水輪機進水雙密封蝶閥特點與安裝應用

□唐　剛　□馬自芳　□郭　璽(中國水利水電第十一工程局有限公司)

?

水輪機進水雙密封蝶閥特點與安裝應用

□唐剛□馬自芳□郭璽
(中國水利水電第十一工程局有限公司)

摘要：古學水電站裝機容量為90MW，設計有兩臺機組進水蝶閥。進水蝶閥在機組正常運行和事故停機中起到至關重要的作用，因此蝶閥的質量與正確安裝是安全運行的必要條件。文章以湖北洪城雙密封蝶閥為基礎，闡述了雙密封蝶閥的結構特點和安裝技巧。在蝶閥安裝的現有經驗技術之上，提出進水雙密封蝶閥在某些條件限制下，依照蝶閥結構特征進行現場組裝的施工工藝，對于提高安裝質量與工程施工進度起到了促進作用。

關鍵詞：水輪機；蝶閥；安裝

1　概述

我國水電資源豐富。近年來水電開發項目逐漸增多，水電設備的規格和性能也在不斷的提高。水輪機進水蝶閥常常作為中低水頭水電站的水輪機事故閥，安裝在水壩和水輪機之間，用來保證水輪機的正常工作，防止重要水電設備產生飛逸事故。水輪機進水蝶閥作為水電站的重要設備，它的設計、生產、安裝、運行和維護都時時刻刻影響著水電站的安全有效運行。

古學水電站采用的是一管兩機的引水形式，每臺機組配備一臺雙密封蝶閥。這樣的布置形式相對于各配備一臺單密封蝶閥的特點是，在機組檢修時，可以不用排空整個引水管路的工作介質，減少的停機損失。

2　國內外蝶閥應用情況

20世紀40年代，德國開始將蝶閥應用在水輪機上。我國從20世紀50年代開始一直使用蘇聯的設計理論進行水電站的設計。到了20世紀80年代，我國開始把一些新型的蝶閥與其成套的設備引入國內，由于蝶閥尺寸小、重量輕、價格低廉，操作方便等特點，應用十分廣泛。

國外在水電站中應用高水頭、大口徑的蝴蝶閥已經很普遍。隨著21世紀材料工業技術和加工技術的發展，蝶閥也開始在國內應用于200 m水頭以上高水頭的水電站中。

3　雙密封蝶閥介紹

3.1密封原理

雙偏心密封蝶閥以單偏心蝶閥為基礎，將碟板的旋轉中心與閥體中心偏移一定的距離，這樣在蝶閥的開啟過程中，碟板的密封面相對于單偏心密封蝶閥會更快的脫離閥座。蝶閥完全開啟時，蝶板密封面與基礎密封面會形成一個更大的間隙，這樣便大大降低了兩密封面之間的擠壓和磨損，蝶閥的壽命更長。其密封原理屬位置密封構造，即蝶板與閥座的密封面為線接觸，通過蝶板擠壓閥座所造成的彈性變形產生密封效果，故對關閉位置要求很高。

圖1　蝶閥的雙密封結構圖

3.2密封結構

蝶閥的雙密封結構是在單密封結構的基礎上，借鑒水輪機進水球閥的結構而研制開發的新產品如圖1。蝶閥的雙密封組件主要由蝶板、閥體、動密封環和橡膠圈等組成。裝在閥體下游側的為工作密封副，裝在閥體上游側的為檢修密封副。工作密封副一般由閥體不銹鋼圈與嵌入蝶板的橡膠圈組成，可通過調節螺釘調節其密封效果，用于截斷管道內介質。檢修密封副一般由可移動的閥體不銹鋼圈與蝶板不銹鋼圈組成。檢修密封副平時不工作，當下游側工作密封副的橡膠圈老化或磨損需調整更換時，檢修密封副的移動金屬密封圈通過介質驅動（為防止下游污染，一般采用水壓驅動，水源來自壓力鋼管，同時需配置高壓水泵和過濾器）進入工作位置，截斷閥前管道內介質。

3.3蝶閥特點

蝴蝶閥具有很好的水力切斷性能，閥桿處的漏水量也較少，調節性能良好，流通量高，耐腐蝕，尺寸小重量輕，價格低廉。缺點是影響流水的流態，造成水力損失。

4　安裝過程控制

4.1主要實際尺寸校核

根據廠房吊物孔的實際尺寸，確定合適的蝶閥部件組合方式。古學水電站中，安裝間的吊物孔尺寸為5000.00 mm× 2100.00 mm，而水輪機層吊物孔尺寸為5000.00 mm× 2000.00 mm。由于廠家到貨時主閥體和上游延伸段組裝到貨，其組合長度尺寸為2100.00 mm，實際吊裝過程中需要將閥體和上游延伸段分開。在拆卸檢修密封時，首先將檢修密封投入機構的傳動裝置、導向裝置、指示裝置按逆時針方向依次編號，然后按照常規方式拆裝相關零件。拆卸完畢后，用汽油清理組合面。組裝時將O型密封圈粘在相應安裝位置以便吊裝。然后將伸縮節調整到最短尺寸，同時計算在此位置時整個蝶閥的實際尺寸L，閥體中心到下游延伸段焊接端面距離Lc，閥體中心到上游延伸段焊接端面距離Ld。即Lc+Ld=L。

