大型球閥制造技術研究及應用

虞圣群，王龍

（浙江綠洲制冷設備有限公司，浙江 臺州 318000）

球閥是抽水蓄能機組及高水頭電站的重要構成部分，制作工藝復雜、專業性強，為保證球閥制作質量，為其作用的充分發揮奠定基礎，需要技術人員認真分析球閥應用要求，把握各制造環節質量及參數。

1 大型球閥制造整體分析

（1）球閥結構。球閥由閥體、活門兩重要部分構成，采用整體式鋼板成型焊接結構，其中閥體分為兩個部分，活門裝入后進行焊接，因此，焊接完成后無法拆卸。

（2）技術難點。抽水蓄能機組對球閥各項性能要求較高，要求故障發生率低、性能穩定、密封優良、耐高壓性能良好等。本文制作的球閥焊接量大、焊接接頭多、尺寸規格大，因此，保證焊接質量與精度難度非常大。焊接過程中應認真做好以下內容：嚴格控制球殼的壓制成型精度；球閥裝配尺寸應精準；嚴格控制焊接變形情況。

2 大型球閥構件質量及參數的控制

2.1 球殼成型質量控制

為保證球殼成型質量應注重球殼分瓣、球殼成型、單瓣整體模壓成型及點壓成型等操作。（1）球殼分瓣。一方面，保證焊縫分布的合理性。為避免閥體經向圓弧長度變小，引起殼體變形、翹曲，應嚴格控制環縫。同時，為防止接頭部位應力集中，出現焊接缺陷焊，應防止焊成“丁”字接頭。另一方面，嚴格控制分瓣大小。當分瓣較小，會大大增加焊接勞動量，且出現不良接頭的機率較高。如分瓣較大對成型壓力、喉高以及柱距要求較大，應用的鋼板規格大，增加投入成本。究竟如何分瓣需在認真分析閥體的情況下決定。（2）球殼成型。該球閥殼體單瓣具有較大的展開尺寸，規格參數為：90mm×2600mm×3700mm，因此，為保證成型質量及精度滿足要求，選擇工藝時應綜合考慮經濟性、安全性以及應用設備的能力。（3）單瓣整體模壓成型。采用單瓣整體模壓成型，成型精度有保證，但需應用大尺寸模具以及滿足要求的設備。然而成型較大規格的球殼，需投入大量資金，而且磨具的通用性差。確定設備能力是否滿足需要時，可借助專業公式進行計算。同時，綜合分析得知，冷壓成型、熱壓成型均需投入較大成本。（4）點壓成型。采用點壓成型經濟性良好，可很好的克服整體模壓成型的缺點，即點壓成型主要應用小尺寸磨具，通過移動方式完成局部的成型，最終完成整個成型作業。但該種成型方式對精度控制的水平要求較高，即，針對同一點需多次漸進成型，才能達到圖紙尺寸要求。另外，考慮到成型工件局部因受壓會發生變薄現象，因此，應適當提高殼體厚度，并考慮使用大噸位油壓機，并適當增加上、下壓模的直徑。

2.2 裝配尺寸精度控制

控制裝配尺寸精度時做好活門與閥體精度的控制尤為關鍵。其中活門裝配時上、下游固定密封環把合面尺寸、閥座位置尺寸精度的控制尤為關鍵。把合面軸線垂直于閥軸軸線且經過球閥中心，如出現較大偏差，不僅造成該面外圓和平面無加工量，而且把合面的中心處于柱面上，借助鉚工劃線裝備控制形位公差的難度較大，因此，考慮到數控機床具有高精度定位功能，粗加工活門閥軸時可將該面的裝配基準加工出來，而后進行二次裝焊。

閥體為空間球面，檢測裝配尺寸的難度較大，為控制裝配精度可考慮依據其軸截面制作平面圓弧立體裝配樣板，將樣板至工件的間距設置好，裝配過程中對間距進行檢測，以控制裝配精度。另外，殼體為對稱兩半，裝配時為保證精度還可采取以下措施：一方面，做好分半合縫面錯口的控制。另一方面，殼體焊后再進行閥座的裝焊。同時，坡口裝配加工時應確保圓心投影處在殼體分半面圓心上，確保兩閥座軸線經過殼體球心，并垂直于球閥的上、下游法蘭軸線，防止活門發生偏心現象。除此之外，考慮到緯向焊縫會發生縱向與橫向兩個方向上的收縮，導致閥體半徑變小，因此，應綜合分析球殼的坡口間隙、板厚、直徑預計收縮量，并做好焊接反變形量預設工作。

2.3 焊接變形質量控制

控制焊接變形時，應做好閥體、球閥阻焊變形的控制。一方面，控制閥體變形可采取的措施有：應用氣體保護焊，其能量集中，焊接效率高，可有效防止焊接變形；注重焊接工序的優化，即，采用分段、對稱退步焊方式，保證焊接順序的合理性，確保對稱位置具有相同的焊接增長量；將分瓣對接坡口設計成非對稱雙V型，并將內外厚度比例控制在合理水平。另一方面，球閥阻焊時考慮到閥體橫向無拘束，焊接時收縮自由，容易導致閥體閥座和閥座擠壓。為防止這一情況的發生，可采取以下控制措施：在跨分半環縫位置通過增加工藝固定塊，對環縫進行控制；確定合理的焊接反變形量。

