球閥型號QF440-WY-172；公稱直徑1720mm；升壓水頭500m；**靜水頭440m；額定流量39m3/s；開啟關(guān)閉時間60～120s；閥門全關(guān)時的漏水量2L/min；控制電源DC220V；操作電源AC380/220V,50Hz；接力器容量1407KN-m（缸徑?500）；控制柜型號QKG-6.4/?40；油壓設(shè)備HYZ-4.0-6.4-KF(6.4MPa）。

該電站自2007年以來，2號機組偶爾會出現(xiàn)開機過程球閥工作密封止漏環(huán)（詳見圖1上II放大圖的標注）無法自動退出的情況。在2007年年底機組小修后，開機過程中球閥工作密封經(jīng)常出現(xiàn)無法自動退出故障?，F(xiàn)場現(xiàn)象為：工作密封無法退出時，工作密封投入腔壓力雖未下降，但球閥控制柜HV10液動閥已動作換向，排水管有水流排出，HV10液動閥本體有持續(xù)水流聲音；對工作密封投入腔進行排水后，工作密封能正常退出，HV10液動閥本體持續(xù)水流聲音消失。經(jīng)排查，認為造成工作密封無法自動退出的原因可能是投入腔（見圖2上517對應(yīng)腔）與排污腔（見圖2上518對應(yīng)腔）之間密封不良引起。針對工作密封投入腔與球閥下游水相通情況進行分析，有三種可能：

(1）工作密封止漏環(huán)**一道“D”型密封（見圖1上II放大圖標注的密封3）遭砂子等異物損壞。

(2）導環(huán)與止漏環(huán)的密封面遭到砂子等異物破壞造成局部損傷。

(3）設(shè)計先天不足，加大**一道密封圈的密封裕量設(shè)計。

圖1 部分球閥總裝配圖   下載原圖

三種情況都只能待2號機小修時拆下工作密封才可以解決。

結(jié)合2008年底該電站2號機組小修，拆下球閥工作密封進行檢查，發(fā)現(xiàn)**一道“D”型密封壓緊量偏小，工作密封結(jié)合面沒有損傷。根據(jù)檢查情況，決定采取不換工作密封只更換三道“D”型密封的措施。**一道密封換上壓緊量加大0.1～0.4mm的“D”型密封后，小修做試驗及剛投入運行時工作密封投退正常。機組投入運行11天，球閥在關(guān)閉流程執(zhí)行完畢后出現(xiàn)工作密封無法自動投入到位故障，經(jīng)現(xiàn)場檢查，現(xiàn)象如下：

(1）工作密封在旁通閥打開的情況下止漏環(huán)能夠投入到位，工作密封投入腔水壓達到4.3～4.5MPa范圍。

(2）旁通閥關(guān)閉后工作密封會向下游側(cè)退出1.1mm左右，工作密封投入腔、檢修密封退出腔及蝸殼水壓在2.0～2.3MPa范圍，蝸殼前鋼管處有尖銳的水流聲，工作密封無法投到位。

(3）此時打開旁通閥執(zhí)行工作密封退出操作，往往無法退出。經(jīng)多次手動開關(guān)旁通閥及投退工作密封，使得工作密封止漏環(huán)投入到位情況下，工作密封才能正常退出。

(4）檢查工作密封投入不到位情況下，HV10液動閥已切換到位，壓力水源已進入工作密封投入腔，且HV10液動閥排水管無水流排出；檢查導環(huán)與球閥結(jié)合面均無間隙；旁通閥打開，工作密封在退出狀態(tài)情況下，打開工作密封投入腔排污閥無水流流出。

針對上述情況，采取了如取消行程閥及液動閥節(jié)流塞及對液動閥進行擴孔等措施，問題仍沒能得到解決?？紤]到工作密封密封裕量可能滿足不了不利工況下設(shè)計公差情況，請廠家對**一道“D”型密封壓緊量進行全方位復核。結(jié)果表明：工作密封投入、旁通閥關(guān)閉的*不利工況下，**一道“D”型密封不僅沒壓緊量，還出現(xiàn)一定的間隙。結(jié)合2009年10月底機組小修，采取進一步加大**一道“D”型密封裕量設(shè)計。運行至今，2號球閥未再出現(xiàn)過類似工作密封止漏環(huán)投退相關(guān)問題。

2016年底，該電站2號機進行小修，球閥檢修密封投退正常。2017年3月該機進行檢查性D修，投入檢修密封后密封漏水量明顯增大，閥體底部排水閥有帶壓排水的現(xiàn)象。經(jīng)綜合分析認為是電站計算機監(jiān)控系統(tǒng)程序錯誤，導致2號機發(fā)生動水關(guān)球閥，檢修密封工作面發(fā)生損壞。該問題影響機組檢修時球閥之后的水輪機導水機構(gòu)、轉(zhuǎn)輪、尾水管等設(shè)備的檢查與維修。為此，電站決定2017年底對12.5km引水隧洞進行排空，對球閥檢修密封進行拆卸更換。從現(xiàn)場拆卸的情況來看，球閥檢修密封損壞均發(fā)生在水平中心線以下，左右基本對稱，長度各為約450mm。

