桐柏電廠4號機球閥工作密封更換

孫遜，雷徐，童裕軍，吳文界

(華東桐柏抽水蓄能發電有限責任公司，浙江天臺317200)

1 基本情況

桐柏抽水蓄能電站位于佛宗道源，風景秀麗的天臺山境內，距離天臺縣城7km，與杭州直線距離為150km。電站樞紐包括上水庫、下水庫、輸水系統、地下廠房和開關站等。上水庫利用已運行多年的桐柏電站水庫改建而成，庫容1231.63萬m3，集雨面積6.7平方km，下水庫為新建大壩攔蓄溪水而成，庫容1289.73萬m3，集雨面積21.4平方km。電站裝機共4臺，單機容量為30萬kW，總裝機容量120萬kW，在華東電網中承擔調峰填谷，調頻調相及緊急事故備用。

1.1 桐柏電站球閥結構，主要部件及設備參數

桐柏電站球閥由VATECH公司供貨，球閥位于蝸殼與高壓岔管間，4臺機組各設置一個，起到截斷和導通水流的作用，桐柏電站機組球閥閥體主要組成部分有:閥體及活門，軸承及軸密封，球閥工作密封，球閥檢修密封，帶有兩個雙作用接力器的操作機構，旁通管及其旁通閥，延伸段及伸縮節。

球閥工作密封設置在球閥下游側，工作密封投退用水作為操作介質，操作水源取自球閥閥體。工作密封在球閥關閉時起密封閥體滲水作用。正常情況下，球閥開啟時工作密封退出，球閥關閉時工作密封投入。

在球閥與蝸殼之間有一段伸縮節，用于球閥的拆裝和使進水閥下游側工作密封環可以在不拆球閥主體和不排空壓力鋼管的情況下檢修和更換，且能適應由于溫度變化和作用在球閥上的水推力變化而引起的球閥沿壓力鋼管軸線的位移。

表1 球閥操作系統參數表

表2 球閥閥體及部件

1.2 桐柏電站4號機球閥運行情況

桐柏電站4號機于2006年12月正式投入商業運行，2007年上半年，電站運行人員在球閥(見圖1)處巡檢時聽到球閥下游工作密封處有竄水聲，竄水聲音從球閥工作密封環處發出，嘈雜刺耳。桐柏電站業主方在聯系球閥生產廠商VATECH公司并與生產廠商交換意見后，覺得球閥工作密封內動、靜密封接觸面磨損壞可能性較大，決定利用4號機B修期間拆開球閥工作密封進行檢查。

圖1 桐柏電站球閥

2 球閥工作密封工作原理

桐柏電站球閥工作密封投退用水作為操作介質，操作水源取自球閥閥體。工作密封在球閥關閉時起密封閥體滲水作用。球閥工作密封取水閥為常開閥門。壓力水經管路通至球閥工作密封投退切換裝置，此時若將球閥工作密封投退切換裝置動作到工作密封投入位置，壓力水則通過工作密封切換裝置進入球閥工作密封投入腔，工作密封投入腔此時水壓強為球閥閥體水壓強，工作密封活動環兩側壓力面積比較，投入腔側比閥體側受力面積大一點。所以工作密封動密封環向密封投入側滑動，球閥工作密封就投入。若將球閥工作密封投退切換裝置動作到工作密封退出位置，閥體的壓力水源就不能通過切換裝置到達工作密封投入腔。此時，在閥體水的壓力下，工作密封動密封環就向密封推出側滑動，球閥工作密封就退出。

球閥工作密封部件圖2，3示:

圖2 球閥工作密封操作回路

圖3 球閥工作密封部件

球閥工作密封主要由動密封環、靜密封環、外襯套補償環幾部分組成。動密封環裝在球閥下游伸縮節補償環處，動密封環本身靠三道格蘭密封止水。動密封環動作行程5mm。靜密封環安裝在球閥閥體處，由60個M24內六角螺栓緊固在球閥本體下游側。球閥動密封環與靜密封環之間為硬接觸面，當球閥工作密封完全退出后，球閥方才開啟。所以兩道密封環本身不發生互相摩擦，由于運行初期水中含大量泥沙沖刷球閥工作密封動靜環接觸面。造成球閥工作密封動靜環表面產生劃痕。

