豐寧抽水蓄能電站球閥密封功能分析說明

張芳 姚文革

摘 要：河北豐寧抽水蓄能電站水泵水輪機、發電電動機組由哈爾濱電機廠有限責任公司獨立設計和制造。電站額定水頭為425m，水輪機前設有直徑為2.35m的球閥。本文就豐寧電站球閥的平壓功能的特點、球閥密封結構、密封材料以及球閥密封圈結構進行了分析說明。

關鍵詞：豐寧抽水蓄能電站；球閥密封功能；分析說明

中圖分類號：TV73 文獻標志碼：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，統籌考慮了球閥泥沙含量、自激振蕩、剛強度、材質、結構、性能等方面，對球閥密封功能進行分析說明。

1 球閥平壓功能介紹

抽水蓄能電站的水質一般較好，過機泥沙含量較低，球閥開啟前的平壓也可通過打開球閥的主密封來實現的，不使用旁通管路，旁通閥僅為消除可能的自激振動使用，正常情況下可始終保持關閉狀態。

自激振動產生的原因可能是由于工作密封上的密封圈或密封滑動面損壞，使工作密封產生往復運動，產生的后果是密封腔及壓力鋼管內的壓力異常升高。若想消除自激振動，可將工作密封操作水管與備用操作水源連通，將壓力鋼管內的壓力泄掉。因此，旁通管路不是消除自激振動的必選設備。

豐寧電站額定水頭為425m，球閥設計水頭762m，屬于高水頭抽水蓄能電站，若旁通管的振動過大，會存在爆裂的安全隱患。有些已運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 密封結構

球閥密封包括上游側檢修密封與下游側工作密封，均為可拆卸式結構，分別由不銹鋼密封環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，密封環為整體結構，設計成滑動式，當球閥關閉后密封環滑動壓向固定密封座，開啟前離開固定密封座。閥體上的密封環導向面采用鋁青銅合金襯護，密封環上帶有組合密封圈，由高硬度聚氨酯環和O形圈組成。密封結構圖如圖1所示。

密封的工作原理是利用密封環在操作水壓力作用下產生彈性變形，與活門密封座上的變形進行補償，并產生硬接觸，達到密封效果。密封環與密封座接觸面采用錐面與球面結構，可有效減少漏水量，保證密封性能。密封環為T型結構，密封滑動面的尺寸可保證檢修密封環具有防開啟自鎖功能以及工作密封環在各種工況下的正常投退。

2.2 密封材料

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

豐寧球閥密封環材料為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，上下游側密封環和密封座的安全余量均大于10倍，滿足設計要求。如圖2和圖3所示。

2.3 球閥密封圈結構

豐寧密封環上的組合密封圈由聚氨酯環和O形圈組成。密封圈的設計需綜合考慮密封材料、密封面配合尺寸、滑動面材料、加工精度、設計壓力以及閥體變形量等因素，根據密封廠家推薦，豐寧密封環上的組合密封圈，由高硬度耐磨的聚氨酯環和O形圈組成，此密封結構補償量大，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，密封的結構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的使用壽命，能夠保證機組安全穩定運行。

參考文獻

[1]春光.韓國青松抽水蓄能電站球閥結構特點[J].哈爾濱：大電機技術，2007（4）：43.