摘 要：本文结合苗尾水电站实心密封控制柜设计过程，介绍了实心密封控制柜的设计细节。本方案极大简化了结构，减少了泄漏点，降低了设备故障率。
关键词 苗尾水电站 实心密封 控制单元
苗尾水电站位于云南省云龙县旧州镇苗尾村附近澜沧江河段上，地处横断山脉澜沧江纵谷地区，是澜沧江上游河段一库七级开发梯级电站中的最下游一个梯级。上游距大华桥梯级约63km，下游距功果桥电站约45km。
苗尾水电站装设4台单机容量为350MW的立轴半伞式水轮发电机组,额定转速107.1r/min，额定水头93m。电站按“无人值班”设计。
1 水轮机轴密封的形式与作用
为实现水轮机大轴间隙的密封，水轮机主轴密封结构一般设置检修和工作两道密封。苗尾水电站工作密封采用水压端面密封、径向盘根密封相结合的组合形式，其检修密封为实心围带式密封（简称实心密封）。检修密封用压缩空气来阻断停机状态下转轮室与顶盖直径的水流串动。
我公司检修密封有空气围带密封和实心围带密封两种结构方式。空气围带密封存在以下缺点：（1）易破损，不能够批量生产（2）密封一旦破损漏气，便立即失去密封作用（3）一旦围带破损，转轮室压力水可能进入围带供气管路，危及机组供气系统、发电机制动管路系统。而实心围带密封可以批量化制造，不易破损，即使有擦刮，也可坚持使用，不需要马上停机更换。鉴于以上原因，苗尾水电站水轮机设计时采用了实心围带的检修密封方式。
2 实心密封控制管路原理
实心密封控制管路系统原理如图1所示，压力表PP01和压力开关SP01用于监视压缩空气气源压力；气动阀YG01用于实心围带供气控制，气动阀YG02用于围带放气控制；压力表PP02、压力开关SP03和压力变送器BP01用于监视围带内压力；节流阀YT01和压力开关SP02联合用于围带漏气监视；带自动排水功能的集水杯用于围带漏水监视，单向阀YC01用于防止围带漏水倒灌进入压缩空气管路。
图1
2.1控制阀门的选择
这里我们需要控制的介质是气、水混合物，电磁阀、液动阀都不适用，又由于电动阀控制复杂，而气动阀控制简单，最终充气、放气控制阀门选择气动阀。
2.2实心密封自动供气、放气控制
当机组处于运行状态时，实心密封必须退出，此时，气动阀YG01关闭，气动阀YG02开启，实心密封与大气连通。当机组处于停机状态时（需同时满足别的条件），实心密封方可投入使用，此时，气动阀YG01开启，气动阀YG02关闭，实心密封与低压气源连通,即投入状态。
实心密封投入与退出控制命令来自机组LCU，实心密封的状态由压力开关SP03完成监视与报警，该接点信号送往机组LCU，当压力≥0.3MPa时接点动作，当压力≤0.1MPa时接点复归。
2.3实心围带手动供气、放气控制
可选择手动方式控制。当Y01~Y06关闭时，可通过手动开启阀Y03，则给实心围带供气。关闭阀Y03，开启阀Y06，则给实心围带进行手动放气。
2.4实心围带漏气监测
调整节流阀YT01的开度，开启气动阀YG01，实心围带供气。此后，关闭气动阀YG01，并开始记时。若在一定时间后(例如3min)压力开关SP03发出压力低信号；则说明实心围带漏气严重；如果YG01开启后，SP03一直发出压力低信号，则说明实心围带已无法使用，此时，必须更换新的实心围带。
2.4实心围带漏水监测
实心围带处于放气状态下，YG02开启，此时，若实心围带漏水，则水份随着放气管路进入带自动排水功能的集水杯，可通过观测集水杯内有无集水而判断实心围带漏水情况。
3 实心密封控制柜电气设计
3.1电源部分
此处采用两路220VDC电源冗余的供电方式，两路220VDC分别经过二极管硅堆模块冗余后合并成一路220VDC给设备供电。220VAC、220VDC电源均设置有相应的监视继电器及状态指示灯，相应信号送至机组LCU。
3.2阀位信号扩展
控制管路上设置有2个气动阀，供气阀和放气阀，其上各有2个阀位，分别对应供气阀开启与供气阀关闭、放气阀开启与放气阀关闭状态。
3.3实心密封控制回路
实心密封控制有自动、切除、手动三种控制方式，通过切换开关完成切换.
如当切换开关SAH01处“手动”位置时，可通过操作按钮实现电手动功能。当然，需要同时满足以下条件：（1）断路器处于分闸位置；（2）导叶处于全关位置；（3）机组处于零转速状态。手动操作时，先将选择开关置于“手动”位置，点动按钮SB01，则实现供气阀手动开启操作，当供气阀YG01完全开启时，供气阀发出开启状态的阀位信号，点亮面板上的“供气阀开启状态”信号灯，同时将阀位信号送LCU。点动按钮SB02，则实现供气阀手动关闭操作。
当选择开关置于“自动”位置时，来自机组LCU的控制信号直接控制供气阀、放气阀的开启、关闭。在供气阀处于开启位置，放气阀处于关闭位置状态，若压力开关SP03≥0.5MPa，判断出实心围带装置处于投入运行状态；相反，在供气阀处于关闭位置，放气阀处于开启位置状态，若压力开关SP03≤0.2MPa，判断出实心围带装置正处于退出运行状态。
当选择开关“切除”位置时，实心密封控制柜完全退出工作状态，任何电气操作不起作用。
4 实心密封控制柜装配设计
针对以往实心密封控制系统自动化元器件较多、分布较散的缺点，我们将主要自动化元件高度集成化，将管路装配式自动化元件集成到一块实心密封控制单元上，其外形结构如图2中所示。供气阀、放气阀、止回阀、节流阀、手动操作阀、集水杯全部集成在一体。
实心密封控制单元、外接管接头、电气操作元件全部组装在一个控制柜内，通过柜门上的切换开关SAH01来实现控制方式的选择。
5 实心密封控制单元应用效果
通过实心密封控制单元的使用，简化了系统，减少了系统的漏气点，节省了安装空间，安装时间，节省了设计成本，便于维护检修。图2左右两图分别显示用实心密封控制单元前后装配对比图。由图2对比可知，使用控制单元后，所用自动化元件数目大幅减少，大大简化系统结构，减少了泄漏点，降低了设备使用故障率，同时结构布置更加整齐、有序美观，也便于维护。
图2分别为传统分离式与集成式装配效果。
图2
6 结 语
通过这次项目，我认识到了工程设计的一些重要原则：结构简单，安装、运行、维护方便，操作安全可靠。