张树发

（华能澜沧江水电股份有限公司小湾水电厂，云南大理 675702）

1 接力器端面密封结构主要组成

某水电站3F 机组接力器为双直缸式接力器，适配自动锁定装置。接力器活塞直径660 mm，活塞杆直径260 mm，端面密封采用丁晴橡胶整体式YX 唇形密封圈，将其置于开式密封槽内，形成密封关系。在槽外设置压盖，可根据需求对密封的压紧力做灵活调整，同时在压盖处设防尘圈。接力器端面密封组成结构如图1 所示。

图1 3F 接力器活塞杆整体式密封

2 端面YX 唇形密封圈工作原理

YX 密封圈依靠其张开的唇边贴合于密封副偶合面。无内压时，仅因唇尖的变形而产生很小的接触压力。在密封情况下，与密封介质接触的每一点上均有介质压力相等的法向压力，因此唇形圈底部将受到轴向压缩，唇部受到周向压缩，与密封面接触变宽，同时接触应力增加。当内压再升高时，接触压力的分布形式和大小进一步改变，唇部和密封面配合更加紧密，所以密封性更好，这就是YX 密封圈的“自封作用”。

3 端面密封更换步骤

在长时间使用过程中，受往复作用力、材料自身性能退化等多重因素的影响，YX 密封圈逐步老化，唇口开裂或磨损，导致无法承受内压，接触压力将随时间的延长而下降，难以取得良好的密封效果。受此影响，接力器活塞端面将会有漏油的情况，一方面影响机组稳定运行，一方面造成环境的污染。因此出现漏油时需立即更换端面密封。前端面和后端面更换难度同，后端面只需拆下压盖就可以将YX 密封圈安装到位；但前端面需要拆卸超级螺母、接力器连杆，属于重难点安装部位。

采用YX 密封的主要更换步骤：①执行机组防转动措施；②调速器系统泄压排油；③拔出连杆与活塞杆的销柱；④拆除接力器超级螺母；⑤取出防尘圈；⑥取出压盖；⑦新YX 密封圈从活塞杆头部套入至密封槽；⑧回套压盖；⑨回套防尘圈；⑩回装超级螺母；⑪回装销柱；⑫调速器系统建压；⑬调试；⑭拆除机组防转措施。

由此可见，采用YX 密封圈的更换步骤繁琐且耗时较长，更换接力器端面密封时，调速器系统功能失效，机组将被迫停运，特别是调峰调频机组停运对电网安全稳定运行有严重影响。因此，必须突破传统方法的束缚，探寻更高效可行的更换方法。

4 密封改进试验

4.1 新型密封结构

为降低密封更换的难度，对密封结构做升级改进，采用的是剖分式结构。若仅对原整体式密封装置做切口处理，则容易出现切口处密封效果不足的问题。对此，进一步对剖分式结构做出优化，即采用V 形组合密封结构。充分考虑到原有密封槽的尺寸、液压系统工作压力等基础参数，在此基础上确定V 形组合密封的具体结构形式（图2），由3 个V 形密封圈叠加组成，3 个剖分口相对距离120°角[1]。

图2 聚氨酯端面密封叠加形式

4.2 密封原理

V 形密封圈的密封唇具备较强的适应能力，将其设置到位后，可有效承受径向力以及持续性的压力变动。从尺寸关系来看，该密封圈的唇部内径通常小于活塞杆的外径，因此在完成装配操作后，密封圈与活塞杆呈过盈配合关系，两者间的接触面存在预紧力。根据该关系，在零压的时候，活塞杆与接力器缸盖的间隙将由V 形密封圈唇口进行密封。在液压系统带压工作状态下，压力油进入V 形内部，明显增加密封圈与密封面的压紧力，且压紧力将随着压力的增加而同步增加，由此取得更好的密封效果。

