單流環式發電機氫氣密封邊界優化

朱才華，劉思偉

（1.大亞灣核電運營管理有限責任公司，廣東 深圳 518124；2.中廣核運營公司，廣東 深圳 518100）

1 故障背景

某核電站3、4號機使用TA-1100-78型發電機，機組額定功率1150MW，額定轉速1500rpm。機組采用水-氫-氫冷卻方式，軸端使用單流環式軸密封裝置。

這兩臺機組投產以來，大修及日常多次發現勵端軸密封裝置處泄漏，并隨著機組服役時間延長趨于惡化。大修期間更換勵端支撐環之后，發電機氣密試驗結果嚴重超標，檢查發現勵端支撐環與密封瓦室配合面處有多處明顯漏氣。該問題導致3號機大修返工及工期延誤。

2 原因分析及故障機理

現場故障檢查發現泄漏點分布在密封瓦室與支撐環結合面邊緣四周，塞尺檢查結合面之間存在多處間隙，間隙呈不均勻狀態，最大處約0.4mm。設計上這兩個結合面之間無配合平面度要求，兩者的密封通過它們之間的密封膠條來保證。現場觀察到結合面邊緣處漏氣，表明密封瓦室與支撐環之間密封存在異常，但解體發現密封瓦室與支撐環之間膠條狀況良好，膠條壓縮量正常，膠條槽無明顯缺陷。通過對氫氣泄漏可能途徑的分析，發現勵端軸密封裝置密封邊界存在缺陷。

為滿足密封瓦拆裝的需求，密封瓦室由上下兩半組成，為防止氫氣從上下半結合面（中分面）泄漏，設計上在密封瓦室中分面上開了一道油槽，從密封瓦室引一路密封油到油槽，利用密封油油壓對密封瓦室中分面進行密封（如下圖1所示）。

圖1 密封瓦室中分面

在勵端密封瓦中分面的設計中，由于絕緣要求，密封瓦室和發電機大端蓋之間通過帶有絕緣結構的支撐環進行連接；為保證支撐環與密封瓦室和大端蓋之間的密封性，三者之間通過兩道O型圈進行密封。如下圖2所示，區域A和區域B以上部分（內油擋和密封瓦室之間）均為氫氣區域，當區域A或區域B上下半密封存在不良時，氫氣可通過中分面進入圖2中區域A與區域B交接處的白色O圈左側槽中，即支撐環與密封瓦室之間的O圈密封被突破。O圈槽分布在垂直面整個圓周方向上，氫氣將通過O圈槽的縫隙到達整個垂直面，并通過密封瓦室與支撐環結合面之間的間隙漏入軸承室空間內。

圖2 勵磁機端軸密封裝置中分面總圖

3 處理方案

3.1 臨時處理方案

3號機大修發現此異常后，對密封瓦室與支撐環的配合面進行了車削，提高密封瓦室和支撐環配合面的平面度，并在兩配合面之間涂抹平面密封膠強化密封；對支撐環和密封瓦室中分面進行涂膠，改善中分面密封情況。這種處理方式為常規火電機組常用的處理方式，按此方式處理后，一定程度上限制了泄漏到O圈槽內的氫氣進一步向外擴散的途徑，減少了氫氣泄漏量，可短期滿足機組投運要求。

但密封瓦室與支撐環之間的配合面設計上并不作為密封邊界，隨著服役時間的延長，仍然會由于結構變形導致密封失效。運行期間配合面由于熱膨脹產生相對位移時，密封膠難以完全填補新產生的間隙，密封效果降低；隨著運行時間延長，密封膠可能老化導致密封性能下降；若中分面所涂密封膠老化脫落進入中分面原有的密封油槽中，可能導致油槽堵塞，甚至使得整體中分面密封性能惡化。因此涂抹密封膠的方案不能作為此問題的永久解決方案單獨使用。

3.2 最終解決方案

通過消除氫氣通過區域A和區域B進入O圈槽O圈左側的途徑，可以避免氫氣進入O圈槽并泄漏到外部，從源頭上消除軸密封裝置中分面導致的泄漏。綜合考慮日常運行穩定性、易安裝維護性、經濟性等各方面因素，選擇增加中分面油槽方式來對區域A和區域B進行密封。油槽方式油壓密封存在密封可靠性高、抗密封面變形能力強、一次加工終身免維護等多種突出優勢。

在原設計中分面油槽的基礎上，將油槽加以延長和擴展，在密封瓦室和支撐環油槽靠近O圈的樞紐孔處各開一道槽到O圈槽，引一道油到O圈槽處，對膠條進行密封。新增的油槽深度和寬度與原油槽相同，長度上密封瓦室新增油槽總長度為61.5mm,支撐環上新增油槽長度為20mm。與原中分面油槽長度相比，新增油槽長度有限，新增油槽與原油槽位于同一平面內，并在同一配合面上，不會由于新增油槽導致原來油槽內油壓下降。理想情況下，油槽內的油處于靜止狀態，油壓與密封瓦室油壓基本相同，因此油槽內油壓將比氫壓高約0.5bar.g，可以完整實現對氫氣的密封。即使長期服役后中分面發生形變時，油壓仍可保證可靠的密封。

在后續的大修中分別完成了3/4號機支撐環、密封瓦室的開槽改造。經最終處理后，在后續的大修和日常運行中，未再次檢測到軸密封處明顯泄漏，表明經過處理后，發電機勵端軸密封裝置泄漏問題已得到徹底解決。

4 結論及意見

本文對單流環式發電機軸密封裝置設計中存在的隱患及其處理作了詳細的介紹，通過增加油槽，提高軸密封裝置密封邊界完整性，成功解決了電站多年來長期存在的軸端氫氣泄漏現象。

本文提到的故障模式可能會在很多單流環式密封瓦結構發電機上出現，文中提出的處理方案是對此類故障處理的有益嘗試，實踐證明效果良好，值得向同類機組進行推廣并反饋到設計方進行改進。