DN5800 水輪機(jī)進(jìn)水蝶閥雙密封型式設(shè)計(jì)分析

林成傳

（中國(guó)水利水電第十六工程局有限公司機(jī)電制造安裝分公司，福建福州 350019）

0 引言

津巴布韋卡里巴南岸擴(kuò)機(jī)工程是中國(guó)在“一帶一路”沿線國(guó)家承建一個(gè)項(xiàng)目，在原有基礎(chǔ)上擴(kuò)建裝機(jī)容量為2×150 MW的兩臺(tái)混流式機(jī)組，額定水頭89 m，機(jī)組流量188 m3/s。采用一機(jī)一洞引水方式，尾水調(diào)壓室后兩尾水支洞合為一洞。此擴(kuò)機(jī)電站為地下廠房。在每臺(tái)蝸殼上游側(cè)安裝一臺(tái)DN5800 蝶閥，合同要求：采用雙密封結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置一道工作密封和一道檢修密封，工作密封應(yīng)具有360°的密封面，設(shè)有合成橡膠彈性座，更換時(shí)無(wú)需拆卸閥門(mén)、活門(mén)或閥門(mén)接力器。密封的配合表面應(yīng)為不銹鋼。密封采用不銹鋼機(jī)械緊固件固定，當(dāng)檢修密封投入無(wú)滲漏時(shí)，可在活門(mén)的下游側(cè)對(duì)密封進(jìn)行調(diào)整。活門(mén)為雙平板偏心結(jié)構(gòu)，蝶閥采用雙重錘式，接力器采用雙直缸搖擺式。

1 密封型式設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)方案見(jiàn)圖1：

圖1 DN5800 蝶閥裝配圖

該雙密封型式（圖2）的工作密封和檢修密封均設(shè)置在閥軸下游側(cè)，主密封為固定密封。檢修密封驅(qū)動(dòng)（圖3）由螺母、固定座、驅(qū)動(dòng)桿等組成，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺母，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)桿上、下移動(dòng)，同時(shí)帶動(dòng)壓塊，使得檢修密封投入時(shí)，通過(guò)檢修密封驅(qū)動(dòng)（法蘭周圈分布，圖1）帶動(dòng)檢修密封壓塊（整體加工，分成多段），推動(dòng)檢修密封圈與蝶板檢修密封部位貼合、密封。密封投入與退出（圖3）。

圖2 檢修密封投入狀態(tài)

設(shè)計(jì)方案2 見(jiàn)圖4：進(jìn)水閥設(shè)有上、下游兩個(gè)密封裝置（見(jiàn)圖4），即在進(jìn)水閥出水端設(shè)置工作密封副（圖5），在進(jìn)水端設(shè)置檢修密封副（圖6）。正常工作時(shí)僅工作密封投入使用；當(dāng)工作密封需要檢修時(shí)，為不影響其他機(jī)組正常運(yùn)行，檢修密封副投入工作。

工作密封（圖5）采用硬橡膠——不銹鋼密封結(jié)構(gòu)。密封圈采用高硬度橡膠圈，整體硫化，無(wú)縫連接，用耐腐蝕不銹鋼的密封壓蓋和螺釘固定在蝶板上。閥門(mén)所需密封比壓通過(guò)螺釘調(diào)節(jié)。

檢修密封（圖6）采用金屬?gòu)椥杂裁芊饨Y(jié)構(gòu)形式，主要由閥體活塞環(huán)、金屬密封圈、法蘭座等組成。

閥體密封圈為動(dòng)密封環(huán)，采用錐面形式，材料為耐腐蝕不銹鋼，蝶板密封圈L 型密封環(huán)，材料為不銹鋼。

圖3 檢修密封退出狀態(tài)

檢修密封活塞采用生活自來(lái)水壓驅(qū)動(dòng)活塞環(huán)平移，使檢修密封投入或退出。

圖4 雙密封結(jié)構(gòu)

2 兩種方案比較

對(duì)兩種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)分別從加工、制造、運(yùn)輸、安裝、運(yùn)行、維護(hù)對(duì)比，來(lái)選擇最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。

方案1：

該檢修密封型式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，密封效果也比較理想，檢修密封壓塊整體加工，分成多段，從加工、制造、運(yùn)輸較方便，現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)整較麻煩，當(dāng)檢修密封投入時(shí)，要手動(dòng)去投入每根驅(qū)動(dòng)桿，所以在蝶閥四周要搭設(shè)平臺(tái)，檢修工作量大，檢修密封采用整圈的彈性“P”型橡膠密封，技術(shù)參數(shù)使用壽命10 年。也就意味每10 年必須更換，增加運(yùn)行、維護(hù)成本。

圖5 工作密封結(jié)構(gòu)

圖6 檢修密封結(jié)構(gòu)

方案2：

該檢修密封采用金屬密封，閥門(mén)口徑大，機(jī)床轉(zhuǎn)速相對(duì)較低，檢修密封的加工精度與表面粗糙度要求高，檢修密封屬于活塞密封型式不能分瓣，直徑大，剛性小，運(yùn)輸過(guò)程中容易產(chǎn)生變形，不利于現(xiàn)場(chǎng)組裝，難以保證性能。正常情況下，主閥的檢修密封長(zhǎng)期在退出位置。由于密封環(huán)長(zhǎng)期在靜止?fàn)顟B(tài)，在腔內(nèi)易產(chǎn)生沉積物，阻礙密封環(huán)正常工作，造成密封環(huán)“卡阻”現(xiàn)象，最終影響主閥的正常操作。項(xiàng)目采用生活自來(lái)水壓力驅(qū)動(dòng)活塞，可以避免腔內(nèi)產(chǎn)生沉積物，但增加了供水管路。由于檢修密封密封圈為動(dòng)密封環(huán)，采用錐面形式，材料為耐腐蝕不銹鋼，而且采用水壓操作，運(yùn)行、維護(hù)方便，后繼投入運(yùn)行維護(hù)成本低。

綜合上述兩種方案利弊，并經(jīng)監(jiān)理工程師審核，項(xiàng)目雙密封結(jié)構(gòu)采用方案2，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)安裝、調(diào)試，在16 MPa 工作壓力下，檢修密封投入、退出動(dòng)作時(shí)間大約20 min，動(dòng)作均衡，無(wú)滲漏，達(dá)到合同業(yè)主要求。

3 結(jié)語(yǔ)

（1）對(duì)于單機(jī)單管來(lái)說(shuō)，建議使用單密封結(jié)構(gòu)的蝶閥，對(duì)于一管多機(jī)來(lái)說(shuō)，停機(jī)檢修閥門(mén)時(shí)會(huì)影響引水管的其他機(jī)組發(fā)電，此時(shí)雙密封蝶閥更有優(yōu)勢(shì)，由于蝶閥密封結(jié)構(gòu)的原因，單密封蝶閥流阻系數(shù)（約0.19）比雙密封蝶閥流阻系數(shù)（約0.22）低，水頭損失小。檢修、維護(hù)方便。電站引水隧洞設(shè)計(jì)單機(jī)單管供水，而蝶閥采用雙密封，是基于合同業(yè)主要求。

（2）對(duì)于海外EPC 項(xiàng)目，由于當(dāng)?shù)貒?guó)工業(yè)基礎(chǔ)薄弱，業(yè)主更關(guān)注于設(shè)計(jì)對(duì)以后運(yùn)行、維護(hù)成本影響。電站蝶閥密封選型更傾向于用方案1，而業(yè)主要求使用方案2，之間往返討論，對(duì)蝶閥制造工期造成一定影響，應(yīng)引起設(shè)計(jì)、制造廠家借鑒。