從金屬密封相互摩擦而形成的擦傷痕跡來看，基本可以肯定這種痕跡是在閥門關(guān)閉過程中產(chǎn)生的，且可以看出其是一次性產(chǎn)生的。所以可以排除在靜水開啟或關(guān)閉時產(chǎn)生擦傷的可能性。故下面的分析是基于閥門動水關(guān)閉的情況考慮的。

經(jīng)對各零部件和系統(tǒng)在動水關(guān)閉時的受力和變形情況分析，閥體頂部方向的變形和閥體水平中心線向外側(cè)方向的變形量均不超過0.2mm，這個變形量對D形密封不會產(chǎn)生任何影響。止漏環(huán)與水接觸的表面，由于活門在全開位置時檢修密封投入和退出腔均通排水，故按無壓考慮，這個表面受到4.4MPa的水壓作用。止漏環(huán)受到向外徑方向的擴張力和一個朝向上游側(cè)的一個水推力的作用，這個水推力是由于面積差引起的。這二個力使得止漏環(huán)貼緊上游側(cè)進水接管法蘭，同時向外徑方向擴張貼近檢修密封襯環(huán)。這種情形對D形密封圈的密封效果應(yīng)該是有利的。

從上述的分析情況來看，止漏環(huán)與固定密封環(huán)在靜水工況下開啟或關(guān)閉不會產(chǎn)生任何干涉現(xiàn)象，在動水關(guān)閉初期也不會產(chǎn)生干涉。但注意到活門在接近全關(guān)位置（還未完全關(guān)閉）時，止漏環(huán)周邊的水壓力分布情況會發(fā)生改變。從流體力學角度來看，由于下游水輪機導葉處于開啟位置，當閥門處于全關(guān)位置時，將會有高速水流流過止漏環(huán)與密封環(huán)之間的環(huán)形區(qū)域。這股高速水流導致了止漏環(huán)下游側(cè)鼻端低壓區(qū)的產(chǎn)生，由于此時止漏環(huán)投入腔和退出腔均無壓力,所以止漏環(huán)（詳見圖1上I放大圖的標注）將在上下游壓差的作用下自動投入。

需要說明的是，閥門從全開位置開始動水關(guān)閉的過程中，這個間隙是逐步形成的。在閥門接近全關(guān)位置的某個角度，該臨界間隙形成，止漏環(huán)上、下游側(cè)的壓力平衡被打破，止漏環(huán)自動向下游側(cè)移動而導致更小的過水間隙產(chǎn)生，這將加速將止漏環(huán)推向下游側(cè)直至與正在轉(zhuǎn)動的固定密封環(huán)發(fā)生干涉；由于閥門還未完全關(guān)閉，密封環(huán)水平中心線以上的部分和干涉區(qū)以下的區(qū)域還未完全到達嚙合區(qū)，這就解釋了為何干涉發(fā)生的損壞區(qū)域均出現(xiàn)在水平中心線以下且左右基本對稱。同時也與球閥在動水關(guān)閉過程中曾出現(xiàn)的卡滯現(xiàn)象相吻合。這個問題的產(chǎn)生是由于液壓系統(tǒng)原始設(shè)計考慮不周而導致的，**將球閥機械液壓系統(tǒng)圖（圖2）的檢修密封操作水管路沿標號12345管路改為標號1直接接到標號5的管路上，同時將檢修密封投入腔（見圖2上514對應(yīng)腔）排污閥V57（即中間排污閥門）由常閉改為常開，保證球閥在機組或本體非檢修工況下，檢修密封退出腔（見圖2上515對應(yīng)腔）始終保持有壓態(tài)。這樣，即使發(fā)生球閥動水關(guān)閉，也不會造成檢修密封固定密封環(huán)與止漏環(huán)因撞擊造成工作面損壞問題。

圖2 部分球閥機械液壓系統(tǒng)   下載原圖

根據(jù)電站安裝的施工安排，一般情況下，壓力鋼管與球閥、水輪機蝸殼是屬于不同施工單位。安裝順序是壓力鋼管先安裝、蝸殼后安裝，**安裝球閥。安裝過程中混凝土變形及支撐等問題，都可能造成球閥伸縮節(jié)松套法蘭中心與蝸殼中心不一致、松套法蘭與蝸殼法蘭連接面不平行問題，當超差量超過普通密封的密封裕量時，機組投入運行后，松套法蘭密封面將會漏水。為此，結(jié)合現(xiàn)場實際，更換使用了新設(shè)計的自適應(yīng)密封（詳見圖3）,可從根源上將漏水問題予以解決。

圖3 自適應(yīng)密封   下載原圖

該電站球閥多個問題的分析與處理總結(jié)如下：

(1）技術(shù)管理人員在掌握豐富實踐經(jīng)驗及多方面知識后，可以在設(shè)計、制造、檢修工藝及**相關(guān)標準等基礎(chǔ)上進行各方面的方案優(yōu)化，有效促成現(xiàn)場問題的解決，促進相關(guān)標準的修訂。

(2）對電廠或生產(chǎn)車間的泄漏問題，可結(jié)合各種密封特點，進行巧妙設(shè)計組合，可從本質(zhì)上促進無泄漏工廠的創(chuàng)建。