丰宁抽水蓄能电站球阀密封功能分析说明

学术论文张芳 姚文革 2018-09-05 10:23:55
    0 前言
    本文介绍了抽水蓄能电站球阀的平压功能,以及丰宁电站在取消旁通管路采用工作密封平压后,统筹考虑了球阀泥沙含量、自激振荡、刚强度、材质、结构、性能等方面,对球阀密封功能进行分析说明。
    1 球阀平压功能介绍
    抽水蓄能电站的水质一般较好,过机泥沙含量较低,球阀开启前的平压也可通过打开球阀的主密封来实现的,不使用旁通管路,旁通阀仅为消除可能的自激振动使用,正常情况下可始终保持关闭状态。
    自激振动产生的原因可能是由于工作密封上的密封圈或密封滑动面损坏,使工作密封产生往复运动,产生的后果是密封腔及压力钢管内的压力异常升高。若想消除自激振动,可将工作密封操作水管与备用操作水源连通,将压力钢管内的压力泄掉。因此,旁通管路不是消除自激振动的必选设备。
    丰宁电站额定水头为425m,球阀设计水头762m,属于高水头抽水蓄能电站,若旁通管的振动过大,会存在爆裂的安全隐患。有些已运行多年的抽水蓄能电站,如青松电站、响水涧电站,都是采用工作密封平壓,且一直运行良好。因此,目前丰宁球阀取消了旁通管路,采用工作密封平压。
    2 球阀密封介绍
    2.1 密封结构
    球阀密封包括上游侧检修密封与下游侧工作密封,均为可拆卸式结构,分别由不锈钢密封环和不锈钢固定密封座组成,固定密封座用不锈钢螺钉把合在活门上,密封环为整体结构,设计成滑动式,当球阀关闭后密封环滑动压向固定密封座,开启前离开固定密封座。阀体上的密封环导向面采用铝青铜合金衬护,密封环上带有组合密封圈,由高硬度聚氨酯环和O形圈组成。密封结构图如图1所示。
    密封的工作原理是利用密封环在操作水压力作用下产生弹性变形,与活门密封座上的变形进行补偿,并产生硬接触,达到密封效果。密封环与密封座接触面采用锥面与球面结构,可有效减少漏水量,保证密封性能。密封环为T型结构,密封滑动面的尺寸可保证检修密封环具有防开启自锁功能以及工作密封环在各种工况下的正常投退。
    2.2 密封材料
    球阀密封环和密封座的材料一般根据材料性能进行选取,选取的依据是密封面接触应力要小于材料屈服极限,根据屈服极限与密封面接触应力的比值(安全余量)进行判断。
    丰宁球阀密封环材料为ZG06Cr13Ni4Mo,屈服极限550MPa,密封座材料为锻钢06Cr13Ni5Mo,屈服极限620MPa, 在密封投入腔和上游水压为最大静水压5.27MPa下,上下游侧密封环和密封座的安全余量均大于10倍,满足设计要求。如图2和图3所示。
    2.3 球阀密封圈结构
    丰宁密封环上的组合密封圈由聚氨酯环和O形圈组成。密封圈的设计需综合考虑密封材料、密封面配合尺寸、滑动面材料、加工精度、设计压力以及阀体变形量等因素,根据密封厂家推荐,丰宁密封环上的组合密封圈,由高硬度耐磨的聚氨酯环和O形圈组成,此密封结构补偿量大,密封性能好,能够满足球阀密封面配合尺寸以及各种工况的使用要求。
    结论
    丰宁球阀选用的密封材料具有足够的安全余量,密封材料的选择是合理的,密封的结构和形式能够满足在大修期间正常投退和密封性能,采用工作密封平压完全可以保证工作密封在大修期内的使用寿命,能够保证机组安全稳定运行。

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