4.2主要數據測量及管路修整

一般情況下，上下游管道中心線不在同一高程上，存在一個高程差A和水平面位置差E。在確定蝶閥基礎實際高程Hs時就需要在實際高程H的基礎上加上A/2，即H+A/2=Hs。實際基礎水平中心線要加上E/2的修正值?；A的其他安裝要素按照圖紙確定即可。

上下游管路修整時，通過尺寸Lc、Ld在確定尺寸D、C，一般需要讓C不超過Lc5.00 mm，D大于Ld5.00-10.00 mm，同時需要讓D+C略大于L。（通常大10.00 mm）

圖2　蝶閥安裝預測數據示意圖

4.3蝶閥實際吊裝

在蝶閥吊裝前，將上下游鋼管修整完畢以后可在鋼管底部焊接兩個擋塊，起到支撐作用。橋機吊裝時在吊物繩的一側設置一個10.00 t導鏈。

吊裝過程以下游延伸段為例，首先將下游延伸段吊放在擋塊上，橋機仍帶上一定的力，然后用預先設置在吊鉤上的導鏈將下游延伸段進行一定的旋轉操作，使下游延伸段達到正確的安裝位置，最后在下游延伸段和下游側鋼管間焊接4個拉緊器，使下游側鋼管和下游延伸段連接起來。利用拉緊器將延伸段和下游鋼管合縫，同時通過調整拉伸器保證延伸段端面的垂直度≤1.00 mm/m。一切調整到位后，剩下的工作便是將整個吊物固定，然后橋機去鉤撤離。

按照本次古學水電站蝶閥的吊裝順序，在蝶閥上下游側延伸段到位后，還需要復核最后的蝶閥主體吊裝預留尺寸，使得蝶閥主體有足夠的空間進行合理的吊裝作業。如有不合適情況，可通過修整壓力鋼管調節拉緊器進行調整。

在主閥體吊裝到位，連接螺栓把緊之后，還需要校核整個蝶閥的水平度，垂直度等基本參數,一切合格后便可進焊縫壓制和焊接。

4.4蝶閥焊縫壓制及焊接

蝶閥焊縫一般采用常規方法進行操作，最后嚴格按照焊接規范的要求進行施工作業，此時伸縮節的固定螺栓應該全部放開，否則焊接變形可能使得伸縮節受損。

焊接時，上下游焊縫分別進行焊接。一般先焊接上游側焊縫，因為蝶閥中心線和蝶閥基礎中心線不在同一個豎直的平面中。蝶閥中心線要向上游側偏離100.00 mm，這樣在使用中可以有效降低地腳螺栓的受力，增加蝶閥的可靠性。焊接時由于焊縫的收縮引起蝶閥平移對蝶閥可靠性的影響，便可通過先焊接上游側降低到最低。同時每一道焊縫又是一道直徑為3000.00 mm的環形焊縫，對于大直徑的焊縫，應該遵循的焊接原則是：先縱縫再環縫，并且焊接時對母材進行預熱。

4.5蝶閥附件安裝

蝶閥附件如：蝶閥啟閉液壓缸、排氣閥、排水管等的安裝。如果蝶閥主體安裝要素控制較好，附件根據蝶閥實際位置參數，按圖紙要求安裝即可。

5　結語

古學水電站蝶閥安全、快速、高質量的完成安裝離不開安裝要素的準確測量。在安裝完成后測得蝶閥水平度為1.00 mm/m，垂直度為0.50 mm/m完全滿足設計要求。

雙密封蝶閥在機組停機維護和事故停機時有效地減少了停機損失。在安裝過程中主要尺寸的確定關系到蝶閥最后的安裝效果，必須在安裝前做好充分的測量和計算。整個安裝過程中，合理的吊裝順序和方法也是蝶閥快速吊裝到位的重要因素。主要管路的準確安裝到位及預埋部件位置的準確性，為后續“快速、準確、高質量”安裝起到決定性作用。

雙密封蝶閥在國內水電站中將會得到越來越廣泛的應用，其高效可靠的性能也將為水輪機發電機組的安全運行起到促進作用。安裝調試技術也應該得到施工單位的重視。

參考文獻

[1]田迅,牛文彬.民治水電站水輪機進口蝶閥選擇研究[J].水利發電, 2005(6).

[2]楊宇茂.水輪機進水蝶閥雙密封結構分析[J].閥門, 2009 (3): 44～45.

[3]梁玉福.水輪機筒形閥.紅水河[J], 2003, (2): 5.

（責任編輯：劉青）

收稿日期：2015-12-11

中圖分類號：TV734. 1

文獻標識碼：B

文章編號：1673-8853（2016）02-0083-02