DN5800 水轮机进水蝶阀双密封型式设计分析

林成传

（中国水利水电第十六工程局有限公司机电制造安装分公司，福建福州 350019）

0 引言

津巴布韦卡里巴南岸扩机工程是中国在“一带一路”沿线国家承建一个项目，在原有基础上扩建装机容量为2×150 MW的两台混流式机组，额定水头89 m，机组流量188 m3/s。采用一机一洞引水方式，尾水调压室后两尾水支洞合为一洞。此扩机电站为地下厂房。在每台蜗壳上游侧安装一台DN5800 蝶阀，合同要求：采用双密封结构，分别设置一道工作密封和一道检修密封，工作密封应具有360°的密封面，设有合成橡胶弹性座，更换时无需拆卸阀门、活门或阀门接力器。密封的配合表面应为不锈钢。密封采用不锈钢机械紧固件固定，当检修密封投入无渗漏时，可在活门的下游侧对密封进行调整。活门为双平板偏心结构，蝶阀采用双重锤式，接力器采用双直缸摇摆式。

1 密封型式设计

设计方案见图1：

图1 DN5800 蝶阀装配图

该双密封型式（图2）的工作密封和检修密封均设置在阀轴下游侧，主密封为固定密封。检修密封驱动（图3）由螺母、固定座、驱动杆等组成，手动旋转螺母，带动驱动杆上、下移动，同时带动压块，使得检修密封投入时，通过检修密封驱动（法兰周圈分布，图1）带动检修密封压块（整体加工，分成多段），推动检修密封圈与蝶板检修密封部位贴合、密封。密封投入与退出（图3）。

图2 检修密封投入状态

设计方案2 见图4：进水阀设有上、下游两个密封装置（见图4），即在进水阀出水端设置工作密封副（图5），在进水端设置检修密封副（图6）。正常工作时仅工作密封投入使用；当工作密封需要检修时，为不影响其他机组正常运行，检修密封副投入工作。

工作密封（图5）采用硬橡胶——不锈钢密封结构。密封圈采用高硬度橡胶圈，整体硫化，无缝连接，用耐腐蚀不锈钢的密封压盖和螺钉固定在蝶板上。阀门所需密封比压通过螺钉调节。

检修密封（图6）采用金属弹性硬密封结构形式，主要由阀体活塞环、金属密封圈、法兰座等组成。

阀体密封圈为动密封环，采用锥面形式，材料为耐腐蚀不锈钢，蝶板密封圈L 型密封环，材料为不锈钢。

图3 检修密封退出状态

检修密封活塞采用生活自来水压驱动活塞环平移，使检修密封投入或退出。

图4 双密封结构

2 两种方案比较

对两种设计结构分别从加工、制造、运输、安装、运行、维护对比，来选择最优设计方案。

方案1：

该检修密封型式结构简单，密封效果也比较理想，检修密封压块整体加工，分成多段，从加工、制造、运输较方便，现场安装调整较麻烦，当检修密封投入时，要手动去投入每根驱动杆，所以在蝶阀四周要搭设平台，检修工作量大，检修密封采用整圈的弹性“P”型橡胶密封，技术参数使用寿命10 年。也就意味每10 年必须更换，增加运行、维护成本。

图5 工作密封结构

图6 检修密封结构

方案2：

该检修密封采用金属密封，阀门口径大，机床转速相对较低，检修密封的加工精度与表面粗糙度要求高，检修密封属于活塞密封型式不能分瓣，直径大，刚性小，运输过程中容易产生变形，不利于现场组装，难以保证性能。正常情况下，主阀的检修密封长期在退出位置。由于密封环长期在静止状态，在腔内易产生沉积物，阻碍密封环正常工作，造成密封环“卡阻”现象，最终影响主阀的正常操作。项目采用生活自来水压力驱动活塞，可以避免腔内产生沉积物，但增加了供水管路。由于检修密封密封圈为动密封环，采用锥面形式，材料为耐腐蚀不锈钢，而且采用水压操作，运行、维护方便，后继投入运行维护成本低。

综合上述两种方案利弊，并经监理工程师审核，项目双密封结构采用方案2，经现场安装、调试，在16 MPa 工作压力下，检修密封投入、退出动作时间大约20 min，动作均衡，无渗漏，达到合同业主要求。

3 结语

（1）对于单机单管来说，建议使用单密封结构的蝶阀，对于一管多机来说，停机检修阀门时会影响引水管的其他机组发电，此时双密封蝶阀更有优势，由于蝶阀密封结构的原因，单密封蝶阀流阻系数（约0.19）比双密封蝶阀流阻系数（约0.22）低，水头损失小。检修、维护方便。电站引水隧洞设计单机单管供水，而蝶阀采用双密封，是基于合同业主要求。

（2）对于海外EPC 项目，由于当地国工业基础薄弱，业主更关注于设计对以后运行、维护成本影响。电站蝶阀密封选型更倾向于用方案1，而业主要求使用方案2，之间往返讨论，对蝶阀制造工期造成一定影响，应引起设计、制造厂家借鉴。