仙居抽水蓄能電站球閥結構設計

張芳 姚文革

摘 要：浙江仙居抽水蓄能電站Φ2.6m球閥是國內獨立設計制造的已發電抽水蓄能電站中設計水頭最高的球閥。本文簡要介紹了該球閥的結構設計特點。

關鍵詞：抽水蓄能電站；球閥；結構設計

中圖分類號：TM645 文獻標志碼：A

0 前言

浙江仙居抽水蓄能電站位于浙江省仙居縣湫山鄉境內，電站安裝4臺單機容量為375MW的混流可逆式水輪發電機組，是目前國內單機容量最大的抽水蓄能電站。水輪機前設有直徑為2.6 m的球閥，由哈爾濱電機廠有限責任公司自主獨立設計和制造。

1 球閥結構

1.1 基本參數

球閥型號：QF565-WY-260；公稱直徑：Ф2600 mm；最大靜水壓：5.53 MPa；設計壓力：7.7 MPa；接力器操作油壓：6.3 MPa。

1.2 球閥的總體結構

進水球閥安裝在壓力鋼管與水輪機蝸殼進口段之間，在機組事故情況下，可實現緊急動水關閉，以防止事故擴大；在檢修水輪機時，可截斷水輪機進水。球閥閥體與上游側連接管和下游側伸縮節通過螺栓連接，上游連接管與壓力鋼管采用工地焊接方式相連，伸縮節通過螺栓與蝸殼延伸段相連。球閥設計為臥軸、油壓操作，雙面金屬密封、水壓操作密封環的結構，通過打開球閥主密封來實現活門開啟前的平壓要求，球閥通過兩個Φ550接力器實現活門的開啟和關閉。球閥的總體布置見圖1。

1.2.1 閥體

閥體為大小半結構，鑄鋼制造，其優點是閥體分半面為整圓，便于密封，同時分半面螺栓受力均勻。前閥體兩側各有一個水平軸承座用于支撐閥軸和活門。閥體能承受在球閥遮斷水流時，水流作用在活門和閥體上的最大軸向水推力。前閥體底部均設有支撐底座，按傳遞球閥全部垂直荷載設計。

1.2.2 活門

活門采用鑄鋼材料，活門的內孔直徑與閥體進出口直徑相同。活門上裝有密封座，與閥體上的動密封環配合起密封水的作用。閥軸為鍛鋼材料，活門和閥軸為螺栓把合結構。

1.2.3 球閥主密封

球閥主密封包括上游檢修密封和下游工作密封，密封裝置包括動密封環和固定密封環，均為可拆卸結構，不銹鋼材料。動密封環為整體結構，設計成滑動式。動密封環上的密封采用進口聚氨酯組合密封圈。無需排空壓力鋼管和拆卸球閥主體便可以檢修和更換工作密封。工作密封由進水閥控制系統自動操作。檢修密封由手動操作，并設有防腐蝕機械鎖定裝置。

1.2.4 球閥樞軸軸承和密封

球閥軸承包括鋼套和軸承瓦，軸承瓦安裝在鋼套里，可隨鋼套一起在不解體閥體條件下從閥體內拆出來。軸承瓦為國進口DEVA-BM自潤滑軸瓦，承載性能好。鋼套外側與閥體接觸部位設有O型靜密封，鋼套內側與閥軸接觸部位設有旋轉運動密封。一道靠近閥體內側，為擋沙作用的O型橡膠密封圈，密封槽有平壓孔，可使鋼套內外側壓力相同；另一道在閥體外側，采用U型密封圈，利用旁通孔引入的壓力水漲開U型密封的唇邊，達到密封效果。在U型密封圈的外側，設有一道組合格萊圈密封。

1.2.5 操作機構

球閥由兩個雙作用油壓接力器操作，接力器與兩側的轉臂連接，轉臂與閥軸通過銷子直接連接。接力器為直缸搖擺式，接力器在油壓裝置最小油壓下，最壞的操作工況（動水關閉）時，安全關閉球閥。操作機構設有機械液壓一體式的鎖定裝置以及鎖定位置信號裝置，信號傳至進水閥控制柜。在進水閥全關后自動投入液壓鎖定；當機組檢修時，可以同過機械鎖定桿將進水閥鎖定在全關位置。

1.2.6 旁通管路和空氣閥

球閥設置了旁通管路，其作用是平壓和消除機組振動。旁通閥為DN150液壓針型閥，可由控制系統自動控制。

在球閥伸縮節頂部設有一個DN100帶檢修球閥的自調節式空氣閥，在蝸殼充水時排氣，排水時補氣。

2 動水關閉試驗

2017年3月26日至28日，仙居電站及其他相關部門對3#機球閥進行了動水關閉試驗，分別在空載、50%及100%額定負荷工況下進行了動水關閉試驗。試驗結果表明，振動、噪聲及其他各項指標均滿足設計要求，并無任何有害變形及異常噪聲發生，因此完全可以確保機組的安全運行。

結語

目前仙居抽水蓄能電站球閥已經投入商業運行，經工廠試驗及現場試驗表明，閥體具有足夠的強度和剛度，應力和變形均在允許范圍之內，活門漏水試驗結果符合設計要求，表明該項目設計工作取得圓滿成功。

參考文獻

[1]樸春光.韓國青松抽水蓄能電站球閥結構特點[J].哈爾濱：大電機技術，2007（4）：42-44.