3 大型球閥的加工及裝配

3.1 閥體的加工

閥體采用鋼板點壓阻焊結構，形狀不規則，因此，為保證裝配質量，加工閥體時應注重以下內容的落實：一方面在閥體分半面外側焊L型工藝定位塊，交錯施焊長短工藝定位塊。該過程和閥體鈍邊止口的加工同步進行。另一方面，在閥體軸孔和活門軸間安裝工藝定位鋼套，實現對組圓期間活門位置的固定，防止退火后球閥變形。同時，加工完成后結合具體加工尺寸配車定位鋼套，并將配車間隙控制在合理水平，不能太大。

3.2 組裝與阻焊

將工藝定位鋼套安裝在一半閥體之上，將閥體軸端調整至向下，借助千斤頂頂起后加以固定。而后進行活門的吊裝，將一端軸插入到閥體的軸孔之中，將活門高度參數調整至設計要求。活門調整至全關位置后，在密封面位置焊L型固定塊，保證閥體與活門牢固固定。同時，依據閥體外側工藝定位塊和鈍邊止口，完成另一半閥體的安裝。

3.3 球閥整體的加工

對閥體進行整體阻焊后，退火操作應整體進行。退化后應一起加工活門和閥體，確保活門同軸度。

3.4 軸閥與活門軸的加工

該球閥活門軸間的同軸度加工要求較高，考慮到閥體為一個整體不能拆卸，因此，加工時需一次滿足設計要求。為確保加工質量，所有加工面的基準應統一。實際加工中可在閥體上、下游外側設置合適數量的工藝塊，認真測量后，確定閥體和活門的中心位置，將此中心作為基準，并在立車上將工藝塊車修一個基準平面，以后的加工都依據該基準平面進行加工、找正。

另外，因活門軸和軸孔間擁有800mm深的單邊間隙，一般刀具加工質量無法保證，因此，可設計專用工具在數控鏜床上完成加工作業。同時，為防止加工期間刀架出現發顫情況，可使用板筋對刀架進行加固處理。另外，受自身重量影響，應用套筒刀架加工時應避免搭頭情況的發生，即，加工作業時工作臺與刀架分別做進給運動、旋轉運動，便可較好的避免搭頭。

3.5 球閥的裝配

因球閥屬于高水頭球閥，承受的壓力較大，而且密封要求較高，裝配時除保證密封性能外，應保證各部件按照合理順序裝配到位。球閥裝配時應注重軸端與主密封面的裝配。

一方面，軸端裝配。裝配軸端時做好密封工作尤為重要，裝配時可在軸頭位置設置銅瓦與活門軸套，并在閥體軸孔接觸面和銅瓦外側設置兩道O型密封，外側和活門軸套接觸位置設置一道U型密封。同時，在活門軸套環內側和活門軸的端面、接觸面均設置一道O型密封。采用這種密封結構，不僅方便銅瓦與活門軸套環的拆卸，而且可較好的阻止泥沙進入軸瓦。軸端完成裝配后進行壓力測試，以檢查軸端密封以及裝配質量情況，可使用3.78MPa的壓力進行試驗，保壓時間30min，重復進行三次試驗即可。另一方面，主密封面裝配。裝配主密封面時重點需要將活動密封環、閥體、導環三者的間隙控制得當，原因在于如間隙過大，則無法保證密封效果。如間隙太小，一旦活動密封環、導環變形，受加壓影響活動密封環達到平穩的難度較大。

除此之外，整體翻身時閥體的主密封面發生變形的機率比較大，因此，裝配作業前應進行嚴格的測量，密封裝配完成后同樣需要進行三次的壓力試驗。

4 大型球閥的整體試驗

所有裝配工作都完成后，需要對球閥做整體壓力以及操作試驗，以及時發現與處理裝配過程中出現的不良問題。一方面，做壓力試驗時，將密封環置于開啟位置，給兩試驗蓋間加壓7.36MPa，維持30min后，降壓4.91MPa，維持30min，而后降低壓力至0。向上游密封環關閉腔以及上游密封環和上游試驗蓋內腔加壓5.89MPa，維持30min后降壓至零。另一方面，操作試驗時，用行車做球閥全關至全開的操作，確保在全行程范圍內閥的動作平穩，不能出現卡阻、沖擊、振動。通過介質壓力做密封環的操作試驗，確保密封環動作平滑。

5 結語

本文通過對大型球閥制造技術研究及應用進行探討，得出以下結論。（1）為保證大型球閥制造工作的順利進行，制造前應明確制造要求，分析制造技術難點，采取措施攻克技術難關，以保證大型球閥制造質量。（2）大型球閥構成元件多，制作技術性強，要求技術人員嚴格控制各元件制造參數。同時，裝配時應加強現場管理，確保裝配工作符合規范及設計要求。（3）裝配工作完成后應做壓力與操作試驗，以及時發現與處理存在的不良問題，為大型球閥更好的應用奠定堅實基礎。

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