3 球閥工作密封竄水處理過程

3.1 基本概況

桐柏電站4號機組球閥于2009年10月15日開始總共為期30天的B級檢修。球閥檢修內容包括球閥工作密封動、靜密封環更換，球閥工作密封外襯套補償環表面劃痕修復。

3.2 球閥工作密封拆解、回裝過程。

根據現場實際情況，我們在伸縮節的兩側搭設腳手架，腳手架分三層搭設，每一層即可容納3～4人同時工作。外圍管路部件拆卸完成后，進行封口處理，并妥善防止到指定位置，底鋪上蓋，以避免二次污染。

利用液壓拉伸器等工具，完成48個M100螺栓的拆卸工作，大部分壓力在125～145MPa之間即可松開，只有25號螺栓80MPa壓力時就很輕松地松開。螺栓編號按照，最上邊的一個為1號，面對上游側順時針排列至48號螺栓。下游側伸縮節與蝸殼法蘭位置的45個M64的螺栓利用液壓扳手進行拆卸。待伸縮節上所有連接螺栓和附屬管路部件拆卸完成后(僅僅預留M100的螺栓1、48兩個)，然后掛鉤，調整好導鏈受力后，再拆卸剩下的兩個螺栓，最后將伸縮節起吊至安裝間指定位置。

拆卸工作密封外襯套時，在利用M30×300的四個頂絲將外襯套頂出時，工作密封的動密封環隨著外襯套一起出來，利用鋼絲繩鎖住后和外襯套一起吊出。利用外方提供的專用吊具將靜密封環拆卸吊出，查看工作密封的動密封環和靜密封環，兩者接觸面存在大量的磨損(水流沖擊導致)。鑒于兩者都需要更換新件，沒有對兩者進行處理。

另外，工作密封的外襯套和動密封環的密封接觸面，以及球閥殼體和動密封環的密封接觸面都由于水流沖擊而流下了大量的溝痕。按照外方的要求，利用砂紙將其修平處理，要求各接觸面平整、無高點。

將新的靜密封環利用專用吊具吊至安裝位置，安裝前，在靜密封環和球體接觸面涂抹少量的牛油，并更換接觸面∮10的密封條一根。對稱方向安裝8個螺栓，安裝的螺栓涂抹少量的螺栓潤滑劑505。利用專用吊具將新的動密封環吊裝就位，利用自制的4塊平衡壓板和4根M30、4根M24的絲杠配合，圓周方向均布四點，將滑動環壓入就位，然后調整動密封環和靜密封環的接觸面間隙要求，0.05 mm塞尺不得通過。調整合格后，利用扭力扳手，設定扭矩為360N·m打緊60個M24的內六角螺栓。外襯套安裝就位后，打緊8個M30的內六角固定螺栓，然后利用0.8 MPa的空氣驅動工作密封滑動環，結果動密封環退出和投入正常。在動密封環投入時，在圓周測量動密封環和靜密封環接觸面間隙，結果為0，說明工作密封安裝正常。

利用行車將伸縮節吊至安裝位置上空，起吊前，更換法蘭面的∮12的密封一道和∮10密封條一道并涂抹少量的牛油。在安裝位置上空，廠房橫梁上的地卯上懸掛一個10t的導鏈，用以調整伸縮節下落角度和平衡度。在伸縮節吊裝就位后，圓周方向均布安裝四個M100的螺栓并利用液壓拉伸器打緊，然后松鉤。

3.3 數據記錄

按照外方專家要求，利用三個拉伸器，圓周方向按照螺栓1、17、33號，然后換另外三個2、18、34依次類推，最后為16、32和48號螺栓，設計壓力為145MPa螺母旋轉角度為86.1±9(0)；每個螺栓拉伸兩次。

在上游側48個M100的螺栓打緊后，我們更換了伸縮節補償環處的∮16密封條一根。然后按照甲方提供的液壓扳手扭矩與壓力對照表，我們設定壓力為40MPa對應扭矩約為9000N·m，對稱打緊45個M64的螺栓。

4 結束語

球閥工作密封環是球閥系統里一個重要部件，安裝上的好壞直接決定球閥工作密封的使用壽命。同時，球閥工作密封環上的O型密封也是易損部件。通過4號機球閥工作密封的更換給桐柏電廠其他機組球閥工作密封拆裝提供了借鑒經驗。