水輪機進水球閥的結構設計

2010-02-18 張清雙北京市閥門總廠(集團)有限公司

　　介紹了水輪機進水球閥的主要組成部分及各部分的作用和結構設計特點,這些新結構的使用,使進水球閥的總體布局更加合理,性能更先進。闡述了水輪機進水球閥的工作原理、控制原理、運輸保管和安裝要求等事項。

1、概述

　　水輪機是水電站的重要機電設備之一。為了保證水輪機安全和可靠的運行,水輪機的入水口處均裝設有進水球閥,上游與壓力鋼管連接,下游與水輪機進水蝸殼連接。一方面在水輪機及發電機組檢修時通過該閥切斷壓力鋼管內的水流,保證檢修的安全,另一方面在水輪機及發電機出現異常時可有效切斷水流,防止事故的發生。由于水輪機運行的特殊要求,通用球閥在水電站的運行中不能滿足工況系統的使用要求,導致機組無法運行的現象也時有發生。為了確保水輪機組能平穩、可靠和安全的運行,在消化吸收國外先進技術的基礎上,采用全新的設計理念,研制開發出新型水輪機進水球閥。

2、主要構成部分及作用

　　水輪機進水球閥主要由主閥部分、驅動部分、旁通管路、上游湊合節、下游伸縮節、鎖定部分、支撐部分及配套部分等組成(圖1) 。

　　(1)主閥部分(標配)

　　包括閥體、球體、閥桿及閥座(活塞止水環)等,該部分是整個閥門的核心,其作用是接通或切斷水流。

　　(2)驅動部分(標配)

　　對于電動操作的水輪機進水球閥,其驅動部分為電動裝置。對于液動操作水輪機進水球閥,其驅動部分為液壓接力器與拐臂(對于搖擺缸)等,該部分的作用是驅動主閥進行啟閉動作。

　　(3)旁通管路(推薦采用)

　　包括旁通閥、檢修閥(僅用于旁通閥)、鋼管和彎頭等,該部分的作用是在閥門啟閉前平衡上下游壓差,避免在全壓差下啟閉閥門出現水錘現象以及有效地降低閥門的操作轉矩。

　　(4)上游湊合節(對液動止水環式水輪機進水球閥為標配,對其余兩類為選配)

　　用于閥門與上游端壓力鋼管進行連接,連接方式通常為焊接,并且會預留50～100mm的焊接配割余量。

　　(5)下游伸縮節(對液動止水環式水輪機進水球閥為標配,對其余兩類為選配)

　　包括插管與活動法蘭兩部分,用于閥門與下游水輪機進水蝸殼連接,連接方式為法蘭連接。通過伸縮節的方式,一方面可方便對閥門進行檢修維護,另一方面可適應由于溫度、壓力的變化造成的管道軸向膨脹或收縮。

　　(6)鎖定部分(選配)

　　主要包括上游檢修密封鎖定及接力器鎖定。主要用于防止由于誤操作帶來的閥門誤動作,保證系統的安全性及可靠性。

　　(7)支撐部分

　　包括主閥與接力器底座。底座通過地腳螺栓安裝于混凝土支墩上,用于支撐閥門的重量及為搖擺式接力器提供固定轉軸。

　　(8)配套部分

　　該部分用于控制閥門的驅動部分,為驅動裝置提供動力源,并使閥門按照預先設定的程序進行動作。

3、結構特點

3.1、不銹鋼活塞式止水環

　　液動止水環式水輪機進水球閥采用不銹鋼活塞式止水環密封止水,通過油壓或水壓控制止水環的投入與退出(圖2) 。每臺閥門設兩個止水環,上游側為檢修密封,下游側為工作密封。檢修密封設手動鎖緊裝置,正常工作時檢修密封處于常開狀態,只在機組檢修時投入,為保證下游檢修的安全性,應手動將鎖定投入。工作密封在閥門關閉時投入,在球體動作前退出。為保證閥門能在緊急情況下迅速關閉,在閥門達到全開后,工作密封仍然處于退出狀態。

水輪機進水球閥

1.主閥部分　2.鎖定部分　3.上游湊合節　4.旁通管路　5.下游伸縮節　6.驅動部分　7.支撐部分

圖1　水輪機進水球閥

止水環工作密封結構

圖2　止水環工作密封結構

　　通過變換進油(或水)的方向控制止水環的動作方向,以滿足操作的需要。止水環與閥體及端蓋之間的密封采用雙重O形圈,并且可通過設置PTFE擋圈的方式減小O形圈的磨損。止水環的材料通常為1Cr13。

3.2、可更換的活門密封環

　　因止水環式水輪機進水球閥通常用于水質較差、水頭較高的電站,所以惡劣的工況對閥門的損耗是非常嚴重的,特別是對密封面的磨損非常厲害。為了提高閥門的可維護性,液動止水環式水輪機進水球閥將閥門的密封環設計為可拆卸可更換結構,在閥門長期使用活門密封環發生嚴重磨損后,可僅對密封環進行更換而不需要更換活門或另購閥門,提高閥門主體的使用壽命,降低資金投入。

　　活門主要由活門體、密封環、O形圈、螺釘及位銷等(圖3)組成。密封環通過一組螺釘固定在活門體相應部位。密封環與活門體之間的密封靠O形圈來保證。定位銷的作用在于密封環與活門體的準確定位,以免密封環更換以后與活門體發生裝配錯位。密封環的材料通常為2Cr13。

可更換的活門密封環