单流环式发电机氢气密封边界优化

2018-11-21朱才华刘思伟

中小企业管理与科技 2018年31期

关键词：油槽密封胶油压

朱才华，刘思伟

（1.大亚湾核电运营管理有限责任公司，广东深圳 518124；2.中广核运营公司，广东深圳 518100）

1 故障背景

某核电站3、4号机使用TA-1100-78型发电机，机组额定功率1150MW，额定转速1500rpm。机组采用水-氢-氢冷却方式，轴端使用单流环式轴密封装置。

这两台机组投产以来，大修及日常多次发现励端轴密封装置处泄漏，并随着机组服役时间延长趋于恶化。大修期间更换励端支撑环之后，发电机气密试验结果严重超标，检查发现励端支撑环与密封瓦室配合面处有多处明显漏气。该问题导致3号机大修返工及工期延误。

2 原因分析及故障机理

现场故障检查发现泄漏点分布在密封瓦室与支撑环结合面边缘四周，塞尺检查结合面之间存在多处间隙，间隙呈不均匀状态，最大处约0.4mm。设计上这两个结合面之间无配合平面度要求，两者的密封通过它们之间的密封胶条来保证。现场观察到结合面边缘处漏气，表明密封瓦室与支撑环之间密封存在异常，但解体发现密封瓦室与支撑环之间胶条状况良好，胶条压缩量正常，胶条槽无明显缺陷。通过对氢气泄漏可能途径的分析，发现励端轴密封装置密封边界存在缺陷。

为满足密封瓦拆装的需求，密封瓦室由上下两半组成，为防止氢气从上下半结合面（中分面）泄漏，设计上在密封瓦室中分面上开了一道油槽，从密封瓦室引一路密封油到油槽，利用密封油油压对密封瓦室中分面进行密封（如下图1所示）。

图1 密封瓦室中分面

在励端密封瓦中分面的设计中，由于绝缘要求，密封瓦室和发电机大端盖之间通过带有绝缘结构的支撑环进行连接；为保证支撑环与密封瓦室和大端盖之间的密封性，三者之间通过两道O型圈进行密封。如下图2所示，区域A和区域B以上部分（内油挡和密封瓦室之间）均为氢气区域，当区域A或区域B上下半密封存在不良时，氢气可通过中分面进入图2中区域A与区域B交接处的白色O圈左侧槽中，即支撑环与密封瓦室之间的O圈密封被突破。O圈槽分布在垂直面整个圆周方向上，氢气将通过O圈槽的缝隙到达整个垂直面，并通过密封瓦室与支撑环结合面之间的间隙漏入轴承室空间内。

图2 励磁机端轴密封装置中分面总图

3 处理方案

3.1 临时处理方案

3号机大修发现此异常后，对密封瓦室与支撑环的配合面进行了车削，提高密封瓦室和支撑环配合面的平面度，并在两配合面之间涂抹平面密封胶强化密封；对支撑环和密封瓦室中分面进行涂胶，改善中分面密封情况。这种处理方式为常规火电机组常用的处理方式，按此方式处理后，一定程度上限制了泄漏到O圈槽内的氢气进一步向外扩散的途径，减少了氢气泄漏量，可短期满足机组投运要求。

但密封瓦室与支撑环之间的配合面设计上并不作为密封边界，随着服役时间的延长，仍然会由于结构变形导致密封失效。运行期间配合面由于热膨胀产生相对位移时，密封胶难以完全填补新产生的间隙，密封效果降低；随着运行时间延长，密封胶可能老化导致密封性能下降；若中分面所涂密封胶老化脱落进入中分面原有的密封油槽中，可能导致油槽堵塞，甚至使得整体中分面密封性能恶化。因此涂抹密封胶的方案不能作为此问题的永久解决方案单独使用。

3.2 最终解决方案

通过消除氢气通过区域A和区域B进入O圈槽O圈左侧的途径，可以避免氢气进入O圈槽并泄漏到外部，从源头上消除轴密封装置中分面导致的泄漏。综合考虑日常运行稳定性、易安装维护性、经济性等各方面因素，选择增加中分面油槽方式来对区域A和区域B进行密封。油槽方式油压密封存在密封可靠性高、抗密封面变形能力强、一次加工终身免维护等多种突出优势。

在原设计中分面油槽的基础上，将油槽加以延长和扩展，在密封瓦室和支撑环油槽靠近O圈的枢纽孔处各开一道槽到O圈槽，引一道油到O圈槽处，对胶条进行密封。新增的油槽深度和宽度与原油槽相同，长度上密封瓦室新增油槽总长度为61.5mm,支撑环上新增油槽长度为20mm。与原中分面油槽长度相比，新增油槽长度有限，新增油槽与原油槽位于同一平面内，并在同一配合面上，不会由于新增油槽导致原来油槽内油压下降。理想情况下，油槽内的油处于静止状态，油压与密封瓦室油压基本相同，因此油槽内油压将比氢压高约0.5bar.g，可以完整实现对氢气的密封。即使长期服役后中分面发生形变时，油压仍可保证可靠的密封。

在后续的大修中分别完成了3/4号机支撑环、密封瓦室的开槽改造。经最终处理后，在后续的大修和日常运行中，未再次检测到轴密封处明显泄漏，表明经过处理后，发电机励端轴密封装置泄漏问题已得到彻底解决。