓄电站主进水阀一般为球阀结构，设有一道工作密封和检修密封。检修密封通常为退出状态，主进水阀参与机组检修作为隔离点时投入并锁定，工作密封在机组停备时为投入状态，起到封水、封气的作用，机组工况转换球阀开启前需要退出，保证阀芯自由活动。工作密封投入可靠性是评估主进水阀安全性能重要指标之一，如果工作密封投入可靠性降低或者失效会引起一系列问题，甚至会发生水力自激振乃至设备、人身事件，所以对工作密封状态的监测、评估，有效地制定运维、检修策略十分必要。

1 故障现象

2022年7月11日，机组监控画面4号球阀工作密封投入腔压力偏低，显示2.34 MPa，正常压力同上游压力钢管压力2.6 MPa，同时出现 4号球阀下游密封供水过滤器堵塞的报警。在对过滤器清洗后压力依旧持续缓慢下降，17日至19日压力从2.5 MPa降至1.79 MPa。同时在机组运行、现地手动退工作密封的情况下，密封腔泄压管有水排出，尤其在机组运行时水流状态与流道压力脉动和振动声噪有直接关联。

2 部件说明

球阀工作密封结构主要由密封座、密封环、固定环组成，操作源为上游水压，密封投入机理为向密封座、密封环、球阀壳体组成的投入腔供水形成压差（受力面积不同），密封环缓慢移动与固定环形成封水线。密封退出机理为投入腔泄压，密封环在流道压力作用下缓慢远离固定环形成空隙，便于阀芯开启关闭。密封座在001号-003号密封对应区域铺焊铝青铜，范围大于密封活动行程，目的是减少密封环滑动摩擦力。

图1 工作密封装配图

工作密封操作水取自上游压力钢管，经过滤器、液控操作三通阀注入投入腔，投入腔分别装有3个位置传感器和1个压力开关用于判断密封投、退信号，壳体顶部和底部在投入腔对应位置各有1个孔，用于投入腔排气、手动投密封、耐压测试。另外壳体底部在密封环与壳体组成的手动退出腔对应位置设置1个孔，用于外加泵退密封、观测、耐压测试。

图2 工作密封操作水源图

图3 工作密封环装配图

球阀工作密封过滤器为双向切换形式，过滤精度较高[1]，水力损失较大，基于球阀工作密封投入时，工作环境特点一是用水量不大，二是投入时间较短，不需要持续供水，只需保压。该过滤器选型在部件正常的情况下合理，满足实际要求。

3 原因分析与论证

（1）工作密封投入腔压力下降与过滤器没有直接关联，是投入腔有渗漏点导致供给侧流量小于渗漏侧引起的，相反过滤器出现堵塞现象一是本身可能有部分堵塞，二是出现渗漏点导致短时间过流量大使堵塞面积增大引起报警。

（2）现场观察手动退出腔在壳体底部排水观测孔有间歇的水滴，可以判断001号或003号密封有极其微小的渗漏缺陷，但是不足以导致渗漏流量大于供给流量，所以排除001号和003号密封原因。

（3）从现象“机组运行、现地手动退密封的情况下，密封腔泄压管有水排出，尤其在机组运行时水流状态与流道压力脉动和振动声噪有直接关联。”基本可以确定002号密封封水不严，流道中压力水通过002号密封渗入投入腔，再通过液控三通阀的泄压管路排至排水沟。

（4）7月19日，对过滤器滤芯取掉测试时发现投入腔压力能维持在2.5 MPa，且没有持续下降的现象，过滤器过流量增大后能与渗漏量平衡，同时也可以判断002号密封存在渗漏问题。

综上所述，4号球阀工作密封投入腔压力低，是002号密封缺陷所致，具体故障点目前无法确定。有可能是002号密封破损，也有可能对应密封座的铝青铜存在脱落，坑蚀等情况，具体属于哪种原因还要结合拆卸后再定论。

4 缺陷影响

球阀工作密封投入状态下安全可靠性降低，如果投入腔无法保压，压力持续降低至密封动作值时，不考虑摩擦力，水压平衡值为1.6 MPa。有可能造成密封环微小的滑动，形成与固定环细小空隙，这种情况下容易引起水力自激振。

如果缺陷进一步扩大，造成工作密封无法投入，则会增加导叶漏水量，增加过流部件的气蚀危害，同时对机组启停机流程也会有直接影响。

5 检修处理

结合机组检修对4号球阀工作密封拆卸检查，发现002号密封环有多处老化破损的情况，与前期分析完全吻合。工作密封环001号-003号密封均为丁腈橡胶材质（NBR），投运至今已有13年。

图4 密封破损照片1

图5 密封破损照片2

此次密封选型不再延用丁腈橡胶D型密封，而是采用SKF品牌聚氨酯材质（G-ECOPUR）定制密封，同步在原有结构基础上改善密封配合和相对摩擦性能，相较丁腈橡胶材质，聚氨酯材质具有卓越的耐磨性和较高的产品硬度，依据前两台球阀检修使用经验，无论是装配便捷亦或后期运行的状态数据，都表现出良好的性能品质。

图6 聚氨酯密封性能参数

图8 不同密封材质性能对比（耐磨损）

部件装配后经静态耐压测试确认密封装配成功，阀体充水后经投退测试确认密封环动作状态正常，后期对工作密封投退时间、有效行程、速率平衡等方面运维数据进行定期收集和专业评估，最终确认缺陷成功消除。

图9 密封装配照片

图10 密封座装配照片

6 结论

本文系统分析了抽蓄电站主进水阀工作密封典型故障缺陷，阐述了部件设计及配合机理，深入论证了缺陷成因，并且为工作密封关键部件的产品选型提供了成功经验，具有广泛的参考借鉴意义。