高水頭大型球閥的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

張芳　姚文革

摘 要：隨著抽水蓄能電站機(jī)組容量的增加，水頭的增大，高水頭大型球閥在球閥結(jié)構(gòu)、剛強(qiáng)度以及球閥的制造、組裝和試驗(yàn)等方面都具有極大的設(shè)計(jì)和制造難度。浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉(xiāng)境內(nèi)，電站安裝4臺(tái)單機(jī)容量為375MW的混流可逆式水輪發(fā)電機(jī)組，是目前國(guó)內(nèi)已發(fā)電抽水蓄能電站里單機(jī)容量最大的。本文以仙居項(xiàng)目球閥為依托，介紹了高水頭大型球閥的設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：高水頭大型球閥；設(shè)計(jì)要點(diǎn)；合螺栓型式

中圖分類號(hào)：TK73 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

隨著國(guó)內(nèi)外水輪機(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，對(duì)進(jìn)水閥的質(zhì)量要求越來越高，尤其是高水頭的機(jī)組，球閥的性能對(duì)機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

1 高水頭大型球閥的打壓方式

仙居進(jìn)水閥是由哈電自主研發(fā)設(shè)計(jì)的，是國(guó)內(nèi)自主設(shè)計(jì)制造且已發(fā)電項(xiàng)目里的水頭最高、設(shè)計(jì)難度最大的球閥（設(shè)計(jì)水頭784m，球閥直徑2.6m）。球閥設(shè)計(jì)壓力7.7MPa，閥體試驗(yàn)壓力11.55MPa，活門試驗(yàn)壓力9.24MPa。仙居球閥打壓試驗(yàn)方式如圖1所示，高水頭電站球閥在做打壓試驗(yàn)時(shí)，因試驗(yàn)壓力較高，可能會(huì)使閥體合縫面、閥體與上下游法蘭把合面因間隙過大而使法蘭面密封漏水。

哈電在仙居球閥打壓試驗(yàn)過程中，不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，在仙居球閥試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上研究出了高水頭球閥的試驗(yàn)方法，為保證閥體上下游法蘭面最終加工尺寸，減少試驗(yàn)過程中法蘭面變形帶來的不良影響，在閥體上下游法蘭面精加工前做閥體活門強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)后再將法蘭面加工到最終尺寸，保證閥體與上下游法蘭面的配合尺寸；在活門試驗(yàn)過程中，以前的試驗(yàn)方法是將產(chǎn)品密封座當(dāng)做打壓悶頭使用，這樣會(huì)對(duì)密封座表面造成很大損傷而且也沒有必要，為減少密封座表面接觸應(yīng)力，采用工具密封座參與活門強(qiáng)度試驗(yàn)后即可避免此問題，在活門試驗(yàn)之后，再換成產(chǎn)品密封座做活門密封試驗(yàn)，可大大降低密封座接觸應(yīng)力，減輕密封座損傷程度。

2 球閥上下游法蘭面咬合型式

在仙居3#球閥車間壓力試驗(yàn)過程中曾出現(xiàn)異常響聲問題，為了分析3#球閥產(chǎn)生異響的原因，哈電通過加速度傳感器的振動(dòng)傳遞法來尋找異響聲源，并用百分表監(jiān)測(cè)上下游法蘭徑向位移。通過對(duì)3#球閥多次試驗(yàn)，哈電分析球閥異常聲響是來自球閥上下游法蘭與閥體法蘭的接觸面，是由于接觸面徑向變形不同步而產(chǎn)生相對(duì)摩擦導(dǎo)致的。隨著球閥反復(fù)拆裝和打壓次數(shù)增多，上下游法蘭和閥體之間的相對(duì)滑移和摩擦使法蘭面產(chǎn)生一定磨損，增加了表面粗糙度和不均勻度，增大了法蘭面的摩擦系數(shù)，增強(qiáng)了產(chǎn)生聲發(fā)射的能量，因此會(huì)發(fā)出較大能量的聲響。

對(duì)于高水頭水泵水輪機(jī)球閥，上下游法蘭的徑向相對(duì)位移量隨著壓力升高而增大，產(chǎn)生此類問題的可能性也隨之增大。哈電在仙居球閥壓力試驗(yàn)過程中不斷分析和總結(jié)，最終找到了聲響和徑向變形之間存在的關(guān)系，并在后續(xù)項(xiàng)目上改進(jìn)了球閥上下游法蘭結(jié)構(gòu)，在球閥閥體與上下游法蘭，上游連接管、伸縮節(jié)與上下游法蘭之間設(shè)置止口，此結(jié)構(gòu)能有效控制法蘭之間的相對(duì)位移，從而減小發(fā)生異常聲響的可能，法蘭面止口結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3 球閥合縫面把合螺栓型式

仙居球閥設(shè)計(jì)水頭高，制造難度大，如何合理的分半尤為重要，為了保證閥體剛度，控制閥體合縫面變形量，保證法蘭面密封性能，閥體采用大小半結(jié)構(gòu)，由大瓣的前閥體和小瓣的后閥體把合而成，其優(yōu)點(diǎn)是閥體分半面為整圓，便于密封，同時(shí)分半面螺栓受力均勻，合縫面采用雙排螺栓把合型式。在材料選擇上，兩半閥體均采用了鑄鋼制造，在保證鑄件質(zhì)量的前提下，各向同性的材料性能使閥體和法蘭更為堅(jiān)固，合縫面聯(lián)接螺栓結(jié)構(gòu)如圖3所示。

結(jié)語(yǔ)

目前仙居球閥目前已成功投運(yùn)，在研制過程中，哈電在高水頭大型球閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、剛強(qiáng)度分析、制造工藝、試驗(yàn)方法、安裝等方面，取得了豐富的經(jīng)驗(yàn)和成果，為后續(xù)產(chǎn)品提供可靠的技術(shù)保障打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]馬鳳.高轉(zhuǎn)速水輪機(jī)球閥雙密封試驗(yàn)研究[J].哈爾濱：大電機(jī)技術(shù)，2000（6）：52.