單流環(huán)式發(fā)電機(jī)氫氣密封邊界優(yōu)化

朱才華，劉思偉

（1.大亞灣核電運(yùn)營管理有限責(zé)任公司，廣東 深圳 518124；2.中廣核運(yùn)營公司，廣東 深圳 518100）

1 故障背景

某核電站3、4號(hào)機(jī)使用TA-1100-78型發(fā)電機(jī)，機(jī)組額定功率1150MW，額定轉(zhuǎn)速1500rpm。機(jī)組采用水-氫-氫冷卻方式，軸端使用單流環(huán)式軸密封裝置。

這兩臺(tái)機(jī)組投產(chǎn)以來，大修及日常多次發(fā)現(xiàn)勵(lì)端軸密封裝置處泄漏，并隨著機(jī)組服役時(shí)間延長趨于惡化。大修期間更換勵(lì)端支撐環(huán)之后，發(fā)電機(jī)氣密試驗(yàn)結(jié)果嚴(yán)重超標(biāo)，檢查發(fā)現(xiàn)勵(lì)端支撐環(huán)與密封瓦室配合面處有多處明顯漏氣。該問題導(dǎo)致3號(hào)機(jī)大修返工及工期延誤。

2 原因分析及故障機(jī)理

現(xiàn)場故障檢查發(fā)現(xiàn)泄漏點(diǎn)分布在密封瓦室與支撐環(huán)結(jié)合面邊緣四周，塞尺檢查結(jié)合面之間存在多處間隙，間隙呈不均勻狀態(tài)，最大處約0.4mm。設(shè)計(jì)上這兩個(gè)結(jié)合面之間無配合平面度要求，兩者的密封通過它們之間的密封膠條來保證?，F(xiàn)場觀察到結(jié)合面邊緣處漏氣，表明密封瓦室與支撐環(huán)之間密封存在異常，但解體發(fā)現(xiàn)密封瓦室與支撐環(huán)之間膠條狀況良好，膠條壓縮量正常，膠條槽無明顯缺陷。通過對(duì)氫氣泄漏可能途徑的分析，發(fā)現(xiàn)勵(lì)端軸密封裝置密封邊界存在缺陷。

為滿足密封瓦拆裝的需求，密封瓦室由上下兩半組成，為防止氫氣從上下半結(jié)合面（中分面）泄漏，設(shè)計(jì)上在密封瓦室中分面上開了一道油槽，從密封瓦室引一路密封油到油槽，利用密封油油壓對(duì)密封瓦室中分面進(jìn)行密封（如下圖1所示）。

圖1 密封瓦室中分面

在勵(lì)端密封瓦中分面的設(shè)計(jì)中，由于絕緣要求，密封瓦室和發(fā)電機(jī)大端蓋之間通過帶有絕緣結(jié)構(gòu)的支撐環(huán)進(jìn)行連接；為保證支撐環(huán)與密封瓦室和大端蓋之間的密封性，三者之間通過兩道O型圈進(jìn)行密封。如下圖2所示，區(qū)域A和區(qū)域B以上部分（內(nèi)油擋和密封瓦室之間）均為氫氣區(qū)域，當(dāng)區(qū)域A或區(qū)域B上下半密封存在不良時(shí)，氫氣可通過中分面進(jìn)入圖2中區(qū)域A與區(qū)域B交接處的白色O圈左側(cè)槽中，即支撐環(huán)與密封瓦室之間的O圈密封被突破。O圈槽分布在垂直面整個(gè)圓周方向上，氫氣將通過O圈槽的縫隙到達(dá)整個(gè)垂直面，并通過密封瓦室與支撐環(huán)結(jié)合面之間的間隙漏入軸承室空間內(nèi)。

圖2 勵(lì)磁機(jī)端軸密封裝置中分面總圖

3 處理方案

3.1 臨時(shí)處理方案

3號(hào)機(jī)大修發(fā)現(xiàn)此異常后，對(duì)密封瓦室與支撐環(huán)的配合面進(jìn)行了車削，提高密封瓦室和支撐環(huán)配合面的平面度，并在兩配合面之間涂抹平面密封膠強(qiáng)化密封；對(duì)支撐環(huán)和密封瓦室中分面進(jìn)行涂膠，改善中分面密封情況。這種處理方式為常規(guī)火電機(jī)組常用的處理方式，按此方式處理后，一定程度上限制了泄漏到O圈槽內(nèi)的氫氣進(jìn)一步向外擴(kuò)散的途徑，減少了氫氣泄漏量，可短期滿足機(jī)組投運(yùn)要求。