同时3 个V 形密封的剖分口距离120°夹角，密封之间受活塞杆轴向摩擦力和压盖的压力作用，有效解决了剖口漏油的问题。

4.3 密封材料选择

液压系统介质采用的是液压油，油温在50 ℃以下，压力在10 MPa 以内，运动速度可达到5 m/s。根据该工况信息，密封结构材质选用进口聚醚聚氨酯，理由在于其是基于先进专利钢化工艺的产物，兼具耐磨、耐高压、形状记忆性等多重特性，可以有效适应密封作业需求。

橡胶是最初选定的密封材料，理由是成本低，但其在耐腐蚀性和抗磨性方面的表现不佳，同时考虑到活塞杆的往复运动，故需选择塑性较好的密封材料。通过不断地了解论证和综合对比，最终选择新型密封材料的代表——聚氨酯材料。

相比于普通橡胶，聚氨酯材料的性能有很大提升，其耐腐蚀性和抗磨损性分别是普通耐磨橡胶的3 倍和10 倍，通过相关试验可得到，材料的整体使用寿命比原来的材料提高了5～7 倍，在方便安装的同时，也可有效改善导叶的密封状况，延长其使用寿命，是目前非常理想的密封材料。

4.4 密封压盖处理

在进行密封更换时，整体式结构压盖套于活塞杆上，容易对活塞杆造成磨损，且不利于调整密封压缩量，将密封压盖进行分瓣处理（图3），不影响其功能的同时，可以局部调整密封压缩量而不影响整体密封的压缩效果。

图3 密封压盖分瓣

4.5 试验及结果分析

经过优化后，更换剖分式V 形密封的步骤为：①执行机组防转动措施；②后移防尘圈；③拆除压盖；④将剖分密封分层塞入密封槽；⑤回装压盖；⑥回移防尘圈；⑦调试；⑧拆除机组防转措施。

更换作业时间明显缩短，从密封压盖拆卸到剖分式密封安装结束共用时4 h，仅为原用时的1/4，作业效率大幅度提高。更换密封后，注油并升压，待压力达到3.0 MPa 后，对接力器前后活塞杆密封压盖做详细检查，结果表明其不存在油渍渗漏情况；操作导叶2 个全行程，也不存在渗油问题；此后，进一步提高液压系统的工作压力，当其达到额定6.3 MPa 后，全行程动作导叶仍未出现渗油问题。可见，机组的密封性较好[2]。

4.6 后期检查结果及应用优势总结

4.6.1 后期检查结果

在确定剖分式密封的方案后，由技术人员将方案中的工作落实到位。后续对水轮机组的运行情况做定期的检查，从更换剖分式密封后的1 年使用情况来看，接力器活塞杆端面无漏油问题，其严密性较好，可以更好地满足机组稳定运行的要求。

4.6.2 应用优势总结

（1）经济高效。更换为剖分式密封方案后，可有效精简更换流程，每处端盖密封的更换仅需2～3 人，时间仅需半天，可减少人员投入，缩短作业时间，使机组尽快恢复正常运行状态[3]。

（2）安全可靠。更换为剖分式密封方案后，无需拆卸连板销柱以及超级螺母等自重较大、尺寸较特殊的部件，可较好地规避起吊重物、损坏活塞杆杆头等危险隐患较多的作业内容，保障了操作人员的安全以及机组结构的完整性。

（3）密封效果好。采取剖分式聚醚聚氨酯V 形组合密封方案后，可有效改善密封效果，且通过调整压盖预紧力，可以进一步增强剖分式密封的密封性，有利于接力器的稳定运行。

5 结语

综上所述，剖分式密封结构的应用，可有效精简更换流程，仅需拆卸密封压盖即可，减少了设备的拆卸次数，缩短了更换作业的时间，降低了操作的难度，增强了装置的密封效果，综合应用效果较佳。将剖分式密封结构应用于导叶接力器，其涵盖的技术思路以及技术要点具有一定的参考价值。