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关于水轮机进水调节蝶阀双密封结构分析

1 引言

水力发电无污染,运行费用低,国内外水力发电项目逐年增加,所用设备规格和性能不断提高。在水力发电站,对中低压水头,主要以水轮机进水蝶阀作为水轮机事故阀,该阀安装在水坝和水轮机之间,以保证水轮机正常工作,防止系统及其他重要设备产生飞逸等事故。蝶阀是水电站的重要设备之一,对其安全性及控制的复杂程度要求较高。

2 双密封结构

蝶阀的双密封结构是在单密封结构的基础上,借鉴水轮机进水球阀的结构而研制开发的新产品。蝶阀的双密封组件(图1)主要由蝶板、阀体、动密封环和橡胶圈等组成。装在阀体下游侧的为工作密封副,装在阀体上游侧的为检修密封副。工作密封副一般由阀体不锈钢圈与嵌入蝶板的橡胶圈组成,可通过调节螺钉调节其密封效果,用于截断管道内介质。检修密封副一般由可移动的阀体不锈钢圈与蝶板不锈钢圈组成。检修密封副平时不工作,当下游侧工作密封副的橡胶圈老化或磨损需调整更换时,检修密封副的移动金属密封圈通过介质驱动(为防止下游污染,一般采用水压驱动,水源来自压力钢管,同时需配置高压水泵和过滤器)进入工作位置,用于截断阀前管道内介质,以便于维护人员进入管道内施工,而不需要放空管道内介质。

1 阀体 2 动密封环 3 蝶板 4 橡胶密封圈

(a)上游检修密封 (b)下游工作密封

图1 蝶阀的双密封结构

3 使用状况

通过对不同生产厂家制造的带有双密封副的蝶阀使用状况进行调查发现,该类型蝶阀在使用中存在一些问题。

(1)检修密封副不敢投入 

由于蝶阀双密封结构是近几年研制的新产品,各制造厂家无成熟经验,且出于安全生产的考虑,用户一般不在未放空管道介质的情况下,仅仅依靠投入检修密封副后让检修维护人员进入管道内施工,担心出事故。

(2)检修密封副不能投入 

造成检修密封副不能投入的原因很多,尽管在设计制造时已采取多种措施,如检修密封副材料均采用不锈钢,阀体内壁与检修密封活动圈接触部位喷塑处理,对驱动水采取过滤和增压装置等。但仍然有各种原因造成检修密封副不能投入。①为防止污染下游水源,一般取压力钢管水源驱动检修密封副的动密封环,而该动密封环长期不投入,处于静止状态,易产生水垢,同时也易被过滤器无法过滤的细沙及铁锈卡住。②根据尺寸公差标准,对较大直径的零部件,其允许公差范围≤3mm,对动密封环和阀体内腔来说,由于加工的原因,其最大间隙可≤6mm,而6mm的间隙可造成O形圈被挤出沟槽。③对部分大口径蝶阀,由于动密封环很重,且刚性不好,易变形下坠,而静止的密封环也可能产生变形,但因二者变形差异不同,可能产生不同步现象。同时,在动密封环顶部的某一段区域,也可能会出现由于间隙过大造成O形圈挤出沟槽的现象。④由于动密封环长期不投入而处于静止状态,装在其上的O形圈很可能因分子间的粘力和静摩擦力造成撕裂及翻转剪切。

(3)检修密封副泄漏量过大 

泄漏量过大有2种可能。①检修密封副加工尺寸控制不好或表面粗糙度太差。②动密封环处的O形圈用一段时间后可能老化造成泄漏。

(4)检修密封副指示不准确 

检修密封副的外部指示机构由于各种原因造成指示不准确或根本就没有指示,以致于用户不知道检修密封是否完全投入或完全退出。

4 国外同类产品

国外的进水蝶阀双密封结构从检修密封副的移动金属密封圈驱动方式和密封副安装上与国内蝶阀存在不同。

(1)驱动方式 

进水蝶阀双密封结构的检修密封副的移动金属密封圈驱动方式采用手动丝杆装置,即在动密封环的周圈上均匀布置几个手动丝杆装置,通过旋转该装置的丝杆投入或退出检修密封副,该驱动方式虽不需提供过滤器和增压装置,但应同步旋转丝杆,执行起来有困难。同时,其内部也有存在与国内产品相类似的问题。

(2)密封副安装 

检修密封副和工作密封副都安装在主阀下游侧,检修密封副采用空气围带,在需对工作密封进行检修更换时对空气围带进行充气,平时不工作。工作密封副仍采用橡胶圈密封,其中,检修密封副和工作密封副的阀座共用,简化了结构,但空气围带有寿命限制以及密封效果欠佳。目前国内主要调节阀厂家都不生产空气围带结构的蝶阀产品。

5 结语

进水蝶阀双密封结构是一种新产品,与进水球阀相比,其口径较大(国内制造的蝶阀已超过5m),但刚性较球阀差(特别当蝶阀口径较大时),因此由于变形可能产生各种故障。目前,国内各制造厂家仍处于学习和研制阶段。

参考文献

[1] 孙殿玉,陈树林,刘丽华.超大型智能化控制设备蝶阀成套装置研制〔J〕.阀门,2008(3).
[2] GB/T14478-93,大中型水轮机进水阀基本技术条件〔S〕.