但密封瓦室與支撐環(huán)之間的配合面設(shè)計(jì)上并不作為密封邊界，隨著服役時(shí)間的延長，仍然會(huì)由于結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致密封失效。運(yùn)行期間配合面由于熱膨脹產(chǎn)生相對(duì)位移時(shí)，密封膠難以完全填補(bǔ)新產(chǎn)生的間隙，密封效果降低；隨著運(yùn)行時(shí)間延長，密封膠可能老化導(dǎo)致密封性能下降；若中分面所涂密封膠老化脫落進(jìn)入中分面原有的密封油槽中，可能導(dǎo)致油槽堵塞，甚至使得整體中分面密封性能惡化。因此涂抹密封膠的方案不能作為此問題的永久解決方案單獨(dú)使用。

3.2 最終解決方案

通過消除氫氣通過區(qū)域A和區(qū)域B進(jìn)入O圈槽O圈左側(cè)的途徑，可以避免氫氣進(jìn)入O圈槽并泄漏到外部，從源頭上消除軸密封裝置中分面導(dǎo)致的泄漏。綜合考慮日常運(yùn)行穩(wěn)定性、易安裝維護(hù)性、經(jīng)濟(jì)性等各方面因素，選擇增加中分面油槽方式來對(duì)區(qū)域A和區(qū)域B進(jìn)行密封。油槽方式油壓密封存在密封可靠性高、抗密封面變形能力強(qiáng)、一次加工終身免維護(hù)等多種突出優(yōu)勢。

在原設(shè)計(jì)中分面油槽的基礎(chǔ)上，將油槽加以延長和擴(kuò)展，在密封瓦室和支撐環(huán)油槽靠近O圈的樞紐孔處各開一道槽到O圈槽，引一道油到O圈槽處，對(duì)膠條進(jìn)行密封。新增的油槽深度和寬度與原油槽相同，長度上密封瓦室新增油槽總長度為61.5mm,支撐環(huán)上新增油槽長度為20mm。與原中分面油槽長度相比，新增油槽長度有限，新增油槽與原油槽位于同一平面內(nèi)，并在同一配合面上，不會(huì)由于新增油槽導(dǎo)致原來油槽內(nèi)油壓下降。理想情況下，油槽內(nèi)的油處于靜止?fàn)顟B(tài)，油壓與密封瓦室油壓基本相同，因此油槽內(nèi)油壓將比氫壓高約0.5bar.g，可以完整實(shí)現(xiàn)對(duì)氫氣的密封。即使長期服役后中分面發(fā)生形變時(shí)，油壓仍可保證可靠的密封。

在后續(xù)的大修中分別完成了3/4號(hào)機(jī)支撐環(huán)、密封瓦室的開槽改造。經(jīng)最終處理后，在后續(xù)的大修和日常運(yùn)行中，未再次檢測到軸密封處明顯泄漏，表明經(jīng)過處理后，發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸密封裝置泄漏問題已得到徹底解決。

4 結(jié)論及意見

本文對(duì)單流環(huán)式發(fā)電機(jī)軸密封裝置設(shè)計(jì)中存在的隱患及其處理作了詳細(xì)的介紹，通過增加油槽，提高軸密封裝置密封邊界完整性，成功解決了電站多年來長期存在的軸端氫氣泄漏現(xiàn)象。

本文提到的故障模式可能會(huì)在很多單流環(huán)式密封瓦結(jié)構(gòu)發(fā)電機(jī)上出現(xiàn)，文中提出的處理方案是對(duì)此類故障處理的有益嘗試，實(shí)踐證明效果良好，值得向同類機(jī)組進(jìn)行推廣并反饋到設(shè)計(jì)方進(jìn)行改進(jìn)。