朱才華 劉思偉

【摘 要】某核電站3/4號(hào)機(jī)頻繁出現(xiàn)勵(lì)磁機(jī)端軸密封裝置泄漏，影響大修關(guān)鍵工期，并增加了機(jī)組安全運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)。經(jīng)分析認(rèn)為勵(lì)磁機(jī)端中分面氫氣密封邊界設(shè)計(jì)存在隱患，機(jī)組長(zhǎng)期運(yùn)行后氫氣泄漏到軸承室。實(shí)踐中采用在密封瓦室和支撐環(huán)中分面增加油槽的方式，優(yōu)化中分面密封。經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，徹底消除了該缺陷。

【Abstract】The leakage of the end shaft seal device of exciter frequently occurs at the No. 3/4 machine in a nuclear power station， which affects the critical period of overhaul and increases the risk of safe operation of the unit. Based on the analysis， we consider that there are some hidden dangers in the design of the split hydrogen seal border of the exciter end， after the long term operation of unit， the hydrogen is leaked to the bearing chamber. In practice， we add the oil tank in the split of the sealed tile chamber and support ring， so as to optimize the split sealing. After improvement， the defect is completely eliminated

【關(guān)鍵詞】軸密封；單流環(huán)；氫氣泄漏；密封邊界；設(shè)計(jì)隱患

【Keywords】 shaft seal；single-ring；hydrogen leakage；sealing border；hidden danger of design

【中圖分類號(hào)】TM31 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號(hào)】1673-1069（2018）11-0175-02

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(lái)，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(zhǎng)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(wèn)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(chǎng)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(wú)配合平面度要求，兩者的密封通過(guò)它們之間的密封膠條來(lái)保證。現(xiàn)場(chǎng)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(wú)明顯缺陷。通過(guò)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）。

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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)O圈槽的縫隙到達(dá)整個(gè)垂直面，并通過(guò)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)。

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(zhǎng)，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(zhǎng)，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(wèn)題的永久解決方案單獨(dú)使用。

3.2 最終解決方案

通過(guò)消除氫氣通過(guò)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(lái)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(shì)。

在原設(shè)計(jì)中分面油槽的基礎(chǔ)上，將油槽加以延長(zhǎng)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(zhǎng)度上密封瓦室新增油槽總長(zhǎng)度為61.5mm，支撐環(huán)上新增油槽長(zhǎng)度為20mm。與原中分面油槽長(zhǎng)度相比，新增油槽長(zhǎng)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(lái)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(zhǎng)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(cè)到軸密封處明顯泄漏，表明經(jīng)過(guò)處理后，發(fā)電機(jī)勵(lì)端軸密封裝置泄漏問(wèn)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(guò)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(lái)長(zhǎng)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)。